17.ТЕХНОЛОГИЯ МОЛОКА И МОЛОЧНЫХ ПРОДУКТОВ исп

Гексозы глюкоза и галактоза в свободном состоянии в молоке содержатся в количестве около 0,02% каждая. После тепловой высокотемпературной обработки в молоке появляется изомер галактозы – тагатоза (рис. 53).

НОН2С О

ОН

СН3СОHN

О

ОН

ОН

ОН НО

ОН

СН2ОН

СН2ОН

СООН

ОН

D-Тагатоза

N-Ацетилнейраминовая

(сиаловая) кислота

Рис. 53. Структура тагатозы и сиаловой кислоты

Всвободном и связанном состоянии в молоке содержатся производные моносахаридов – фосфорные эфиры и аминопроизводные. Аминопроизводные, представленные аминосахарами и сиаловой кислотой, входят в состав углеводной части гликопротеидов молока: κ-казеина, иммуноглобулинов, белков оболочек жировых шариков. Сиаловая кислота обычно занимает концевое положение, обусловливая гидрофильные свойства и высокий отрицательный заряд гликопротеидов.

Олигосахариды, содержащие 3–6 и более остатков моносахаридов и их производных (прежде всего, N-ацетилглюкозамина), обладают способностью стимулировать рост бифидобактерий. Коровье молоко содержит следы таких олигосахаридов, они выделены из женского молока.

Впроцессе сквашивания молока молочнокислые бактерии продуцируют экзополисахариды. Эти углеводы (часто в виде комплексов

сбелками) обладают повышенной вязкостью и влагоудерживающей способностью, т. е. положительно влияют на консистенцию молочных продуктов.

Минеральные вещества. Количество минеральных веществ в молоке составляет 0,6–0,8%, они подразделяются на макро- и микроэлементы.

Наиболее важными макроэлементами являются фосфор и кальций. Они находятся в молоке в легкоусвояемой форме и в сбалансированных соотношениях. Установлено, что в молоке всех млекопитаю-

щих существует высокая корреляционная зависимость между содержанием фосфора и кальция и количеством казеина.

Кальций в молоке присутствует в трех формах: в виде ионов, в виде фосфатов и цитратов и кальций, прочно связанный с казеином. Большая часть фосфатов и цитратов содержится в коллоидном состоянии и небольшая часть – в виде истинного раствора, между этими формами существует равновесие. Соотношение этих форм, влияющее на количество в молоке ионизированного кальция, играет важную роль в поддержании определенной степени дисперсности, гидратации белковых частиц, их стабилизации при тепловой обработке и в протекании сычужного свертывания. К примеру, молоко, в котором содержание ионов кальция не превышает 9,5–10,5 мг%, обладает высокой термоустойчивостью, а молоко с низким содержанием ионизированного кальция ( 8 мг%) плохо свертывается сычужным ферментом (сычужно-вялое).

Фосфор содержится в молоке в минеральной и органической формах. Неорганические соединения (63–66% общего количества фосфора) представлены фосфатами кальция и других металлов, органические соединения – это фосфор в составе казеина, фосфолипидов, фосфорных эфиров углеводов, нуклеиновых кислот и др.

Кроме фосфора и кальция к макроэлементам относятся магний, калий, натрий, хлор. Хлориды натрия и калий обеспечивают определенную величину осмотического давления молока, их фосфаты и карбонаты входят в состав буферных систем молока, фосфаты и цитраты обеспечивают солевое равновесие молока, т. е. определенное соотношение между ионами кальция и анионами фосфорной и лимонной кислот. От него зависит количество ионизированного кальция, который в свою очередь влияет на дисперсность и стабильность мицелл казеина.

Важным показателем биологической активности молока является содержание цитратов. Они необходимы для развития ароматизирующих бактерий, входят в состав буферных систем молока и казеиновых мицелл.

Микроэлементами считают те минеральные вещества, концентрация которых невелика и измеряется в микрограммах на килограмм. К ним относятся железо, медь, цинк, марганец, кобальт, йод, молибден, фтор, алюминий, кремний, селен, олово, хром и др. В молоке микроэлементы связаны с оболочками жировых шариков, казеином и сывороточными белками, входят в состав ферментов, витаминов, гормонов.

Ферменты. В молоке содержится около 100 ферментов различного происхождения. Различают нативные ферменты, которые синтезируются непосредственно в секреторных клетках молочной железы или поступают в молоко из крови животного, и ферменты, продуцируемые микробиотой молока.

Ферменты имеют большое практическое значение. На действии одних (гидролаз, оксидоредуктаз и др.) основано производство кисломолочных продуктов и сыров. Другие (липазы, протеазы и др.) вызывают глубокие изменения составных частей молока при хранении, что может привести к снижению его пищевой ценности и возникновению пороков. И, наконец, по активности некоторых ферментов можно судить о санитарно-гигиеническом состоянии сырого молока или эффективности его пастеризации.

Например, так называемая редуктазная проба используется для определения бактериальной обсемененности молока. Она основана на определении продолжительности восстановления (обесцвечивания) метиленового голубого, которая зависит от количества дегидрогеназ (редуктаз), накапливающихся в молоке при размножении бактерий.

Фермент лактопероксидаза устойчив в кислой среде, довольно термостабилен, инактивируется при температуре выше 80 С. Это свойство используют для определения эффективности высокотемпературной пастеризации молока. Проба на пероксидазу заключается в проведении реакции окисления йодида калия пероксидом водорода, которая катализируется этим ферментом.

Витамины. Молоко содержит практически весь комплекс витаминов. В табл. 6 приведено среднее содержание витаминов в молоке и суточная потребность в их взрослого человека и грудных детей.

			Таблица 6
Содержание витаминов в молоке и потребность в них человека
	Среднее содержа-	Суточная потребность, мг
Витамин	ние	взрослого	грудных
	в молоке, мг%	человека	детей
А (ретинол)	0,03	0,8–1,0	0,4
D (кальциферол)	0,05 ∙ 10-3	2,5 ∙ 10-3	10 ∙ 10-3
Е (токоферолы)	0,09	8,0–10,0	3,0–4,0
В1 (тиамин)	0,04	1,1–1,4	0,3–0,5
В2 (рибофлавин)	0,15	1,3–1,7	0,4–0,6
РР (ниацин)	0,10	14–18	5–7
В6 (пиридоксин)	0,05	1,6–1,8	0,4–0,6

В9 (фолиевая кислота)	5,0 ∙ 10-3	200 ∙ 10-3	(40–60) ∙ 10-3
В12 (кобаламины)	0,40 ∙ 10-3	3 ∙ 10-3	(0,3–0,5) ∙ 10-3
С (аскорбиновая	1,5	70,0	30–40
кислота)

Содержание витаминов в сыром молоке зависит от кормовых рационов, времени года, физиологического состояния, породы и индивидуальных особенностей животного. Содержание некоторых витаминов снижается при транспортировке, хранении и тепловой обработке молока.

Гормоны. В молоко из крови переходят эндогенные (выделяемые эндокринными железами животного) и экзогенные (гормональные препараты, применяемые для стимулирования молочной продуктивности, развития животных, усвоения кормов и т. д.) гормоны. По химическому строению некоторые из них являются пептидами и белками, большая группа имеет стероидную структуру, другие представляют собой производные аминокислот и жирных кислот.

Газы. Молоко при получении, хранении, транспортировке и переработке соприкасается с воздухом, газы которого растворяются в нем. Общее содержание газов в молоке составляет 60–120 мг/кг, основные – диоксид углерода, кислород, азот, незначительное количество аммиака.

Чужеродные вещества. К чужеродным веществам молока относятся антибиотики, пестициды, тяжелые металлы, радионуклиды, нитраты, нитриты, микотоксины, бактериальные яды, моющие и дезинфицирующие вещества и др. Одни из них являются токсичными (вызывают пищевые отравления и инфекции), другие могут обладать канцерогенным, мутагенным действием, некоторые нарушают ход технологического процесса, что приводит к снижению качества и пищевой ценности молочных продуктов.

Присутствие антибиотиков, например, подавляет развитие молочнокислых бактерий, применяемых при производстве кисломолочных продуктов, нарушает сычужное свертывание молока.

Употребление молока, содержащего нитраты и нитриты, приводит к образованию метгемоглобина, неспособного связывать и переносить кислород, к нарушению обмена веществ, снижению активности пищеварительных ферментов. Кроме того, нитраты и нитриты являются предшественниками синтеза канцерогенных N-нитрозаминов.

При поедании животными ядовитых растений, скармливании им зерна с примесью ядовитых семян, большого количества хлопчатни-

кового жмыха, проросшего картофеля в молоко попадают растительные яды. Токсичностью обладают алкалоиды (колхицин в безвременнике осеннем), гликозиды (сапонины и соланидины в проросших и позеленевших клубнях картофеля), эфиро-горчичные масла (в полыни, горчице, полевой сурепке), пигменты (госсипол в хлопчатниковом жмыхе) и др.

Чужеродными для молока являются и соединения, специально добавляемые в качестве красителей, подсластителей, стабилизаторов, ароматизаторов и консервантов. Они могут применяться только после проверки на безопасность.

Первичная, механическая и тепловая обработка молока

Первичная обработка. Для предотвращения бактериального загрязнения молока необходимо не только соблюдение санитарных и ветеринарных правил при его получении, но и первичная обработка. Цель первичной обработки – обеспечить стойкость молока при его транспортировании и хранении.

Первичная обработка включает очистку и охлаждение.

Для удаления механических примесей молоко фильтруют либо применяют сепараторы-молокоочистители, в которых механические примеси удаляются под действием центробежной силы.

Свежевыдоенное молоко обладает бактерицидной активностью – способностью на протяжении определенного периода времени подавлять развитие микроорганизмов. Антибактериальные свойства молоку придают следующие компоненты:

–иммуноглобулины (антитела), которые связывают антигены (клетки, белки) в результате специфических реакций;

–лейкоциты, защитная функция которых заключается в способности к фагоцитозу бактерий, эритроцитов и других клеток;

–лизоцим – фермент, катализирующий гидролиз полисахаридов клеточных стенок бактерий и вызывающий лизис многих бактерий;

–лактоферрин – белок, связывающий железо и делающий его недоступным для бактерий.

Для увеличения длительности бактерицидной фазы молоко ох-

лаждают до температуры 4–6 С.

Очищенное от механических примесей и охлажденное молоко в герметичной таре транспортируется на молокоперерабатывающее предприятие.

При приемке молока ежедневно в каждой партии определяют органолептические показатели, кислотность, температуру, массовую долю жира, плотность, группу чистоты, термоустойчивость, температуру замерзания. Не реже 1 раза в 10 дней определяют бактериальную обсемененность, содержание соматических клеток, наличие ингибирующих веществ, не реже 2 раз в месяц – массовую долю белка. В зависимости от физико-химических и микробиологических показателей молоко подразделяют на сорта в соответствии с требованиями, приведенными в табл. 7.

						Таблица 7
Физико-химические и микробиологические показатели молока
Показатель				Норма для молока
		высшего		первого	второго		несор-
		сорта		сорта	сорта		тового
Кислотность, Т*		16–18		16–18	16–21		16 или
							> 21
Группа чистоты по эталону, не		I		I	II		III
ниже группы
Плотность, кг/м3, не менее		1028		1027	1027		1027
Температура замерзания, С		Не выше (–		0,52)	Выше (–		0,52)
Количество	МАФАнМ**,	3 ∙ 105		5 ∙ 105	4 ∙ 106		–
КОЕ***/см3, не более
Число соматических**** кле-		5 ∙ 105		1 ∙ 106			–
ток, кл./см3, не более

*Кислотность в градусах Тернера – количество 0,1н. раствора NaOH, необходимого для нейтрализации 100 мл молока; 1 Т соответствует 9 мг молочной кислоты.

**МАФАнМ – мезофильные аэробные и факультативно-анаэробные микроорганизмы;

***КОЕ – колинийобразующие единицы.

****греч. soma – тело; 80–90% соматических клеток приходится на эпителиальные клетки, остальное – лейкоциты, лимфоциты, макрофаги.

На молочные заводы не принимают молоко, полученное в первые 7 дней после отела (молозиво) и в последние 5 дней лактационного периода (стародойное молоко). Это молоко значительно отличается от нормального по химическому составу, органолептическим и физи- ко-химическим показателям.

Механическая обработка. Очистка молока производится на сепараторах-молокоочистителях, где под действием центробежной

силы из молока удаляются механические примеси. В последнее время все большее распространение получают бактофуги, позволяющие удалять мелкие бактериальные клетки. Бактофугирование молока обеспечивает его высокую микробиологическую чистоту, создает благоприятные условия для активного развития микробиоты заквасок и способствует получению кисломолочных продуктов высокого качества с увеличенным сроком хранения.

Сепарирование молока – разделение его на две фракции различной плотности: высокожирную (сливки) и низкожирную (обезжиренное молоко). Сепаратор имеет вентиль, предназначенный для регулирования жирности получаемых сливок, которая изменяется в зависимости от количества сливок и обезжиренного молока.

Скорость сепарирования зависит от ряда факторов: размеров жировых шариков, плотности плазмы, вязкости молока. Повышение температуры молока способствует снижению его вязкости, переходу жира в жидкое состояние, что улучшает сепарирование. Оптимальная температура сепарирования – 35–45 С.

Нормализация – регулирование состава сырья для получения готового продукта, в котором количества жира и СОМО должны удовлетворять требованиям стандарта.

Существует два основных способа нормализации молока по жиру. Первый – нормализация путем смешивания в емкости рассчитанных количеств нормализуемого молока и нормализующего компонента (сливок или обезжиренного молока) при тщательном перемешивании смеси. Второй способ – нормализация в потоке, когда непрерывный поток нормализуемого молока смешивается в определенном соотношении с потоком нормализующего продукта (например, сливки и обезжиренное молоко).

Гомогенизация – обработка молока (сливок) с целью диспергирования (дробления) жировых шариков.

В гомогенизаторе молоко под высоким давлением входит в узкую щель клапана, в результате чего скорость потока резко возрастает. Жировые шарики деформируются, растягиваются потоком в цилиндры, дробятся на мелкие части и снова принимают форму шариков.

При хранении свежего молока и сливок из-за разницы плотности молочного жира и плазмы происходит отстаивание жировой фракции. После гомогенизации повышается стабильность высокодисперсной жировой эмульсии и отстоя сливок не происходит. В результате гомогенизации улучается консистенция и вкус молока и молоч-

ных продуктов, облегчается перевариваемость молочного жира в организме человека.

Следует отметить, что после гомогенизации сливок, особенно с повышенным содержанием жира, могут образовываться агрегаты и скопления шариков жира, что объясняется изменением структуры оболочек жировых шариков. В процессе гомогенизации резко увеличивается общая площадь поверхности жировых шариков и нативных оболочечных компонентов уже недостаточно для ее покрытия. Дефицит оболочечного вещества компенсируется за счет адсорбции казеина и сывороточных белков. В молоке с низким содержанием жира процесс адсорбции происходит быстро и приводит к повышению стабильности жировой эмульсии. В сливках формирование новых оболочек шариков идет медленнее, часть жира может остаться незащищенной, что приведет к агрегированию шариков.

Интенсивность гомогенизации возрастает с повышением температуры, поскольку жир переходит в жидкое состояние и уменьшается вязкость продукта. Наиболее предпочтительной температурой гомогенизации считают 60–65 С. При более высоких температурах в гомогенизаторе могут осаждаться сывороточные белки. В кислом молоке снижается стабильность белков, образуются белковые агломераты, затрудняющие дробление жировых шариков. С повышением кислотности молока эффективность гомогенизации уменьшается.

Иногда используют раздельную гомогенизацию. При этом механическому воздействию подвергается лишь высококонцентрированная жировая эмульсия (сливки определенной жирности). После гомогенизации сливки смешивают с обезжиренным молоком, проводят нормализацию, пастеризацию и охлаждение. Раздельную гомогенизацию применяют для того, чтобы снизить расход электроэнергии и ограничить нежелательное механическое воздействие на молочный белок при выработке питьевого молока, кисломолочных продуктов и сыров.

Мембранные методы. Мембранным называют такой способ обработки, когда продукт проходит через полупроницаемую перегородку (мембрану) под действием избыточного давления либо электрического поля. Мембранные методы различаются в зависимости от величины пор мембран.

Для разделения и концентрирования молока применяются ультрафильтрация, обратный осмос и электродиализ.

Для ультрафильтрации применяют мембраны с порами размером 50–100 нм, изготовленные из синтетических полимерных (ацетат целлюлозы, полиамид, полисульфон) и керамических материалов. При ультрафильтрации необходимо преодолевать осмотическое давление разделяемого раствора, так как растворитель переносится в направлении, противоположном возрастанию концентрации растворенного вещества, которое задерживается мембраной. Ультрафильтрацию проводят под давлением 0,1–0,5 МПа.

Ультрафильтрацию используют для выделения белков из молока или молочной сыворотки. Сыворотка под давлением движется между полупроницаемыми мембранами, через мембраны проходит вода с растворенными в ней лактозой и минеральными солями. Концентрат, который проходит между мембранами, содержит все сывороточные белки и ту часть воды, лактозы и минеральных солей, которая не прошла через мембраны. Отношение объемов концентрата и сыворотки, поступившей на ультрафильтрацию, составляет 1 : 5.

Обратный осмос используется для концентрирования молочного сырья. При этом через мембраны проходит только вода, а все остальные компоненты задерживаются. Размер пор в мембранах не превышает 50 нм, сырье подается под давлением 1–10 МПа.

При диализе под действием электрического поля, создаваемого электродами, из одного раствора в другой через мембрану переносятся ионы, электронейтральные вещества в диализе не участвуют. В молочной промышленности электродиализной обработке подвергают молочную сыворотку с целью ее деминерализации, поскольку повышенное содержание минеральных солей затрудняет ее переработку при получении продуктов детского питания.

Применение мембранных процессов в молочной промышленности позволяет полностью использовать все сухие вещества молока, что увеличивает выход продукции (например, творога, сыра), делает возможным обогащение полноценным молочным белком хлебобулочных, колбасных и кондитерских изделий. Кроме того, в результате полного извлечения компонентов молока частично решается проблема очистки сточных вод.

Тепловая обработка. Это обязательная технологическая операция, целью которой является обеззараживание молока при максимальном сохранении его исходных свойств, пищевой и биологической ценности. Различают два вида тепловой обработки – пастеризацию и стерилизацию.

Целью пастеризации является уничтожение вегетативных форм микроорганизмов, прежде всего патогенных. Обязательным условием пастеризации является гибель термоустойчивой туберкулезной палочки, но поскольку определение возбудителя туберкулеза – задача сложная, эффективность пастеризации определяют по гибели не менее термостойкой кишечной палочки.

Эффект пастеризации зависит от температуры и продолжительности тепловой обработки. В зависимости от этих факторов различают следующие режимы пастеризации: длительная – температура 60– 63 С, выдержка 30 мин; кратковременная – температура 74–78 С, выдержка 20 с; моментальная – температура 85–87 С или 95–98 С без выдержки. Жировые и белковые вещества оказывают защитное действие на клетки микроорганизмов, поэтому для продуктов с повышенным содержанием жира и сухих веществ (сливки, смесь для мороженого) температура пастеризации должна быть на 10–15 С выше по сравнению с температурой пастеризации молока.

Стерилизация проводится при температурах выше 100 С с целью уничтожения как вегетативных, так и споровых форм микроорганизмов.

Наиболее распространена непрерывная стерилизация, когда продукт в потоке подвергают ультравысокотемпературной обработке (УВТ) при температуре 130–150 С в течение нескольких секунд, после чего фасуют в асептических условиях в стерильную тару.

Нагрев продукта может быть прямым – путем смешивания с теплоносителем (паром), или косвенным – через теплопередающую поверхность. Прямой нагрев осуществляется мгновенно и физикохимические изменения компонентов молока при этом наименьшие. Недостатками такого нагрева являются низкий коэффициент регенерации теплоты и повышенные требования к качеству пара. При нагреве через теплопередающие поверхности на них быстро образуется пригар.

Изменения компонентов молока при тепловой обработке. В

зависимости от режимов тепловой обработки могут происходить различные изменения компонентов молока.

Казеин в отличие от обычных глобулярных белков имеет высокую термостабильность и выдерживает без признаков коагуляции нагревание при 140 С в течение 20–60 мин и более. Это объясняется специфической структурой казеина (высоким содержанием пролина,