Температурно-лучевая пастеризация молока

Директор ООО «ЭКОМАШ» Белкин Виктор Петрович
Ведущий специалист ООО «ЭКОМАШ» Севрюков Виктор Дмитриевич

Пастеризация молока является одним из основных процессов молочной промышленности. Проводится она не только с целью уничтожения патогенной микрофлоры, но и с целью инактивации ферментных систем и создания определённых качеств готового продукта. Традиционная высокотемпературная обработка молока гарантирует высокую стерильность, но при этом приводит к разрушению белков, жиров, витаминов и микроэлементов. Что в конечном итоге не благоприятно сказывается на продукте в целом.

Из научной литературы известны технологии обработки молока инфракрасным облучением, дающие более эффективные результаты. Смысл данных технологий заключается в том, что каждая составляющая молока имеет свой, присущий только ей, спектр поглощения. Следовательно, учитывая разрушающее действие ИК излучения на органические компоненты молока (жиры, белки, углеводы и т. д.), можно проводить целенаправленную обработку молока, селективно воздействуя на определённые составляющие. В таблице 1 приведены основные типовые химические связи в молекулах органических веществ и длины волн, приводящие к их разрушению.

Из этого следует, что селективно разрушая определённые химические связи можно влиять на качество пастеризованного молока. Например: понижать влагоудерживающую способность белков, что важно при производстве сыров и творога, снижать или повышать сквашиваемость, что важно при производстве питьевого молока или кисломолочных продуктов и т.д., что в свою очередь приводит к улучшению качества конечного продукта (сыр, творог и т.д.), сохраняя при этом такие компоненты как жиры, белки, витамины и микроэлементы.

Однако, использование данных технологий сдерживалось сложностью изготовления инфракрасных (ИК) излучателей с заданными параметрами мощности и длины волны излучения. Развитие нанотехнологий и применение новейших материалов позволило изготовить инфракрасные тепловыделяющие элементы (ИК-ТВЭЛ ы) - излучатели с заданными шириной спектра и мощностью излучения.

Предприятием ЭКОМАШ разработаны и успешно внедрены в производство автоматизированные проточные пастеризаторы с инфракрасным нагревом.

Отличительной особенностью этих пастеризаторов (Рис. 1) является то, что блоком пастеризации в установках

А1-ОПЭ является секция ИК-нагрева, состоящая из кварцевых труб с инфракрасными нагревательными элементами, выполненными из войлочнографитового шнура, позволяющего изготавливать нагреватели с узким спектром ИК-излучения, ориентированным на конкретные задачи.

Например, оптимальная длина волны для пастеризации питьевого молока составляет от 2500 до 3500 нанометров, а при пастеризации молока для производства сыра или творога - 1200-1500 нанометров.

Модельный ряд установок включает в себя пастеризаторы производительностью от 1000 до 3000 л/час.

Все элементы электрических нагревателей защищены термоизоляционными материалами и выделены в отдельный блок, защищенный от механических повреждений.

Основные преимущества пастеризаторов с ИК-нагревом следующие:

• возможна целенаправленная обработка молока с получением наилучших свойств, требуемых для дальнейшей переработки (хорошая сквашиваемость для производства кисломолочных продуктов, низкая влагоудерживающая способность белков для производства сыра и творога и т.д.);
• качество молока по технологическим показателям и питательной ценности превосходит молоко, обработанное традиционным способом;
• удельный расход энергии на 20-40% ниже, чем в традиционных установках.
• обеззараживание возбудителей бруцеллёза и туберкулёза в молоке происходит при более низких температурах 77-79 °С без выдержки;
• в традиционных установках - при 90 °С с выдержкой в 5 минут;
• для работы установки не требуются пар, насос горячей воды, выдерживатель.

Более сильное бактерицидное действие ИК-излучения, по сравнению с традиционной тепловой обработкой объясняется тем, что при использовании ИК нагрева, тепло к микроорганизмам подводится не только извне, но и за счёт поглощения генерируется внутри самих микроорганизмов, вызывая, кроме того, поляризацию их структуры. Под воздействием этих двух факторов (развитие «внутреннего тепла» и поляризации) микроорганизмы погибают гораздо быстрее. Процесс пастеризации в секции ИК нагрева проходит в течение 2-5 секунд при заданной температуре. При этом, температуру пастеризации можно снизить вследствие чего жиры, белки, углеводы и витамины разрушаются гораздо в меньшей степени. Ещё одним преимуществом ИК нагрева является то, что воздействие на продукт происходит равномерно, так как излучение проникает вглубь одновременно по всему объёму. Благодаря мгновенному воздействию излучения с высокой плотностью потока энергии, создаются необходимые условия для ликвидации токсичной и балластной микрофлоры, что обеспечивает повышенную по сравнению с другими методами сохранность продукта. При этом предохраняются от разрушения полезные биологические структуры. Молоко после ИК-облучения так же приобретает специфический фактор, угнетающий развитие микрофлоры. Это приводит к увеличению сроков хранения молока.

Наиболее ценной составляющей частью молока являются белки. Но с увеличением интенсивности теплового воздействия в диапазоне температур от 80 до 92 °С, содержание общего и неказеинового белка существенно снижается после пастеризации традиционными тепловыми методами. Содержание белков в молоке после ИК-обработки практически не меняется. Следовательно, пищевая ценность такого молока выше, чем пастеризованного традиционными способами.

Следует отметить и то, что влогоудерживающая способность белков после ИК-обработки ниже, чем при традиционных способах обработки. Этот эффект имеет большое значение при производстве творога или сыра, поскольку вследствие хорошего отделения сыворотки, проще получить сгусток требуемой влажности, и следовательно сыр или творог более высокого качества. Иными словами, ИК-обработка молока позволяет получать продукты с улучшенными свойствами.

Качество всех молочных продуктов сильно зависит от состояния жировой фазы и минерального состава молока. Высокое качество молока после пастеризации ИК-нагревом объясняется наличием мягких условий нагревания, отсутствием интенсивного пригара на нагревательных поверхностях. Пищевая ценность молока, в части жирности и минерального состава после пастеризации ИК-нагревом при температурах до 85 °С не меняется, после 85 °С - снижается меньше, чем при традиционных способах обработки.

Из всех витаминов, содержащихся в молоке, наиболее чувствительный к нагреванию витамин С. Он же является одним из наиболее важных. Содержание данного витамина в молоке при пастеризации ИК-нагревом при температурах до 70 °С не меняется, а в диапазоне температур 70-92 °С снижается на 8%, при этом содержание витаминов В1, В2, В12 и других практически не меняется. При традиционных методах пастеризации содержание витамина С снижается на 11-16%.

При производстве кисломолочных продуктов улучшенного качества целенаправленным разрушением связей кальция повышается сквашиваемость молока и обеспечивается более прочный сгусток. При этом необходимо предусмотреть обязательную гомогенизацию молока перед пастеризацией.

Процесс обработки молока в данных установках полностью автоматизирован, оператор только задает режимы, а пульт управления с помощью современных систем перераспределяет поток продукта, контролирует параметры и архивирует получаемые значения. Работоспособность и надежность систем управления гарантируется применением современных датчиков, приборов и устройств электроавтоматики.

Кроме этого, наряду со значительным сокращением времени обработки, с очень короткими периодами нагревания и охлаждения, установки с ИК нагревом имеют и такие преимущества, как высокий КПД преобразования электрической энергии в тепловую, снижение трудовых затрат и расхода электроэнергии в среднем на 20-40%, улучшение санитарно-гигиенических условий труда.