Сырое молоко проходит несколько этапов подготовки перед тем, как поступить на условный конвейер пищевой промышленности. На данный момент существует несколько групп химических, термических и биологических перерабатывающих операций. Особое место в общем комплексе подготовки сырьевого продукта занимает гомогенизация молока. Это технология механической обработки, но в зависимости от конкретной методики проведения она может включать также отдельные процедуры теплового и химического воздействия.
Общие сведения о гомогенизации
В принципе данная технология используется как способ механической переработки молочных и других жидких продуктов с целью повышения дисперсности их жировой фазы. В ходе технологического процесса также понижается неоднородность распределения химических элементов по всему объему гетерофазной системы. При этом не стоит путать данную методику с диспергированием как таковым. Согласно определению гомогенизации молока, дробление дисперсной фазы не является обязательным условием технологического процесса. К примеру, процедура смешивания твердых порошкообразных веществ вполне может исключать эту операцию. И наоборот, диспергирование гетерофазной системы может подразумевать и также исключать процедуру гомогенизации.
Назначение технологии
Цели гомогенизации могут различаться в зависимости от текущего состояния сырого молока и требований к конечному продукту. Среди наиболее распространенных задач можно отметить своего рода эффект сепарации жировых шариков по диаметру, что позволяет формировать сливки. Также этот процесс обеспечивает стабильность жира в сырьевом продукте. Для понимания значимости гомогенизации стоит отметить, что объем и количество шариков жира в сыром молоке непостоянны – эти характеристики определяются рационом кормления, стадией лактации и породы животного. Например, в 1 мм свежего молочного продукта содержится до 4 млрд жировых шариков при среднем диаметре порядка 2-3 мкм с колебаниями от 0,5 до 15 мкм. В обеспечении однородности величин этих шариков и заключается основное назначение гомогенизации молока как одного из первоначальных процессов переработки сырья при изготовлении сыра, творога, ряженки и т. д. Причем усреднение и выравнивание размерных параметров обычно достигается за счет уменьшения жировых шариков в 10 раз – примерно до 1 мкм.
Требования к процессу гомогенизации
Рассматриваемый метод молочной переработки нельзя рассматривать в отрыве от сопряженных технологических процессов подготовки продукта к конечному производству. В частности, гомогенизация молока – это процедура, которая может быть связана с операциями хранение, транспортировки и последующих операций пастеризации. Соответственно, существуют универсальные общие требования для обработки молока, которые относятся в большей степени к санитарно-гигиеническим нормативам, но существуют и специальные правила выполнения гомогенизации. В их числе можно отметить следующие:
- Перед обработкой молочное сырье проходит первичную фильтрацию и охлаждение.
- Температура молока должна варьироваться в диапазоне от 4 до 6 °С. Конкретный режим определит допустимое время хранения до и после переработки – как правило, не более 6 ч.
- Среднее давление при гомогенизации молока составляет 10 МПа. При этом для нормализации гетерофазной структуры может потребоваться увеличения раздела фаз на 500 тыс. м2 для каждой тонны сырья.
- Гомогенизация выполняется перед пастеризацией. Исключения могут быть в случае, если операция проводится при 60 °С. Данный режим обычно применяется при получении обезжиренного молока и сливок, но и в этой технологической схеме после гомогенизации будет следовать уже дополнительная пастеризация.
Применяемое оборудование
Технически операция выполняется путем воздействия внешнего усилия, источником которого является гомогенизатор. Это специальная машина, воздействующая на целевой продукт механическим давлением, электричеством или ультразвуком. Чаще применяются агрегаты с механическим принципом работы. Основным рабочим элементом такого оборудования для гомогенизации молока выступает головка с кольцевой клапанной щелью, через которую и пропускаются жировые шарики. Силовую поддержку обеспечивает насос, мощность которого позволяет создавать давление до 20 МПа. Его достаточно для уменьшения шариков до 0,7 мкм, но, как уже говорилось, чаще используется режим давления в 10 МПа, при котором выпускаются жировые частицы фракцией 1-2 мкм. Разные модели гомогенизаторов имеют одно- или двухступенчатую конструкцию. Соответственно, одновременно может выпускаться один или два продукта (с разной степенью жирности).
Общая техника проведения гомогенизации
После предварительной подготовки молочного сырья к механической сепарации, выполняется следующий перечень действий:
- Перемешивание дисперсной среды с жидкой дисперсионной системой на мощностях диспергатора.
- Молочная среда прокачивается под давлением через головки гомогенизатора. Жировая дисперсная фаза проходит измельчение до нужной фракции.
- Более тонкий процесс гомогенизации молока, предполагающий перемешивание мелких жировых фракций в специальных смесителях.
- Пастеризация с тепловым воздействием.
- Охлаждение продукта.
Между технологическими этапами могут применяться вспомогательные или промежуточные операции в разной последовательности. Это касается подогрева, очистки и стерилизации.
Полная гомогенизация
Данный способ гомогенизации считается наиболее распространенным на производствах, где выпускаются питьевые молочные продукты. Главной особенностью метода является исключение фазной сепарации. Иными словами, процессу дробления подвергается вся молочная сырьевая масса без предварительного разделения. Полная гомогенизация молока – это и оптимальный способ получения нормализованного сухого обезжиренного остатка, который в дальнейшем может использоваться при изготовлении йогуртов.
Раздельная гомогенизация
Этот метод также имеет широкое распространение, но считается в большей степени специализированным. Дело в том, что процесс раздельной гомогенизации ориентируется на работу с определенной частью загруженной сырьевой массы. Например, выделяется определенная доля жирового продукта по конкретным характеристикам. В классической схеме отсекается основная часть обезжиренного молока, но существуют и промежуточные способы сепарации и дальнейшей гомогенизации, при которых разделение проходит по конкретным параметрам жира. Среди достоинств такой методики отмечается не только возможность получения более качественного продукта, но и экономичность процесса. Наибольший коэффициент эффективности гомогенизации молока с разделением фракций достигается, если на 1 г жира приходится не меньше 0,2 г казеина.
Температура молока при выполнении гомогенизации
Один из важнейших параметров, также обуславливающих степень качества конечного продукта и эффективность всего процесса. Достаточно сказать, что критическое снижение температурного режима может привести к увеличению вязкости сырого молока и формированию густых жировых скоплений. Как минимум для обеспечения отстаивания сливок температура гомогенизации молока должна составлять 30-40 °С.
Но также и слишком высокие температуры могут негативно влиять на физико-химическое состояние гетерофазной среды. В этом случае на рабочих поверхностях оборудования могут образовываться белковые отложения, что затруднит процесс механического выполнения операций. Для регуляции тепловой степени гомогенизации молока используются промежуточные средства пастеризации с поэтапным наращиванием температуры на 5-8 °С. На этом же технологическом этапе могут применяться операции стерилизации и термовакуумная обработка, если есть потребность в корректировке других параметров молока.
Эффекты гомогенизации
С точки зрения пищевого производства и потребительских качеств данная технология обработки способствует обеспечению следующих свойств продукта:
- Для сливок и молока – повышение однородности (по цвету, вкусу и жирности).
- Для стерилизованных сливочных и молочных продуктов – увеличение периода хранения.
- Для цельного сухого молока – регуляция кислотности и жира.
- Для кисломолочной продукции – исключение жировой пробки на поверхности, повышению стойкости, улучшение белковой консистенции.
- Для сгущенных продуктов – при длительном хранении естественная регуляция выделения жировых фаз.
- Для молочных продуктов с наполнителями – повышение вязкости, улучшение вкуса и минимизация рисков образования осадка.
В целом можно сказать, что правильно организованные процессы стерилизации, гомогенизации и пастеризации молока комплексно затрагивают биологические и физико-химические свойства сырья, которые оказывают влияние на возможности содержания и гастрономические качества обрабатываемого продукта.
Контроль качества гомогенизированного сырого молока
После механической обработки выполняется контроль характеристик молочного продукта. В частности, берутся во внимание такие показатели, как массовая доля жира, степень чистоты и т. д. Что касается жировой доли, то она определяется метрическими, экспрессными и кислотными методами. Например, последний способ наиболее популярен. Он предполагает смешивание определенной дозы молока с концентрированной серной кислоты при последующем центрифугировании. Далее посредством градуированной части жиромера в контрольном оборудовании определяется объем выделившегося жира.
Чистота молока определяется специальными фильтрами, дополненными иглопробивным термо-полотном. По объему примесей фиксируется степень чистоты продукта. Также задействуются и средства комплексного анализа. С помощью пипетки для гомогенизации молока с ценой деления порядка 0,1 см3 берутся пробы, которые в дальнейшем испытываются путем нагрева, химических и биологических реакций. В конечном итоге делается лабораторный отчет о характеристиках молочного продукта, прошедшего гомогенизацию.
Заключение
При всех положительных эффектах гомогенизации, многие специалисты относятся к ней критически из-за выработки вредных ферментов. Впрочем, на данный момент не существует достоверных исследований, которые бы выявили существенную для здоровья человека разницу между натуральным и обработанным таким способом молочным продуктом. Более того, на сегодняшний день гомогенизация молока – это комплекс производственных процессов, которые стали необходимостью в пищевой промышленности. Этот метод механической обработки используется не только в отношении к свежему молоку, но и в восстановлении сухого молочного сырья путем регуляции степени жирности. Другое дело, что в каждом случае применяются и модифицирующие химические добавки, наличие которых в продукте в принципе снижает его ценность.
