Цельное сгущенное молоко с сахаром

Молоко цельное сгущенное с сахаром с массовыми долями (%) влаги не более 26,5, сухого молочного остатка не менее 28,5, в том числе жира не менее 8,5 и сахарозы не менее 43,5 — в группе сгущенных молочных консервов с сахаром является основным продуктом. В продукте на экспорт показатели не­сколько отличаются и зависят от требований страны-покупате­ля. По величине отношения Жпр/СОМО_пр продукт приближен к исходному консервируемому цельному молоку (плановое О_пр = 0,4212, в молоке О_м колеблется от 0,39 до 0,69); кислот­ность продукта не более 48 °Т; вязкость 3—10 Па-с, через 2— 12 мес. хранения — не более 15 Па-с. Требуемая чистота вос­становленного продукта (по эталону для коровьего молока) обеспечивается обработкой по ходу технологического процесса. Показатель активности воды, составляющий 0,83—0,85, обеспе­чивается концентрированием растворенных в воде молока ве­ществ (лактозы, минеральных солей) и связыванием части ос­тавшейся воды вводимым сахаром (сахарозой).

Продукт вырабатывается как периодическим, так и непрерывнопоточным способами. Технологический процесс производ­ства периодическим способом включает операции общие для всех продуктов консервирования молока, молочного сырья и частные — смешивание нормализованной смеси с сахаром, охла­ждение и фасование продукта. При необходимости в целях уменьшения скорости отстаивания белково-жирового слоя при хранении продукта нормализованная смесь перед сгущением подвергается гомогенизации при температуре 65—75°С и дав­лении 10—12 МПа.

Технологическая схема производства цельного сгущенного молока с сахаром периодическим способом приведена на рис. Согласно схеме на основе результатов оценки качества партии молока (варка), учета его массы, очистки и охлаждения, его резервируют в емкости в целях составления нормализованной смеси и расчетов сахара. Начальное заполнение рабочей вме­стимости вакуум-выпарной установки осуществляется частью сахарного сиропа, чем обеспечивается поточная подача нормализованнной смеси (или отдельно ее составляющих) в вакуум-выпарную установку после тепловой обработки в его подогре­вателях. В целях повышения термоустойчивости молока, для частичного связывания избыточного Са²⁺ в нормализованную смесь перед тепловой обработкой можно внести соль-стабили­затор в виде 25%иного водного раствора. Режим тепловой об­работки нормализованной смеси — 93—97 °С без выдержки. Для тепловой обработки нормализованной смеси перед выпариванием при температуре более 100°С (105— 109 °С, без выдержки) необходимо модернизировать подогрева­тели, входящие в комплект вакуум-выпарной установки, или дополнить технологическую линию нагревателями, обеспечива­ющими подогрев до температуры более 100°С. Тепловая обра­ботка нормализованной смеси при температуре более 100°С (105—115 °С, без выдержки) предотвращает загустевание сгу­щенных молочных консервов с сахаром при хранении.

Остаток требующегося сахарного сиропа на варку направ­ляется в установку по завершении поточной подачи в него всей нормализованной смеси после ее тепловой обработки в подо­гревателях. Компоненты общей смеси на варку сгущают до массовой доли сухих веществ 70—71%, и продукт подается в вакуум-охладитель на охлаждение. Температуры выпаривания: 1-й корпус 65—70 °С, 2-й корпус — 50—55 °С. Выпариванием завершаются общие технологические операции.

При периодическом выпаривании в циркуляционных вакуум-выпарных установках готовность продукта к выпуску из них определяется с помощью рефрактометра на основе прямой за­висимости между массовой долей сухих веществ и коэффици­ентом преломления C_np = f(n) (при температуре 20°С Ж_ПР/ /СОМОпр = const). При непрерывнопоточном способе выпуск продукта заданного состава из вакуум-выпарной установки обеспечивается с помощью приборов автоматического регули­рования и контроля, в частности с помощью рефрактометра, работающего в автоматическом режиме.

При производстве сгущенных молочных консервов с саха­ром для консервирования применяют сахар-песок с массовой долей сахарозы не менее 99,75%, инвертного сахара не более 0,05 и влаги не более 0,14%- При увлажнении сахара-песка качество его снижается. На гранях кристаллов образуются пленки сахарного раствора, являющиеся благоприятной средой для микроорганизмов, количество которых в зависимости от массовой доли влаги увеличивается следующим образом:

Массовая доля влаги 0,17 0,23 0,41

в сахаре-песке, %

Количество микроорга- 50 300 5000

низмов в 1 г сахара-пес­ка

Увлажнение сопровождается также инверсией сахарозы. С образованием глюкозы и фруктозы увеличивается массовая доля инвертного сахара, снижается качество сахара-песка, а вместе с тем и продукта, для консервирования которого его используют. Моносахар а активно вступают в реакцию с белка­ми молока, образуются меланоидины, вследствие чего продук­ты приобретают темный цвет. Обязательным в связи с этим является предупреждение увлажнения сахара-песка. Неизмен­ность стандартных показателей состава и свойств сахара-песка при перевозках и хранении обеспечивается при температурах не более 20—22 ⁰С и относительной влажности воздуха не более 70% (при хранении без упаковки в бункерах — не более 60%). Меньше увлажняется сахар-песок при бестарном хранении его в бункерах.

Растворимость сахарозы зависит от температуры.

Если массовая доля сахарозы в водной части сгущенных молочных консервов с сахаром имеет оптимальное значение (61,0—63,5%) она в них не кристаллизуется ни в процессе производства, ни при хранении (от 1 до 10 °С). В соответствии с принятой технологией сахар-песок растворяют: в питьевой воде (сахарные сиропы) — при периодическом способе произ­водства и в цельном молоке — при непрерывно-поточном. Для приготовления сахарных сиропов применяют емкостные тепло­вые аппараты ВНИИКП-2. Чтобы получить стерильный сироп, раствор сахара в воде доводят до кипения (102—105 °С). Опти­мальная массовая доля сухих веществ сахарного сиропа 60— 65%. Для предупреждения инверсии сахарозы выдержка гото­вого сахарного сиропа не допускается. Перед поступлением в вакуум-выпарную установку сахарный сироп очищают от меха­нических примесей фильтрацией через ткань (марля, лавсан), с помощью сепараторов-молокоочистителей, фильтрацией на фильтрах «Коллоид». Очистка сиропа на фильтрах «Коллоид» в 5—15 раз эффективнее, чем через марлю и ватные фильтры.

По достижении в процессе периодического выпаривания за­данной массовой доли сухих веществ продукт при температуре 45—60°С направляют в вакуум-охладитель для охлаждения до 18—22 °С. Охлаждение проводится в одну ступень, внутренняя теплота продукта расходуется на парообразование кипением, в результате чего продукт охлаждается и одновременно допол­нительно подсгущается на 3—3,5%. Вязкость его при этом уве­личивается в 2—3 раза, а лактоза из-за пересыщения ею рас­твора частично кристаллизуется. Чтобы обеспечить однород­ность консистенции продукта, образующиеся кристаллы лакто­зы должны иметь линейные размеры, не превышающие 10— 11 мкм. Только при этом условии они не ощущаются органолептически при опробовании. В табл. приведена оценка кон­систенции продукта в зависимости от размера кристаллов лак­тозы и их содержания в 1 мм³ сгущенного молока с сахаром.

Число кристаллов	Средний размер кристаллов, мкм	Консистенция
400 000-300 000 300 000-100 000 100 000-50 000 50 000-25 000 25 000 и менее	10-11 12-15 16-20 21-25 25 и более	Однородная Слабомычнистая Мучнистая Сильномучнистая песчанистая

Кристаллизация лактозы в сгущенном молоке с сахаром протекает в соответствии с молекулярно-кинетической теорией кристаллизации s две стадии: зарождение и рост кристаллов.

Зарождение центров кристаллизации в соответствии с флуктуационной теорией рассматривают как тепловое движение молекул, приводящее к образованию в массе исходной фазы флук­туации плотности и уплотнению молекулярных комплексов. По достижении критических размеров молекулярные комплексы становятся зародышами, способными устойчиво расти до кри­сталлов видимого размера.

Процесс возникновения зародышей кристаллов основан на диффузии. Основным условием для зарождения центров кри­сталлизации является пересыщение раствора. На скорость и массовость зарождения центров кристаллизации положительно влияет перемешивание, способствующее дополнительной флук­туации в элементарных объемах раствора, что усиливает его турбулизацию. Повышается эффективность массообмена, обес­печивается необходимая ориентация молекул при образовании кристаллизационной сетки, уменьшается толщина неподвижно­го слоя («дворика») около растущего кристалла, сокращается индукционный период. Для массового зарождения центров кри­сталлизации необходимо быстрое охлаждение. В этих условиях при наличии широкой температурной зоны перенасыщения лак­тозы образование зародышей происходит при более высоких температурах этой зоны и меньшей вязкости продукта.

В условиях гетерогенного механизма образования зароды­шей, характерного для лактозы, необходимо наличие базисной поверхности кристаллизации, роль которой выполняет затравка в виде мелкокристаллической рафинированной лактозы. Сущ­ность процесса состоит в том, что при подаче продукта на охла­ждение в вакуум-охладитель возникают местные скопления растворенной лактозы, которые по размерам приближаются к критическим для зарождения кристаллов, но не достигают их, а размещение молекул в растворе еще недостаточно соответ­ствует необходимому положению их в узлах кристаллической решетки. Спонтанная кристаллизация не успевает возникнуть. Для этого необходима затравка.

В соответствии с рассмотренными теоретическими положе­ниями для единовременного массового зарождения кристаллов лактозы в охлаждаемом сгущенном молоке с сахаром, которые на стадии роста по условиям насыщения не могут вырасти и не вырастают более чем до 10 мкм, необходимы быстрое охлаж­дение, интенсивное перемешивание продукта и обязательное внесение затравочного материала.

При производстве сгущенных молочных консервов с caxaром периодическим способом эти условия обеспечиваются при следующих режимах одноступенчатого охлаждения в вакуум-охладителях: начальное разрежение не менее 933 гПа, распыленле и интенсивное охлаждение продукта в период подачи (уменьшение температуры на 10—15°С), включение мешалки— с подачи первых порций продукта — и непрерывная ее работа до конца процесса охлаждения, внесение затравки при 30—37 °С (устанавливает лаборатория), затравочный материал — мелкокристаллическая рафинированная лактоза, доза — не менее 0,02% массы продукта. Включение главного термокомпрессора для отбора образующихся соковых паров — через 3—5 мин от начала подачи продукта в аппарат (продукт при этом должен кипеть). Общая продолжительность охлаждения 40—60 мин при разрежении 971—998 гПа.

При подаче сгущенного молока с сахаром на охлаждение в распыленном состоянии, интенсивном перемешивании его при охлаждении и внесении затравки рост зародышей кристаллов происходит в соответствии с теорией фазовых переходов. Согласно этой теории скорость оседания кристаллизующего вещества на гранях кристаллов пропорциональна квадрату разности концентраций. Кристаллы растут по мере насыщения, после охлаждения продукта процесс кристаллизации завершается, кристаллы лактозы увеличиваются в размерах от б до 10 мкм.

В процессе охлаждения за счет самоиспарения при сниже­нии температуры на 1 °С продукт подсгущается на 0,088% (0,1%). Зависимость между массовой долей влаги в начале охлаждения В_нач, температурой t_нач, массовой долей влаги В_кон и температурой t_кон в конце охлаждения описывается как

Внач = Вкон + 0,088 (t_яач — t_кон).

Преимуществом вакуумного охлаждения сгущенных молоч­ных консервов с сахаром является возможность регулирования состава продукта в процессе охлаждения, а не по его завер­шении. Регулирование осуществляется как показателем конеч­ной температуры t_кон, так и показателем массовой доли влаги в продукте в конце охлаждения В_кон (максимум 26,5%). Без отрицательного воздействия на процесс кристаллизации лакто­зы можно изменять конечную температуру t_кон в пределах 15—22 °С

В том случае, если необходимо регулировать состав продук­та добавлением воды, последнюю в пастеризованном виде вно­сят в процессе охлаждения, а не по его завершении.

Для предотвращения потемнения продукта во время охлаж­дения в него добавляют аскорбиновую кислоту (0,02%), а для подавления роста плесеней — сорбоновую кислоту (0,02%),

Готовый охлажденный продукт фасуют в потребительскую (банки № 7, алюминиевые тубы, бумажные пакеты) или транс­портную (деревянные заливные и фанерно-штампованные боч­ки, фляги, авто- и железнодорожные цистерны) тару. Металли­ческую тару предварительно моют и стерилизуют, а деревянные и фанерно-штампованные бочки парафинируют—в целях иск­лючения вторичного бактериального обсеменения продукта во время фасования.

Состав и свойства продукта, сгущаемого в 1-м и 2-м корпу­сах, формируются по-разному в зависимости от долевого сме­шивания нормализованной смеси и сахара. Эти показатели регулируются в процессе выпаривания путем перепуска сгущае­мого продукта из одного корпуса в другой для того,, чтобы к моменту выпуска продукта одновременно из обоих корпусов сухие вещества в нем составляли около 70%. При смешивании в аппарате, в начале варки, в течение первых 30 мин от начала выпаривания нормализованной смеси с частью сахарного сиро­па обеспечивается интенсивная циркуляция общей смеси при невысокой ее вязкости.

При непрерывно-поточном способе производства цельного сгущенного молока с сахаром на линии «Альфа-Лаваль» (рис.) партию цельного молока (любую по массе), по ка­честву отвечающую требованиям, после очистки и охлаждения до 5°С резервируют в связи с необходимостью расчетов обез­жиренного молока или сливок, сахара, перемешивают, подогре­вают до 65 °С, при этой температуре в молоке растворяется сахар. Полученную молочно-сахарную смесь охлаждают до 15 °С, фильтруют, подогревают до 56 °С, очищают на сепараторе-диспергаторе, подогревают до 74 °С, охлаждают ледяной во­дой до 5°С и направляют в емкость для нормализации, т. е. прибавления обезжиренного молока или сливок, согласно усло­вию Жсм/СОМО_СМ=О_Р.

Общая молочно-сахарная смесь (Жсм/СОМО_см=О_р; САХ_си/Жсм—САХ_пр/Жпр) подвергается тепловой обработке в трубча­тых подогревателях до 41, 57 и 75°С, деаэрации в камере с охлаждением до 65°С, подогревается в четвертом подогревателе до 86 °С, в первой секции теплообменника до 95—96 и во второй — до 105—107°С. Такие режимы тепловой обработки обеспечивают ее высокую эффективность. После тепловой об­работки молочно-сахарная смесь выпаривается в трехкорпусной (с финишером) пленочной вакуум-выпарной установке. Темпе­ратуры выпаривания по ступеням 78, 60, 48 °С и в финишере (после подогрева) до 58 °С. Конечная массовая доля сухих ве­ществ продукта 74% обеспечивается автоматическим регулиро­ванием состава продукта.

В технологической линии предусмотрена гомогенизация при давлении 2,0—2,5 МПа, если вязкость продукта меньше 3 Па-с. Если вязкость больше, то гомогенизация исключается. Продукт с массовой долей сухих веществ 74% после гомогенизации или без нее автоматически подается на охлаждение (20—22°С) в пластинчатый охладитель. После введения в потоке затравки охлажденный продукт поступает в емкость для подготовки к фасованию.

Особенностью рассмотренной технологии является растворе­ние сахара в цельном молоке, выпаривание общей молочно-са­харной смеси и охлаждение готового продукта в потоке. Поточ­ное растворение сахара в молоке интенсифицирует, удешевляет и упрощает процесс. Режимы выпаривания в трехкорпусной пленочной вакуум-выпарной установке исключают возможность необратимых изменений составных частей сухого вещества сгу­щаемой смеси, а при наличии финишера облегчается регулиро­вание состава продукта и выпуск его с заданной, конечной массовой долей сухих веществ. Поточное охлаждение готового продукта в пластинчатом охладителе, внесение затравки с по­мощью вибратора с дозирующим устройством обеспечивают быстрое охлаждение, интенсивное механическое воздействие и начальную базисную поверхность кристаллизации (затравка). Образующиеся при этом кристаллы лактозы по линейным раз­мерам не превышают 10 мкм при соответствующей этому по­казателю массовости кристаллизации.

Особенностью формирования состава и свойств продукта при непрерывно-поточном способе производства является уве­личение при выпаривании массовой доли всех сухих веществ от 23—25% до конечной 74%, кислотности от 13—14 до 40 °Т и вязкости от 10—20 до 3000—4000 мПа-с при неизменности от­ношений Осм = О_Р и САХ_см/Жсм = САХпр/Жпр. В меньшей степе­ни изменяется цвет продукта, в соответствии с кристаллизацией лактозы консистенция оценивается как однородная. Структур­но-механические свойства формируются под воздействием теп­ловой обработки молочно-сахарной смеси и механической обра­ботки (гомогенизации) сгущенного продукта, причем более за­метно влияние гомогенизации, чем тепловой обработки. Поэтому путем изменения режимов гомогенизации или исключения ее облегчается возможность регулирования вязкости продукта.

По технико-экономическим показателям при непрерывно-по­точном способе производства цельного сгущенного молока с сахаром уменьшаются затраты времени на обработку 1 т мо­лока в 1,36 раза, удельные расходы пара и воды в 1,50 раза, но увеличивается удельный расход электроэнергии в 1,33 раза. В целом по эффективности производства и показателям каче­ства продукта перспективным является непрерывно-поточный способ в рассмотренном или других, более оптимальных, ва­риантах.