4.2. основные операции технологического процесса производства детских молочных продуктов

В нашей стране разработаны типовые технологические схемы производства сухих, жидких и пастообразных продуктов детского питания. В соответствии с этими схемами можно выделить операции, характерные для производства всех типов продуктов:

- приемка и подготовка сырья и компонентов, охлаждение и промежуточное хранение молока;

- подогрев и сепарирование молока;

- химическая обработка обезжиренного молока;

- нормализация молока;

- пастеризация молока и смесей;

- эмульгирование и гомогенизация молочно-жировой смеси.

К специальным технологическим операциям относятся:

- сгущение;

- сушка и смешивание сухой молочной основы с сухими компонентами (при производстве сухих продуктов);

- стерилизация и сквашивание (при производстве жидких продуктов).

Заключительными операциями технологического процесса производства детских молочных продуктов являются фасование (для сухих) или розлив (для жидких). Эти операции имеют особенности в каждом конкретном случае, в частности азотирование при расфасовке сухих смесей и стерилизация в таре для жидких продуктов.

Приемка и подготовка сырья. Эта операция включает приемку молока, оценку его качества, учет количества принятого молока и его очистку.

Приемку молока осуществляют в соответствии с Инструкцией о порядке проведения государственных закупок молока и молочной продукции.

После определения количества путем взвешивания или с помощью счетчиков из молока удаляют механические примеси на специальных фильтрах или центробежных молокоочистителях. С целью максимального (до 95\%) удаления микроорганизмов рекомендуется применять бактофугирование молока на специальных центробежных машинах – бактофугах. При сочетании бактофугирования с тепловой обработкой эффективность пастеризации достигает 99,9\%, а также исключается частичное подсбивание жира, которое возможно при холодном бактофугировании.

Подготовка немолочных компонентов специфична для каждого вида продукта. Муку подвергают термической обработке, растительные жиры эмульгируют, отдельно готовят концентраты витаминов и микроэлементов.

Если после очистки молоко перерабатывают не сразу, его необходимо немедленно охладить до 2-40С на пластинчатом охладителе и направить на резервирование. Продолжительность резервирования не должна превышать          48 ч, поскольку даже при 2-40С в молоке могут развиваться психрофильные бактерии. Выделяющиеся ферменты могут вызывать липолиз молочного жира и частичный гидролиз белка. Эти изменения могут отрицательно повлиять на качество готового продукта.

Сепарирование молока. Его необходимо проводить при температуре 35-450С, когда происходит лучшее разделение молока на фракции и содержание жира в обезжиренном молоке не превышает 0,05\%.

При производстве детских молочных продуктов это важно, так как повышение массовой доли жира в обезжиренном молоке может привести к появлению мыльного привкуса в процессе его дальнейшей химической обработки.

Химическая обработка обезжиренного молока. Это операция в связи с особенностью пищеварения грудных детей вызвана необходимостью изменения характера свертывания белков молока в желудке ребенка. Она заключается во внесении в обезжиренное молоко растворов цитратов натрия и калия. Продолжительность свертывания белков увеличивается до 5-6 ч, и образуется нежный сгусток, легко расщепляемый ферментами. Кроме того, цитраты калия и натрия повышают термоустойчивость молока, что немаловажно при последующей тепловой обработке.

Тепловая обработка молока и смеси. Цели этой необходимой операции технологического процесса производства детских молочных продуктов – уничтожение микроорганизмов, содержащихся в молоке, инактивация ферментов, а в ряде случаев, например при производстве  кисломолочных продуктов, обеспечение необходимой консистенции.

При производстве продуктов детского питания применяют два вида тепловой обработки – пастеризацию и стерилизацию. С точки зрения обеспечения микробиологической чистоты молока стерилизация (обработка при температуре выше 1000С) более эффективна, поскольку позволяет полностью уничтожить не только вегетативные формы микроорганизмов, но и их споры, а также инактивировать ферменты. Наиболее чувствительны к нагреванию ферменты амилаза, щелочная фосфатаза и нативная липаза. Они инактивируются при 75-800С. Кислая фосфатаза, пероксидаза, бактериальная липаза и протеаза являются термостабильными ферментами и разрушаются при температуре 85-900С и выше. Следовательно, для достижения поставленных целей режимы тепловой обработки молока и смесей при производстве детских молочных продуктов должны быть достаточно высокими. Вместе с тем нельзя не учитывать того, что при тепловой обработке молока его составные части могут претерпевать значительные изменения. Наиболее глубоким изменениям подвергаются сывороточные белки. Происходит их денатурация, в результате которой в молекулах белка высвобождаются такие функциональные группы, как сульфгидрильные (SH-), и молоко приобретает характерный привкус пастеризации. Вследствие агрегации денатурированных белков с уменьшением степени дисперсности может наступить их коагуляция.

Степень денатурации сывороточных белков зависит от температуры и продолжительности нагрева. Для большинства сывороточных белков процесс денатурации начинается при температуре около 700С. Наиболее неустойчивы иммуноглобулины и сывороточный альбумин. Более термоустойчивы β-лактоглобулин и α- лактальбумин и протеозопептонная фракция.

Среди денатурированных сывороточных белков агрегации подвергается прежде всего β-лактоглобулин. Этот процесс начинается при 700С и в значительной степени определяется рН молока. Коагуляции агрегированных частиц β-лактоглобулина не происходит, поскольку они невелики по размер и сильно гидратированы. При высоких температурах обработки β-лактоглобулин образует комплекс с χ-казеином, что приводит к снижению термоустойчивости казеина.

Казеин – наиболее термоустойчивый белок, он коагулирует при температуре 1300С и выше. Но высокие температуры тепловой обработки вызывают изменение состава и структуры казеинаткальцийфосфатного комплекса, от которого отщепляются защитные гликомакропептиды, органический фосфор и кальций. Денатурированный β-лактоглобулин, а также коллоидный фосфат кальция осаждаются на поверхности мицелл казеина. В результате преобладания последней увеличивается размер частиц и вязкость молока.

На жировой компонент молока и смеси тепловая обработка существенного влияния не оказывает. Однако оболочки жировых шариков претерпевают некоторые изменения – наблюдается переход белков и фосфолипидов с поверхности жировых шариков в плазму. При пастеризации дисперсность жира повышается, а его отстой замедляется, так как жировые шарики теряют способность слипаться в результате денатурации белковых компонентов их оболочек.

При стерилизации молока денатурация белков оболочек жировых шариков более глубокая. Нарушается их целостность, что приводит к слиянию отдельных жировых шариков и вытапливанию свободного жира.

Тепловая обработка, особенно стерилизация, вызывает изменение углеводной части молока. Происходит изомеризация лактозы с образованием лактулозы, которая при взаимодействии с аминокислотами образует темноокрашенные меланоидины, изменяющие вкус и цвет молока. Кроме того, лактулоза, находящаяся в стерилизованном молоке, оказывает слабительное действие, что может вызвать диарею у детей, предрасположенных к гастроэнтеритам.

В процессе тепловой обработки наблюдается разрушение витаминов. Степень разрушения витаминов определяется температурой и продолжительностью нагрева. Наибольшие потери витаминов происходят при стерилизации в таре, наименьшие – при ультравысокотемпературной стерилизации. Наиболее значительны потери витамина С, меньше разрушаются витамин А и каротин, а содержание витамина В2 практически не снижается.

Таким образом, режимы тепловой обработки молока и смеси при производстве детских молочных продуктов должны обеспечить инактивацию ферментов и микробиологическую чистоту, но при этом вызывать как можно меньшие изменения состава молока и готового продукта, приводящие к снижению биологической ценности и ухудшению вкуса.

Режимы тепловой обработки, используемые при производстве детских молочных продуктов, регламентированы нормативно-технической документацией и дифференцируются в зависимости от вида обрабатываемого продукта. При производстве сухих продуктов пастеризацию молочно-белково-углеводных смесей осуществляют при 74±20С и выдержке 15-20 с, молочно-жировой эмульсии – при 74±20С. Стерилизацию нормализованной витаминизированной смеси перед сгущением проводят при 110±20С с выдержкой 30-60 с.

В зависимости от аппаратурного оформления процесса производства жидких стерилизованных смесей используют три технологические схемы: однократная стерилизация в потоке и асептический розлив; однократная стерилизация в таре и двукратная стерилизация. При расфасовке продукта в бумажные пакеты смесь пастеризуют при температуре 85±20С с выдержкой 15-20 с; стерилизуют в потоке при 136±20С – 2-5 с. При расфасовке в стеклянную тару применяют: пастеризацию смеси при 85±20С с выдержкой 15-20 с или стерилизацию при 136±20С с выдержкой 15-20 с и стерилизацию продукта в бутылочках в автоклаве при 110±50С – 15 мин.

С точки зрения получения высококачественного биологически полноценного продукта предпочтение следует отдать стерилизации в потоке с асептическим розливом.

При производстве кисломолочных продуктов для детского питания необходимо применять также достаточно высокие режимы тепловой обработки: пастеризацию при 900С с выдержкой 2-3 мин или стерилизацию при 1350С –    2-5 с. Эти приемы позволяют обеспечить бактериальную чистоту молока или смеси перед заквашиванием и получить готовый продукт с титром кишечной палочки более 3 мл.

Нормализация. Цель нормализации при производстве детских молочных продуктов – получение готового продукта стандартного состава. Нормализацию осуществляют комплексно – по жиру, белку, углеводам и другим компонентам. Ее можно проводить до или после тепловой обработки. С точки зрения обеспечения высоких санитарно-гигиенических показателей предпочтительнее первый вариант.

Эмульгирование и гомогенизация молочно-жировых смесей. Цель этих операций – диспергирование жира коровьего молока до степени дисперсности, близкой к жиру женского молока. Исследования показали, что диспергирование сложного жирового компонента, состоящего из молочного жира, растительных масел и свиного жира, необходимо проводить в два этапа. Сначала проводят грубое диспергирование жира в эмульсоре и получают жировые шарики размером 20-30 мкм, затем – тонкое до получения мелкодисперсной эмульсии (размер жировых шариков 2-5 мкм) на двухступенчатом гомогенизаторе. Вторая ступень гомогенизации при более низком давлении обеспечивает получение стабильной эмульсии за счет разрушения скоплений жировых шариков, возникших после гомогенизации на первой ступени.

Повышение массовой доли жира в эмульсии снижает ее стабильность, так как в системе не хватает оболочечного вещества для покрытия вновь образовавшихся жировых шариков. Учитывая это, при производстве продуктов детского питания необходимо использовать эмульгаторы (казеинат натрия, казецит или дистиллированный моноглицерид), которые вместе с фосфатидами плазмы молока участвуют в образовании оболочек жировых шариков, обеспечивая стабильность эмульсии.

Сгущение смеси. При производстве сухих молочных продуктов детского питания эту операцию проводят перед сушкой. Цель ее – частичное обезвоживание, что способствует снижению энергозатрат при сушке и повышению качества готового продукта. Сгущение (концентрирование сухих веществ за счет частичного удаления влаги) проводят в вакуум-выпарных аппаратах циркуляционного или пленочного типа.

При выборе режима сгущения и оборудования для его проведения необходимо учитывать следующие возможные изменения составных частей молока или смеси. Во время сгущения возможно диспергирование жировой фазы с увеличением количества мелких (менее 2 мкм) жировых шариков. Это приводит к уменьшению содержания в сгущенном продукте дестабилизированного жира. Увеличение длительности процесса сгущения может вызвать укрупнение жировых шариков и частичную дестабилизацию жировой эмульсии. Наличие в сгущенном молоке или смеси большого количества крупных (более 8 мкм) жировых шариков приводит к выделению свободного жира на поверхности частиц в процессе сушки, что снижает качество готового продукта.

Белки и лактоза также претерпевают физико-химические изменения при сгущении. Происходит укрупнение мицелл казеина вследствие изменения структуры казеинаткальцийфосфатного комплекса за счет увеличения концентрации солей кальция, образуются комплексы χ-казеина с сывороточными белками. Увеличивается концентрация лактозы при переходе ее раствора в состояние, близкое к насыщенному, что при охлаждении сгущенного молока или смеси может вызвать кристаллизацию части лактозы. В процессе сгущения концентрируются минеральные вещества молока, изменяется соотношение между катионами и анионами, часть фосфорнокислых солей кальция переходит в нерастворимое состояние.

В связи с этим при производстве сухих детских молочных продуктов целесообразно использовать вакуум-выпарные установки пленочного типа. В них процесс сгущения непродолжителен, что позволяет снизить тепловое воздействие на белки молока, следовательно, уменьшить их денатурацию и исключить пригорание. Все это способствует получению смеси, которая хорошо восстанавливается.

При использовании трехкорпусной вакуум-выпарной установки пленочного типа рекомендуют следующие температурные режимы: в 1-м корпусе – 72-740С, во 2-м – 60-720С, в 3-м – 46-480С. Для четырехкорпусной установки соответственно в 1-м корпусе 74-800С, во 2-м – 68-730С, в 3-м и 4-м – 42-520С. В вакуум-выпарных установках циркуляционного типа температура кипения для двухкорпусной установки должна быть: в 1-м корпусе – 68-700С, во 2-м – 50-520С.

С целью снижения дестабилизации жировой эмульсии при производстве сухих детских молочных продуктов используют разделение молока, сгущение обезжиренной его части и последующее смешение с пастеризованными сливками в последнем корпусе вакуум-выпарной установки.

Сушка. Это процесс удаления влаги из сгущенного молока или смеси. В результате обезвоживания создаются неблагоприятные условия для развития микрофлоры, замедляются ферментативные и микробиологические процессы в сухом продукте и обеспечивается длительный срок его хранения без ущерба для качества.

При производстве детских молочных продуктов широко используют тепловую конвективную сушку на прямоточных распылительных установках. Процесс сушки двухэтапный: сначала в распылительной сушильной камере, затем в виброаппарате.

Теплоносителем и поглотителем влаги служит предварительно очищенный горячий воздух. Сгущенная молочная смесь распыляется тонким слоем, поступая в сушильную камеру, где быстро высушивается горячим воздухом до мельчайших частиц. В процессе сушки влага испаряется с поверхности материала, на ее место вследствие диффузии поступает влага из внутренних слоев, которая затем тоже испаряется. Процесс идет тем интенсивнее, чем меньше размер высушиваемых частиц.

При сушке необходимо обеспечить недолгое пребывание молока или смеси в зоне высокой температуры, чтобы исключить или свести до минимума такие нежелательные процессы, как перераспределение фракций белков, а также выделение свободного жира, снижающее растворимость продукта и его органолептические показатели. Необходимо также учитывать возможность разрушения витаминов.

Температура смеси, подаваемой на сушку, должна быть не ниже 400С. С целью интенсификации процесса сушки температуру повышают до 900С. Допустимо выдерживать нагретое сгущенное молоко или смесь перед сушкой не более 20-30 мин при этой температуре. Сухой продукт должен быть охлажден сразу после выхода из сушильной камеры. Эти факторы надо учитывать при выборе режима сушки молочных продуктов. В зависимости от вида вырабатываемого продукта при сушке молока или смеси рекомендуется соблюдать следующие параметры: начальная температура смеси 55-900С при массовой доле сухого вещества 40-49\%, температура горячего воздуха на входе в сушильную камеру 145-1750С, на выходе из нее – 75-1000С, температура продукта в зоне сушки 60-650С, на выходе из сушильной камеры - 35±20С, после досушивания – не выше 200С.

Досушивают смесь в трехсекционном виброаппарате (инстантайзере). В первых двух секциях частицы продукта досушиваются во взвешенном состоянии (в кипящем слое) до температуры 20-400С, в третьей секции – охлаждаются до 10-120С.

Сквашивание молока или смеси. Эту операцию проводят с помощью специально подобранных штаммов молочнокислых бактерий. Сквашивание – специфическая операция при производстве жидких, сухих и пастообразных кисломолочных продуктов. Эти продукты по химическому составу мало отличаются от аналогичных пресных продуктов, но обладают высокой антибиотической активностью и меньшим сенсибилизирующим действием вследствие частичного расщепления казеина с образованием свободных аминокислот. Кисломолочные продукты содержат жизнеспособные клетки бактерий, полезные для организма человека и обладающие антагонистической активностью по отношению к условно-патогенным микроорганизмам. Эти бактерии стимулируют секреторную деятельность желудка, улучшают процессы пищеварения, легко усваиваются за счет комплекса биологически активных веществ (ферментов, молочной и уксусной кислот, витаминов, антибиотических веществ), которые накапливаются в результате жизнедеятельности молочнокислых бактерий закваски.

Качество закваски, используемой при производстве кисломолочных продуктов, в значительной степени определяет и качество полученного продукта. В связи с этим подбору штаммов для заквасок, изучению их свойств и процессу приготовления заквасок уделяется большое внимание. При производстве детских молочных продуктов используют, как правило, многоштаммовые (два и более штаммов) закваски, позволяющие целенаправленно вести процесс молочнокислого брожения (увеличить активность кислотообразования, улучшить вкус, аромат или консистенцию за счет введения в состав закваски штамма, обладающего тем или иным свойством). Кроме того, многоштаммовые закваски более устойчивы в неблагоприятных условиях.

Выделением чистых культур молочнокислых бактерий для заквасок занимаются в специальных лабораториях. При этом используются нативные штаммы молочнокислых бактерий, выделенные из сырого молока, сыра, растений, цветов, овощей, фруктов и других природных источников, а также их мутанты. Бифидобактерии (род Bifidobacterium), а в последнее время и молочнокислые палочки (род Lactobacillus) выделяют из кишечника здоровых взрослых людей, а также младенцев, находящихся на грудном вскармливании.

В нашей стране в качестве производственных штаммов при выработке лечебно-диетических продуктов для детей раннего возраста используют виды B. bifidum и B. longum, физиологичные для организма грудного ребенка. Из молочнокислых бактерий наиболее широко используют ацидофильную палочку (L. acidophilus).

При отборе штаммов молочнокислых бактерий и бифидобактерий в состав заквасок детских молочных продуктов необходимо учитывать их технологические свойства: активность (скорость свертывания молока и динамику кислотообразования), стабильность свойств на протяжении длительного времени использования закваски, устойчивость к сезонным изменениям молока, бактериофагам и ингибиторам роста, способность к образованию сгустка определенного вкуса и консистенции. Важны также специфические свойства: физиологичность вида, особенности метаболизма (способность продуцировать молочную кислоту L(+)- или D(-)-формы, антагонистическая активность по отношению к условно-патогенным и патогенным микроорганизмам, антибиотическая активность и др.). Кроме того, необходимо учитывать такие свойства, как способность синтезировать витамины, незаменимые аминокислоты, лизоцим. При производстве сухих кисломолочных продуктов детского и диетического питания отбирают термоустойчивые штаммы. Для этого их многократно высушивают на распылительных сушильных установках при температуре воздуха на входе 165-1750С и на выходе 65-750С. Хранят сухие культуры в течение 6-10 мес при 4-60С и комнатной температуре. Количество жизнеспособных клеток в 1 г сухого порошка должно быть не менее 107.

Разработана технологическая схема получения сухих кисломолочных продуктов для детского и диетического питания, по которой предусматривается сквашивание не всей нормализованной смеси, а ее части, последующее растворение всех компонентов в остальной нормализованной смеси, сгущение ее на вакуум-выпарной установке и смешивание обеих частей перед сушкой. Такая схема обеспечивает получение сухого адаптированного продукта с числом живых клеток лакто- и бифидобактерий от 105 до 108 в 1 г.

При производстве детского кефира используют грибковую кефирную закваску. Ее готовят на пастеризованном обезжиренном или цельном молоке. Состав микрофлоры грибковой кефирной закваски следующий: мезофильные молочнокислые стрептококки, молочнокислые палочки, ароматобразующие молочнокислые бактерии, дрожжи, уксуснокислые бактерии. В грибковой закваске для детского кефира содержание уксуснокислых бактерий и дрожжей пониженное по сравнению с закваской для обычного кефира. Это достигается путем снижения температуры культивирования и продолжительности выдержки грибков после перемешивания. Титр кишечной палочки грибковой должен быть более 10 мл.

Для производства детского творога применяют закваску, в состав которой входят гомо- и гетероферментативные мезофильные молочнокислые стрептококки Streptococcus lactis, Str. cremoris, Str. diacetilactis, Str. acetoinicus с преобладанием культуры Str. cremoris. Такая закваска обеспечивает получение сгустка нежной, пастообразной консистенции.

Отобранные чистые культуры поступают на предприятия в виде сухих и жидких заквасок, сухого и замороженного бактериального концентрата, а также кефирных грибков.

При приготовлении жидких и сухих заквасок на чистых культурах или из отдельных штаммов на предприятиях рекомендуется использовать беспересадочный способ (рис. 3).

Чистые культуры

    В производство

В производство

Рис. 3. Приготовление закваски беспересадочным способом

Производственную закваску на стерилизованном или пастеризованном молоке можно приготовить из сухого или замороженного бактериального концентрата. Закваски, приготовленные на стерилизованном молоке, более активны, в них отсутствует посторонняя микрофлора.

Производственную закваску используют при получении сухих и жидких кисломолочных продуктов (ацидофильных смесей, «Бифилина», «Бифидолакта») и детского творога.

При выработке детского кефира обычно используют грибковую закваску, приготовленную в соответствии с технологической инструкцией. Как исключение, допускается применять производственную кефирную закваску.