ТЕХНОЛОГИЯ МОЛОКА И МОЛОЧНЫХ ПРОДУКТОВ

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/СОМОпр продукт приближен к исходному консервируемому цельному молоку (плановое 0Пр = 0,4212, в молоке Ом 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 непре - рывнопоточным 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.

ШиХ а

13 115 1 20 1 №

Це, льнов молоко — /—/- Норпамзобантя спесь

Шезшар tote

—«— Сахарный сироп "—V - Цельное сгущенное налоко с строи —<~— Стр-песок

Рис. 11. Технологическая схема производства цельного сгущенного молока сі сахаром:

/ — иасос; 3 — счетчик Для молока цельного; 3 —весы Для молока цельного; 4, 8, 9 — ем­кости разного назначения; 5 — емкость с тензовзвешнванием цельного молока; 6 — сепа - ратор-молокоочиститель; 7, 10, 12 — теплообменники разного назначения; 11 — сепаратор - сливкоотделитель; 13 — фнльтр Для снропа; 14 — двухкорпусная циркуляционная вакуум - выпарная установка - 15 — аппарат Для приготовления сахарного сиропа; 16 — подъемник для сахара. песка; 17 — бункер для сахара-песка; 18 — фасовочно-закаточиый агрегат; 19 — . вакуум-охладители; 20 — подогреватели вакуум-выпарной установки

Технологическая схема производства цельного сгущенного] молока с сахаром периодическим способом приведена на рис. 11. 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 норма - лизованнной 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%-іного водного раствора. Режим тепловой об­работки нормализованной смеси — 93—97 °С без выдержки (тф=Тд", Ра=1). 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 Cnp = f(n) (при температуре 20°С Жпр/ /COMOnp = 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

Иизмов в 1 г сахара-пес- ка

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. Моносахара 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 °С 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:

Температура, °С 90 60 50 20 О Растворимость, % 81 74 72 68 64

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) — прн 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 однород-1 ность консистенции продукта, образующиеся кристаллы лакто-j зы должны иметь линейные размеры, не превышающие 10— 11 мкм. Только при этом условии они не ощущаются органо - лептически при опробовании. В табл. 18 приведена оценка кон-1 систенции продукта в зависимости от размера кристаллов лак-] тозы и их содержания в 1 мм3 сгущенного молока с сахаром.

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

Зарождение центров кристаллизации в соответствии с флук| туационной теорией рассматривают как тепловое движение мо-^

18. Консистенция продукта в зависимости от среднего размера

Кристаллов лактозы и их количества

Коисистеицвя

Число кристаллов

Средний размер кристаллов, мкм

10—11 Однородная

12—15 Слабомучнистая

.16—20 Мучнистая

21—25 Сильномучнистая

25 и более Песчанистая

400 000—300 000 300 000—100 000 100 000—50 000 50 000—25 000 25 000 и менее

Лекул, приводящее к образованию в массе исходной фазы флук - туаций 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 положе - " ниями 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 саха­ром периодическим способом эти условия обеспечиваются при следующих режимах одноступенчатого охлаждения в вакуум- охладителях: начальное разрежение не менее 933 гПа, распы­ление 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 6 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 5нач, температурой tna4, массовой долей влаги Вкон и температурой tKон в конце охлаждения описывается как

#нач = Якон + 0.088 (/нач — tKaB).

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 tK0„, так и показателем массовой доли влаги в продукте в конце охлаждения 5Кон (максимум 26,5%). Без отрицательного воздействия на процесс кристаллизации лакто­зы можно изменять конечную температуру tKон 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.

19. Изменение показателей сгущенного продукта в процессе сгущеиия выпариванием

Исходная нормализованная смесь 11,8 18 2,3 1027 83,0

Молочно-сахарная смесь через 30 мин от начала выпаривания

11 20,9 25 4,0 1054 83,0

2 57,3 19 436,0 1231 49,0

Молочно-сахарная смесь после подачи в вакуум-выпарную установку всех компонентов смеси

63,5 21 530,0 1281 55,5

88,4 48 1096,0 1276 50,5

Сгущенный продукт перед подачей его на охлаждение в вакуум-охладитель

Из обоих 70,5 30 3320,0 1283 49,0

Корпусов

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

В табл. 19 показано, как формируются состав и свойства мо­лока цельного сгущенного с сахаром при выпаривании в двух - корпусной циркуляционной вакуум-выпарной установке.

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.

Я ff № 2 2 ♦ 17 И j I 13 20 І1 22 23 &

2t., Г V? і 21 f 7 29 2

—— Цетсе тлом

• Шежрете ттй

—о— стіни —Сахар

Молочно ■ союрны diet

—— ВЛца нтт-сшрны емт (ОМСС) — - Сгццыт ОМСС -'—>- ГаттщоШт щщтав QMCC

Ашжйтп ОМСС ~л— Затрат (митоза) — л— Кнышки —е— Вант

—- Цшт потко сщщашос с caiapm

Г г— —^ # ' 1

Рис. 12. Технологическая схема производства молока цельного сгущенного с сахаром непрерывно-поточиым способом:

' — емкость для цельного молока: 2 — насос; 3 — емкость с тензовзвешнванием; 4 — пла­стинчатый охладитель: 5 — емкость для сырого цельного молока; 6 — счетчик; 7 —пла­стинчатый рекуператор; 8 — емкость для молочно-сахарной смеси; 9 — вакуум-выпарная установка; 10 — гомогенизатор; /.' — пластинчатый охладитель; 12 — емкость; 13 — прием­ный желоб; 14 приемный бункер; 15 — дозатор-смеситель; 16 — емкость для растворе­ния сахара в цельном молоке; 17 — фильтр дисковый; 18 — сепаратор-молокоочистнтель; 19 — банкомоечная машина; 20 — разливочный автомат; 21 — закаточный автомат; 22 — моечная и сушильная машина; 23 — этикетнровочный автомат; — упаковочный автомат; 25 — счетчик; 26 — емкость для обезжиренного молока; 27 — сепаратор-сливкоотделитель; 28 — буферная емкость; 29 — емкость для сливок

При непрерывно-поточном способе производства цельного сгущенного молока с сахаром на линии «Альфа-Лаваль» (рис. 12) 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 сепарато - ре-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/СОМОс„=Ор.

Общая молочно-сахарная смесь (Жсм/СОМОСм=Ор; CAXcJ 1Жсы=САХпр/Жпр) подвергается тепловой обработке в трубча­тых подогревателях до 41, 57 и 75°С, деаэрации в камере с охлаждением до 65 °С, подогревается в четвертом подогревате-

Ле 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-са - харной 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 0См = Ор и САХсы/ЖсМ = САХп?/ЖпР. В меньшей степе­ни изменяется цвет продукта, в соответствии с кристаллизацией лактозы консистенция оценивается как однородная. Структур­но-механические свойства формируются под воздействием теп - ' ловой обработки молочно-сахарной смеси и механической обра­ботки (гомогенизации) сгущенного продукта, причем более за­метно влияние гомогенизации, чем тепловой обработки. Поэто -

My 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.