Технологический процесс производства молочных консервов

Вне зависимости от большого разнообразия продуктов технология консервирования молока, молочного сырья на определенных стадиях процесса характеризуется общностью отдельных технологических операций. Технология каждого из продуктов включает выполнение как общих для всех продуктов консервирования молока, молочного сырья технологических операций, так и частных, соответствующих способу консервирования и виду продукта. Общность технологии характерна для начальных стадий процесса производства продуктов. При наличии общих технологических операций технология в целом характеризуется большой гибкостью, чем облегчается возможность расширения ассортимента, организации производства продуктов улучшенного качества на одном и том же предприятии.

К общим технологическим операциям относятся: оценка качества, учет массы, очистка, охлаждение молочного сырья, резервирование в связи с регулированием состава цельного молока, расчетами компонентов и составлением нормализованных смесей, организацией производства того или иного продукта, тепловая обработка нормализованных смесей, других видов молочного сырья перед сгущением, сгущение нормализованных смесей, других видов сырья.

Оценка качества молока. Сохранность молочных консервов зависит от качества молока, приемов подготовки его к обработке и соблюдению технологических режимов. Общее требование к исходному молоку: оно должно быть пригодно для консервирования. Оценка качества цельного молока, его пригодности для целей консервирования производится в соответствии со стандартом на закупаемое молоко и требованиями технологических инструкций.

Молоко не должно иметь пороков вкуса и запаха, и в частности таких, которые обусловлены посторонними нелетучими веществами. Оно должно обладать высокой термоустойчивостью, зависящей от титруемой кислотности, рН и солевого (ионного)равновесия. Требования к титруемой кислотности зависят от продукта. Показатели ее должны быть следующими (не более): 16-18 ⁰Т – для концентрированного стерилизованного молока, 19 ⁰Т – для сгущенного стерилизованного молока и 20 ⁰Т – для других видов молочных консервов.

В молоке коров некоторых пород солевое равновесие сдвигается в сторону избытка ионов кальция и магния. Содержание кальция в молоке зависит от времени года: осенью оно веше (136 мг%), чем летом (124 мг%). Избыточный кальций может связываться с казеинаткальцийфосфатным комплексом (ККФК), устойчивость которого к тепловому воздействию при этом может снижаться, казеин и фосфат кальция выпадают в осадок. Солевое равновесие в молоке может нарушаться и по другим причинам. К снижению термоустойчивости приводит также и избыточное содержание сывороточных белков в молоке. Поэтому не допускается использовать для консервирования молоко, полученное в первые 7 дней после отела и после запуска.

В сборном молоке доля жира на единицу СОМО (Ж_м/ СОМОм) колеблется от 0,39 до 0,69 и зависит от периода лактации и рационов кормления. Значение показателя отношения Ж_м/СОМО_м велико. С помощью этого показателя оценивают натуральность, качество молока и на его основе составляют нормализованные смеси для того или иного продукта. От величины отношения Ж/СОМО в цельном молоке зависит формирование органолептических показателей молока и продукта, получаемого из него. Молоко исходное и продукт вкуснее, если отношение Ж/СОМО приближается к значениям 0,40—0,42.

Отношения между другими составными частями сухого молочного остатка цельного молока также характеризуют пригодность его для консервирования. Молоко с более низким отношением жира к белку и жира к СОМО считают более пригодным для консервирования.

На стабильность и стойкость жировой фазы сгущенных и сухих молочных консервов влияет размер жировых шариков в цельном молоке: более пригодно молоко с мелкими и одинаковыми по размерам жировыми шариками. При длительном хранении сгущенного продукта из такого молока уменьшается скорость визуально наблюдаемого отстаивания белково-жирового слоя, а в сухих продуктах ограничивается окислительная порча жира. На перечисленные изменения продуктов может оказать влияние также и наличие в сборном молоке от 1,1 до 2,5 г дестабилизированного жира на каждые 100 г его общей массы.

Вязкость сгущенных и растворимость сухих молочных консервов зависят от размеров частиц ККФК исходного молока. Для консервирования наиболее пригодно молоко с меньшими размерами частиц ККФК. При нормировании сухого молочного остатка расход сырья на единицу продукта будет тем меньше, чем больше массовая доля сухого молочного остатка в молоке.

К показателям, которые являются обязательными для контроля качества, пригодности молока для консервирования, относятся следующие: массовые доли сухого молочного остатка, СОМО и жира, титруемая кислотность, группа чистоты, класс микробиологической загрязненности, группа термоустойчивости по алкогольной пробе (сгущенные стерилизованные молочные консервы), отношение Ж/СОМО. Основными показателями контроля качества компонентов, используемых для регулирования состава молока, являются массовые доли сухого молочного остатка, СОМО и жира и кислотность.

Для регулирования отношения Ж/СОМО в цельном молоке используют обезжиренное молоко, пахту, сливки. Титруемая кислотность обезжиренного молока, пахты должна быть не более 20°Т, а кислотность плазмы сливок—в норме требований в соответствии с массовой долей жира в них.

Учет массы молочного сырья. Закупку, доставку, учет массы молока выполняют так же, как и в других отраслях молочной промышленности. Принятое после оценки качества молоко формируют партиями, массы которых зависят от способа регулирования отношения Ж/СОМО в нем, способа и техники выпаривания. При периодическом способе производства партии молока формируют в соответствии с варкой, при непрерывно-поточном — партия молока может быть любой по массе, но точно известной в зависимости от вместимости емкостей хранения. Результаты учета масс формируемых партий молока записывают в паспортах на варку и на партию нормализуемого молока.

Массу обезжиренного молока, пахты, сливок, используемых для регулирования состава цельного молока, учитывают с помощью тех же средств, что приняты в молочной промышленности.

Очистка молока. Принятое по качеству и учтенное по массе молоко подвергается очистке. При производстве молочных консервов более эффективной по выделению механических примесей и микроорганизмов и обязательной является очистка молока с помощью сепараторов-молокоочистителей без предварительного подогревания молока. При частоте вращения барабана сепаратора-молокоочистителя 133 с^-1 вместе с примесями из молока выделяется от 20 до 50% микроорганизмов. Наименьшее количество микроорганизмов в очищенном молоке остается в том случае, когда очистка проводится при температуре 5—10°С. Требованиям технологии полнее отвечает очистка принятого молока на саморазгружающихся сепараторах-молокоочистителях.

Более эффективное выделение микроорганизмов из молока достигается в сепараторах-бактериоотделителях (частота вращения барабана 250—300 с^-1). Кроме того, в, них вместе с механическими примесями и микроорганизмами выделяются денатурированные предварительным нагреванием сывороточные белки, что способствует повышению термоустойчивости молока. Однако при этом способе очистки потери сухих веществ молока составляют 0,18% и велики энергозатраты.

При необходимости гомогенизации цельного молока применяют сепараторы-диспергаторы, обеспечивающие диспергирование жировых шариков вместе с выделением из молока примесей и микроорганизмов. С их помощью решается возможность перехода на технологию с меньшим числом технологических операций, причем и с меньшими, чем в клапанных гомогенизаторах, затратами энергии.

Охлаждение молока. Молоко, направляемое на резервирование, охлаждают. Температуры ниже 10°С угнетающе действуют на микрофлору молока. В сыром молоке преобладают микроорганизмы, образующие молочную кислоту, поэтому, если молоко хранят не более 12 ч, его охлаждают до 4—8°С. За это время титруемая кислотность молока не увеличивается, не происходит и других физико-химических изменений. Такой режим отвечает требованиям консервирования молока.

Если срок резервирования молока увеличивается до 2—3 сут, то молоко необходимо предварительно подвергнуть тепловой обработке при температуре 60—63 °С в течение 15 с, затем очистить на сепараторах-молокоочистителях при 30—40 °С и охладить до 4—8°С. После такой обработки исходные показатели качества молока существенно не изменяются при хранении до 2—3 сут. Чем раньше обработать молоко таким образом, тем эффективность хранения выше. Желательно осуществлять тепловую обработку молока уже на фермах.

При длительном хранении охлажденного молока без предварительной тепловой обработки жизнедеятельность молочнокислой микрофлоры подавляется, титруемая кислотность заметно не увеличивается, однако интенсивно развиваются психотрофные микроорганизмы (псевдомонады), которые продуцируют липолитические и протеолитические ферменты. В результате липолиза и протеолиза молоко становится непригодным для консервирования.

Резервирование молока. Операция необходима не только в связи с организацией производства продуктов, но и в целях регулирования его состава. В процессе резервирования молоко периодически перемешивают и проверяют его температуру и кислотность. Перемешивание необходимо для восстановления исходной структуры, поскольку молоко обладает тиксотропностью. Показатели состава консервированных продуктов нормируются стандартами. При большом многообразии продуктов необходимо их систематизировать по признаку нормируемых показателей состава. Такая систематизация приведена ниже.

При производстве молочных консервов исходное сырье концентрируют сгущением или сгущением и сушкой. Сущность концентрирования заключается в удалении из обрабатываемого сырья (смесей) только воды, без разделения его сухого вещества на составные части. Соответственно этому соотношения между массовыми долями любых двух составных частей сухого вещества остаются одинаковыми как в исходном сырье (смеси), так и готовом продукте.

Удаление воды из исходного сырья сопровождается концентрированием как всего сухого вещества (А), так и любой составной части его (Б) в одно и то же число раз, т. е, А_пр/А_исх = Б_пр/Б_исх. В то же число раз уменьшается масса исходного сырья или смеси (m_см) по сравнению с массой продукта (m_пр), т. е. m_см|m_пр = А_пр/А_исх или m_см|m_пр = Б_пр/Б_исх.

При концентрировании обеспечивается материальное равновесие, заключающееся в том, что сухое вещество и любая составная часть его в исходном сырье переходят в готовый продукт с учетом нормируемых производственных потерь (К_потерь), т.е. m_смА_исхК_{потерь А} = m_прА_пр или m_смБ_исхК_{потерь Б} = m_прБ_пр.

Нормализация состава молока. Для отдельных продуктов допускаются колебания показателей Ж_пр и СОМО_пр, а также предусмотрены оптимальные нормативные параметры, требуе­мые в производстве тех или иных продуктов. Согласно норма­тивным значениям показателей Ж_пр и СОМО_пр,для вырабаты­ваемых молочных консервов соотношение Ж_Пр/СОМО_пр в зави­симости от конкретного вида продукта колеблется в пределах 0,159—3,3. Исходя из сущности концентрирования (А_исх/Б_исх=А_пр/Б_пр), для получения в каждом продукте заданного соот­ношения Жпр/СОМОпр необходимо обеспечить его в исходном сырье, так как Ж_исх/СОМО_исх=Ж_пр/СОМО_пр.

Нормируемые для отдельных продуктов относительные по­тери жира и сухого молочного остатка не всегда одинаковы, поэтому при выполнении расчетов по нормализации значение соотношения Ж_Пр/СОМО_пр необходимо корректировать с по­мощью коэффициента К, рассчитываемого по формуле:

1\це П_ж — нормируемые потери жира, %; П_шо — нормируемые потери Сухого молочного остатка, %.

К=1/{(1+О_пр)[1-0,01П_ж)/(1-0,01П_смо)]-О_пр},

Скорректированный с помощью коэффициента К показатель О_Пр принято обозначать через О_р, как O_прК=Op. Поскольку Осм = О_пр после корректировки показателя О_пр, расчеты норма­лизованных смесей выполняют на основе О_См = О_р. В соответ­ствии с этим условием при составлении нормализованных сме­сей величина О_м конкретной партии нормализуемого цельного молока изменяется до заданной для расчетов величины 0_р пу­тем составления смеси согласно условию О_см = Ор,

При большом многообразии значений (нормируемых показа­телей Ж_пр и СОМОпр, а, следовательно, и О_р, а также колеба­ниях величины О_м в сборном молоке возможно, что О_М>О_Р; О_М<О_Р; О_м = Ор. Для обеспечения общего условия О_СМ = О_Р в первом случае необходимо О_м уменьшить, во втором — увели­чить и в третьем — оставить неизменным.

Чтобы изменить величину О_м до заданной величины О_р в требуемом направлении, в промышленности используют два способа составления нормализованных смесей: первый способ-— смешивание молока цельного (большими партиями или в пото­ке) с соответствующим молочным компонентом согласно условию О_см=О_р, второй способ — смешивание обезжиренного молока и сливок, получаемых при сепарировании конкретной партий цельного молока в требуемых для обеспечения условия О_См = О_р соотношениях.

Сущность первого, наиболее распространенного, способа заключается, а следующем, если нужно уменьшить величину О_м (Ом>Ор), цельное молоко смешивают с таким молочным компонентом, собственное соотношение Ж/СОМО в котором всегда меньше, чем О_м. Этому требованию отвечают обезжиренное молоко, в котором соотношение Ж₀б/С0М0_об близко к 0,005, или пахта с соотношением Ж_л/С0М0_п близким к 0,04.

Сущность второго способа составления нормализованных смесей заключается в том, что после сравнения фактического значения в цельном молоке О_м с заданной величиной О_р рас­считывают один из продуктов сепарирования и смешивают его с соответствующей частью второго. Если О_м>О_Р, то после се­парирования молока смешивают все получаемое обезжиренное молоко с частью сливок.

Составление нормализованных смесей зависит от способа выпаривания. При периодическом выпаривании смешивание молока цельного с соответствующим компонентом проводится или в емкостях до подачи нормализованной смеси на тепловую, обработку, или в процессе тепловой обработки и выпаривания. При непрерывнопоточном — нормализованная смесь обрабаты­вается в потоке, поэтому ее составляют до тепловой обработки и выпариваний.

Расчеты требуемой массы наполнителей и добавок. Эти расчеты выполняют в соответствии с сущностью концентрирования (А_см/Б_см = Апр/Бпр). На этой основе выведены все формулы, которыми пользуются в промышленности. Для продуктов с саха­ром в формулах для расчета массы сахара за А_см и А_пр при­няты показатели сахарозы в смеси и продукте (САХ_СМ, САХ_пр) а вместо Б_см и Б_пр — другие нормируемые показатели сухого вещества. При возможности выбора для продуктов, в которых нормируется показатель Жпр, вместо Б_см и Б_пр приняты показатели Жсм и Жпр Значения этих показателей определяют ана­литически, потери жира нормируют, следовательно, результаты расчетов масс сахара по формуле, полученной на основе САХ_СМ/Жсм = САХпр/Жпр, будут более достоверными. Исходя из этого, согласно условию САХ_см/Жсм = САХ_пр/Жпр, с учетом нормируе­мых потерь сахара (Кпотерь сах>1) на нормализованную смесь m_см масса сахара m_сах рассчитывается по формуле

M_сах = [(m_смЖ_cv.САХ_яр)/(100Ж_пр)]К_{потерб сах}.

Для продуктов с сахаром, в которых показатель Жпр не нормируется, а нормируется СМО_пр или Cпр, для расчета массы сахара применяют формулы, полученные на той же самой основе, что и формула 2), а именно САХ_См/СМО_см = САХ_пр/СМО_пр.

Массу любых наполнителей, добавок, заменителей рассчи­тывают по формулам, получаемым на основе формулы концен­трирования (А_см/Бсм = Апр/Бп_Р). В соответствии с нормируемы­ми показателями состава продуктов в расчетных формулах выбраны следующие частные соотношения между показателями состава: НАП_см/Жсм = НАП_пр/Жп_Р.

Для продуктов, в которых нормируется Жпр, формула для расчета массы наполнителя или добавки расходуемых на нормализацию молока (m_см), с учетом степени использования сухих веществ наполнителя (Кпотерь нап>1), составлена, исходя из НАП_см/Жсм = НАП_пр/Жпр.

Удельный расход нормализованной смеси рассчитывают в зависимости от вида продукта. При нормировании в продукте показателя Ж_пр удельный расход нормализованной смеси Р_см соответственно в кг/туб и кг/т определяют по формулам. Если в продуктах не нормируется Жпр, а нормируются СМО_пр, С_пр, то применяют формулы.

Технологическими инструкциями предусматривается произ­водство продуктов с варьируемыми показателями состава, до­пускаемыми стандартом. Такой допуск является одним из ре­зервов повышения эффективности производства продуктов и улучшения их качества. На предприятиях практическая реали­зация этого резерва обеспечивается выпуском продуктов с мак­симально допустимой по стандарту массовой долей влаги, а также изменением значений массовых долей одних составных частей сухого вещества за счет других с помощью более деше­вых видов сырья. Окончательная оценка уровня эффективности производства производится по показателю удельных затрат на сырье по сравнению с затратами на сырье на продукт норма­тивного (планового) состава.

Тепловая обработка нормализованных смесей. Сущность теп­ловой обработки состоит в уничтожении микроорганизмов и инактивации ферментов при возможно полном сохранении исходных свойств и биологической ценности молочного сырья. Эффективность оценивается по остаточной микрофлоре и ее качественному составу. Требованиям консервирования отвечают показатели общей эффективности в пределах 99,997—99,999% (остаточная микрофлора не превышает сотни или десятки кле­ток в 1 мл нормализованной смеси).

В остаточной микрофлоре не допускается присутствие липолитических, протеолитических бактерий. Эти бактерии погиба­ют, а липаза инактивируется при температуре не менее 90°С, без выдержки. Исходя из этого, применяют следующие режи­мы тепловой обработки нормализованных смесей перед сгуще­нием: 90—95°С без выдержки; 105—109°С без выдержки; в две ступени — 85—87 °С и 120—130 °С без выдержки. Наиболее эф­фективна тепловая обработка при температуре более 100°С. Пароконтактный нагрев способствует увеличению дисперсности жира. Режим тепловой обработки перед сгущением устанавли­вают в зависимости от вида продукта, техники, способов тепло­вой обработки и сгущения, состава молока.

Согласно теории пастеризации Г. А. Кука требуемая эффек­тивность тепловой обработки нормализованных смесей обеспечивается при соблюдении взаимосвязи между температурой и продолжительностью ее воздействия.

На основе формулы устанавливается требуемая продол­жительность теплового воздействия при той или иной темпера­туре, обеспечивающая его требуемую эффективность. При тем­пературе 90 °С величина т_д будет близкой к одной секунде и режим характеризуется — «без выдержки». Увеличение продол­жительности выдержки против рассчитанной не повышает эф­фективности теплового воздействия и отрицательно влияет на составные части молока и его свойства. Наблюдается увеличе­ние степени диссоциации частиц ККФК, казеиновая глобула развертывается к свободным связям пептидных цепочек —СО— NH—, присоединяется Са²⁺, изменяется заряд частиц, снижа­ется термоустойчивость, сывороточные белки денатурируют. Лактоза вступает в реакцию с белками, образуя меланоидины; молочные смеси темнеют, разрушаются лизин и триптофан. Не­растворимые трехзамещенные соли кальция частично выпада­ют в осадок, заметно разрушаются витамины, коагуляционные связи становятся прочнее, увеличивается вязкость.

При выпаривании в однокорпусных циркуляционных вакуум-выпарных установках выдержка нормализованных смесей при выбранной температуре тепловой обработки является вынуж­денной, неизбежной. Чтобы ослабить отрицательное влияние такой выдержки, нормализованные смеси после тепловой обра­ботки охлаждаются в потоке до 75—80 °С и при этой темпера­туре накапливаются в количестве, необходимом для начально­го заполнения рабочей вместимости вакуум-выпарной установ­ки, в промежуточной емкости перед подачей в вакуум-выпар­ную установку. Такая модификация технологии усложняет процесс, но, с другой стороны, обеспечивается снижение отрица­тельного воздействия температур тепловой обработки перед сгущением на свойства и отдельные составные части нормали­зованных смесей.

Завершенность тепловой обработки оценивается критерием Пастера, который должен быть равен единице.

Сгущение нормализованных смесей. Сущность этого процес­са заключается в частичном удалении свободной воды при ус­ловии сохранения системы в текучем состоянии при заданной температуре. Способы удаления воды могут быть различными: в замороженном виде (криоконцентрирование), жидком (моле­кулярная фильтрация) и в виде пара (выпаривание).

Удаление воды в замороженном виде заключается в замо­раживании части свободной воды с последующим выделением ее в виде кристаллов льда. При замораживании части свобод­ной воды массовая доля сухих веществ увеличивается до 30— 40%- Составные части молока при замораживании изменяются несущественно.

Без фазовых превращений вода удаляется из молочного сырья с помощью молекулярной фильтрации, на основе обрат­ного осмоса, через мембраны из ацетатцеллюлозы или других материалов, с диаметром пор 1—3 нм, под давлением не более 5 МПа. Используя обратный осмос, можно сгущать цельное молоко до 18%, обезжиренное молоко и сыворотку — до 30— 35% сухих веществ. При такой обработке достаточно полно со­храняются исходные свойства сгущаемого сырья, невелики за­траты электроэнергии. Обратноосмотические установки занима­ют небольшие производственные площади и могут работать непрерывно до 20 ч при температуре процесса от 4 до 80 °С, стоимость сгущения единицы объема в этом случае в 2—2,5 раза меньше, чем при выпаривании.

В основе сгущения исходных смесей выпариванием лежит парообразование. При атмосферном давлении молоко кипит при 100,5 °С. При такой температуре происходят необратимые изменения составных частей молока. Парообразование кипени­ем при 50 °С не сопровождается необратимыми изменениями молока. Устойчивы к такому нагреванию даже такие свойства, как вязкость, электропроводность, поверхностное натяжение. Не­обратимые изменения отмечаются лишь при нагревании до 70 °С и выше. Таким образом, для молока оптимальными для паро­образования кипением являются температуры от 50 до 70 °С. Такие температуры парообразования могут быть обеспечены при кипении в разреженном пространстве (с расходом внешнего тепла), когда парциальное давление паров кипящей жидкости будет превышать действующее на него общее давление.

Вакуум-выпарные установки, применяемые для удаления воды из молока, систематизируют следующим образом: 1-я груп­па — одно- и многокорпусные пленочные или пластинчатые с поточным поступлением в них сырья и поточным выпуском сгу­щенного продукта; 2-я группа — одно- и многокорпусные цир­куляционные (объемные) установки с многократной циркуля­цией, поточным поступлением сырья и периодическим (однокорпусные) или поточным и периодическим выпуском сгущен­ного продукта (многокорпусные). Установлена оптимальная продолжительность суточного цикла работы вакуум-выпарных установок (от мойки до мойки), составляющая 18—20 ч. В мо­лочной промышленности применяют как пленочные, так и цир­куляционные вакуум-выпарные установки.

Исключение необратимых изменений составных частей мо­лока при сгущении выпариванием обеспечивается соответствующим подбором температурного режима, продолжительности теплового воздействия и кратности концентрирования. В зави­симости от числа ступеней (корпусов) температуры выпарива­ния колеблются от 83 до 45 °С. Выпаривание в многокорпусных вакуум-выпарных установках по расходу острого пара являет­ся более экономичным. По технологическим показателям также отдается предпочтение многокорпусному выпариванию. По мере перехода сгущаемого продукта из одного корпуса в другой массовая доля сухих веществ в нем увеличивается, а темпера­туры выпаривания уменьшаются. Этим обеспечивается наибо­лее полное сохранение исходных свойств молока.

При выпаривании в пленочной трехкорпусной вакуум-вы­парной установке оптимальная взаимосвязь между массовой долей сухих веществ и температурой выпаривания решена сле­дующим образом:

Массовая доля сухих веществ, % 18—25 25—35 35—50

Температура выпаривания, °С 75—70 65—60 56—45

Циркуляционные вакуум-выпарные установки работают за­полненными выпариваемым сырьем до рабочей вместимости, равной примерно 0,6 объема испаряемой влаги в час. В пле­ночных вакуум-выпарных установках выпариваемое сырье на­гревается при нисходящем или восходящем движении его по поверхности нагрева пленкой толщиной 2—10 мм.

Продолжительность теплового воздействия вида вакуум-выпарной установки. В однокорпусной циркуляционной она колеблется от 1 ч — при сгущении партии молока на одну варку от 11,8 до 25,5% сухих веществ в про­изводстве сгущенного стерилизованного молока — до 10 ч — при сгущении партии сыворотки на одну варку от 6 до 60% сухих веществ в производстве сгущенной сыворотки. При смешанном выпаривании (поточном на протяжении производственного цик­ла с периодическим выпуском сгущенного продукта — по завер­шении его) в двухкорпусной циркуляционной установке тепло­вое воздействие на сгущаемый продукт, заполняющий рабочую вместимость, продолжается на протяжении всего производствен­ного цикла (до 20 ч).

Продолжительность теплового воздействия на сгущаемый продукт в пленочных вакуум-выпарных установках колеблется от 3 до 15 мин и зависит от числа ступеней выпаривания и заданной конечной массовой доли сухих веществ. При сущест­венной разнице продолжительности теплового воздействия в процессе выпаривания наименьшие физико-химические изменения концентрируемого продукта происходят при сгущении в пленочных вакуум-выпарных установках.

Кратность сгущения n в соответствии с сущностью концен­трирования показывает, во сколько раз увеличивается массовая доля всего сухого вещества и любой составной его части и со­ответственно уменьшается масса исходного сырья (смеси). В об­щей виде это описывается как n = С_пр/С_см = СМОпр/СМОсм = Ж_пр/Жсм=СОМОпр/СОМО_см-... =m_CM/m_np. На основе при­веденного описания рассчитывают массовые доли составных частей сухого вещества сгущенного или сухого продукта.

Аналогично рассчитывают массовые доли лактозы, ККФК и др. Наряду с этим для сгущенных продуктов необходимы пока­затели массовых долей того или иного компонента сухого вещества в водной их части.

Содержание лактозы и ККФК в водной части сырья и cгущенного продукта показано в табл.

Составная часть молока	n	Массовая доля, %
В сгущенном молоке	В водной части сгущ.молока
Лактоза ККФК СМО Вода		4,6 18,4 23,0 3,1 12,4 15,5 12,4 49,6 62,0 87,6 50,4 38,0	5,0 26,7 37,7 3,4 19,7 29,0 12,4 49,6 62,0 - - -

Аналогично рассчитывают массовые доли в водной части молока или продукта любых других составных частей сухого остатка. Показатели массовых долей, а водной части, отдельных составных частей сгущаемого продукта необходимы для выяснения возможных при той или иной кратности сгущения изменений их физико-химических показателей.

Основным требованием к сгущенным продуктам является сохранение их в текучем состоянии при заданной температуре. Поэтому для любого способа сгущения устанавливают показа­тели массовых долей составных частей сухого вещества продукта при которых он не утрачивает текучести, хотя физико-химические свойства его в той или иной степени изменятся в зависимости от кратности выпаривания изменения свойств молока протекают в следующем исправлений.

Если при выпаривании n<2_, то вкус, запах, цвет молока существенно не изменяется. При n>2 сгущенное молоко приоб­ретает солено-сладкий вкус и слабо-кремовую окраску. Эти из­менений обратимы и на изменение текучести сгущаемого молока не влияют.

Вне зависимости от кратности при сгущении выпариванием жировая фаза молока остается в состоянии эмульсии. Жиро­вые шарики по мере концентрирования сближаются, но не со­единяются. Необратимых физико-химических изменений жиро­вой фазы не происходит. Вязкость изменяется пропорционально кратности концентрирования.

При значениях n, соответствующих перенасыщению раство­ров солей молока, возможно выпадение их в осадок (кристал­лизация). Вязкость изменяется пропорционально кратности концентрирования.

Сгущение выпариванием сопровождается увеличением мас­совой доли лактозы в водной части продукта. В зависимости от растворимости при некоторых значениях n и температуры выпаривания возможны перенасыщение и кристаллизация лак­тозы в сгущенном молоке даже в вакуум-выпарной установке. При n = 4 массовая доля лактозы в водной части сгущаемого молока составляет 26,7%. Такое насыщение раствора не при­водит к кристаллизации лактозы в процессе выпаривания (рас­творимость лактозы при 60°С составляет 32%), но при охлаж­дении продукта до 20 °С и ниже по условиям насыщения (рас­творимость лактозы при 20°С около 14%) неизбежна частич­ная кристаллизация лактозы. Аномального падения текучести, обусловленного перенасыщением лактозы, при этом не проис­ходит.

Основное влияние на изменение вязкости в зависимости от n оказывают ККФК и сывороточные белки. По мере увеличения n массовая доля ККФК при массовой доле в водной части более 18—20% утрачивают текучесть. Только при массовой доле ККФК в водной части менее 18—20% вязкость сгущаемого продукта изменяется пропорционально увеличению п. При массовой же доле ККФК в водной части более 18—20%, что соответ­ствует общей массовой доле сухих веществ около 50%, про­исходит скачкообразное увели­чение вязкости, вплоть до пол­ной утраты текучести (рис.).

Сущность процесса заключа­ется в образовании новой структуры, обладающей новыми свойствами. Расстояния между частицами ККФК уменьша­ются, концентрация дисперсной фазы увеличивается, уменьша­ется рН. Гидратная оболочка частиц становится тоньше, усили­вается взаимодействие между ними, увеличивается средневзвешенная масса частиц ККФК. При критической массовой доле ККФК в водной части (более 20%) частицы ККФК соединя­ются, образуется новая структура. В структурообразовании ККФК принимают участие и сывороточные белки, которые становятся материалом для так называемых «мостов», прочно соединяющих частицы ККФК между собой. Согласно табл. 16 при n = 4 СМО сгущенного молока составляет 49,6%, массовая доля ККФК в водной части его равна 19,7%,—следует ожидать заметного повышения вязкости сгущаемого молока при темпе­ратуре выпаривания. При n = 5 СМО сгущенного молока составляет 62%, а показатель массовой доли ККФК в водной части 29%—возможна полная утрата текучести даже при тем­пературе выпаривания.

Как видно, при сгущении.выпариванием изменение струк­турно-механических свойств сгущаемых смесей зависит главным образом от величины массовой доли ККФК в их водной части. При температуре выпаривания сгущаемые молочные смеси со­храняют подвижность, текучесть, только до массовой доли ККФК в их водной части не более 18—20%, что соответствует массовой доле сухого молочного остатка, близкой к 50%. При этом изменения других составных частей сухого молочного ос­татка (жир, лактоза, соли) на скачкообразное повышение вязкости не влияют. Способность сгущенного молока с сахаром вытекать из вакуум-выпарной установки при температуре вы­паривания и общей массовой долей сухих веществ около 70— 71% объясняется тем, что массовая доля ККФК в его водной части около 20%.

Наряду с массовой долей ККФК в водной части сгущаемого продукта на структурообразование в процессе выпаривания ока­зывают влияние также свободная молочная кислота и техника сгущения. Поэтому массовые доли сухого молочного остатка при подсгущении нормализованных смесей СМО_СГ. см устанав­ливают с учетом массовой доли ККФК в их водной части, тит­руемой кислотности и техники выпаривания. Варианты взаимо­связи значений перечисленных показателей для сухого цельного молока, приведенные в табл., являются наиболее оптималь­ными (массовая доля ККФК в водной части сгущенных нор­мализованных смесей не более 18—20%).

Вакуум-выпарная установка	Титруемая кислотность нормализованной смеси, 0Т	СМОсг.см
Циркуляционная пленочная		48-52 45-48 50-55 48-50

Аналогичные взаимосвязи установлены и для других про­дуктов консервирования цельного молока, сухих концентратов обезжиренного молока, пахты, ЗЦМ, детских продуктов.

Если необходимо сгущать цельное молоко и хранить его в последующем при низких температурах, то оптимальной массо­вой долей СМО является значение, близкое к 40%.

Получение конечных значений массовых долей сухого мо­лочного остатка в сгущаемых смесях обеспечивается автома­тически— при непрерывнопоточном выпаривании и периодиче­ском контроле (по плотности на основе зависимости между массовой долей сухих веществ и плотностью) — при выпарива­нии в циркуляционных вакуум-выпарных установках. Для автоматического контроля применяют приборы, основанные на зависимости между массовой долей сухого молочного остатка и плотностью или массовой долей сухого молочного остатка и электропроводностью (при t =const Жсм/С0М0_см = const).

Молочное сырье, в том числе продукты ультрафильтрации, сгущается на основе обратного осмоса или выпаривания, а так­же ступенчато: первая ступень — обратный осмос, вторая — вы­паривание до конечной массовой доли сухого вещества.

В пленочных вакуум-выпарных установках поступление сырья и выход сгущенного продукта происходят в потоке. В цир­куляционных установках, где выпаривание осуществляется из объема сгущаемого сырья, сгущенный продукт выпускают цик­лами (варками), а для начального заполнения рабочей вмести­мости неизбежна выдержка исходного сырья после его тепло­вой обработки в связи с необходимостью накопления. Для ослабления отрицательного влияния вынужденной выдержки исходного сырья при температуре тепловой обработки техноло­гическую линию дополняют аппаратом для охлаждения обра­батываемого сырья до температуры 70—75 °С (после основного режима тепловой обработки).

При производстве продуктов, в которых нормируется САХ_пр, для начального заполнения рабочей вместимости двухкорпусных циркуляционных вакуум-выпарных установок используют сахарный сироп, поэтому тепловую обработку нормализован­ных смесей перед выпариванием проводят без вынужденной выдержки и охлаждения до 70—75 °С.

Глава 2