На нашем интернет портале море информации по пищевой
и перерабатывающей промышленности, АПК и пищевой тематике
» » Физико-химические изменения, происходящие в молоке при стерилизации

Физико-химические изменения, происходящие в молоке при стерилизации

Тепловая обработка молока, предпринимаемая с целью подавления жизнедеятельности микроорганизмов, вызывает в нем определенные необратимые физико-химические изменения. Молоко изменяет цвет, вкус, запах. Различные составляющие молоко элементы по-разному реагируют на действие повышенной температуры. Большое влияние на физико-химические изменения оказывает продолжительность действия температуры.

Степень разрушения компонентов молока при стерилизации различна и зависит от режима стерилизации.

При стерилизации молока в таре изменения состава молока выражены особенно резко, что значительно снижает его биологическую ценность.

В меньшей степени разрушаются компоненты молока при ультравысокотемпературной стерилизации.

Однако как обычные, так и УВТ-режимы стерилизации являются более жесткими по сравнению с режимами пастеризации и поэтому энергетическая ценность стерилизованного молока ниже пастеризованного.

Высокие температуры нагревания молока и особенно продолжительное действие этих температур, когда оно стерилизуется в таре, вызывают в нем реакции, в результате которых молоко приобретает коричневатый оттенок и ярко выраженный кипяченый привкус.

Если молоко стерилизуется в потоке при УВТ-режиме, то цвет его не изменяется или делается несколько белее.

Это «побеление» выражается увеличением отраженности света от поверхности молока .

«Побеление» молока после стерилизации при УВТ-режиме объясняется денатурацией сывороточных белков и снижением интенсивности реакции Майяра.

Вкус молока, подвергнутого стерилизации при УВТ-режиме, формируется под влиянием как тепловой обработки, так и продолжительности хранения. В отличие от стерилизованного в бутылках молока молоко, стерилизованное при УВТ-режиме, не обладает резко выраженным привкусом кипяченого молока. Однако в небольшой степени этот привкус появляется, но в период хранения он исчезает. При температуре хранения 10° С он исчезает в течение 72 ч.

Изменение вкуса натурального молока после стерилизации при УВТ-режиме объясняется выделением летучих сернистых соединений или свободных SH-rpyпп.

При определении титрованием свободных SH-групп, установлено, что при стерилизации молока пароконтактным способом SH-титр был максимальным при температурах стерилизации между 130 и 150° С и при постоянной продолжительности (т =  2с). Кроме того, увеличение температуры стерилизации уменьшает количество групп SH.

Подобные результаты были получены при стерилизации молока в аппаратах поверхностного типа, в которых молоко нагревалось паром через теплопередающую стенку. В этом случае температуре 130° С соответствовало максимальное содержание SH и наблюдался наиболее выраженный привкус кипячения молока.

При хранении в течение 48 ч при комнатной температуре SH-группы исчезали. Более низкие температуры хранения замедляли этот процесс.

При нагревании молока, особенно до температур стерилизации, происходит изменение свойств и структуры белка. Эти изменения определяют одну из специфических особенностей молока, которую принято называть термостабильностью.

Явление, происходящее вследствие структурных изменений, называемое денатурацией, включает изменение биологического, химического и физического характеров.

Любые изменения белков под действием тепла влияют на физико-химические свойства обработанного молока или других молочных продуктов. Надо полагать, что при стерилизации изменение белка проявляется в наиболее выраженной форме и зависит от режима стерилизации.

При нагревании молока количество казеина увеличивается, а сывороточного белка по сравнению с белком сырого молока уменьшается. Этот процесс имеет место уже при пастеризации и более активизируется при нагревании молока до температур стерилизации.

Наибольшие изменения характерны для стерилизации молока в таре (в автоклавах), т. е. при длительном действии высокой температуры.

Нагревание молока приводит к выделению мелкодисперсной части казеина, которая не осаждается при центрифугировании. С увеличением температуры и особенно продолжительности ее действия мелкодисперсная часть казеина возрастает. Если в сыром молоке она составляет 4—6% всего казеина, то в стерилизованном молоке — 36—45% (стерилизация при t=116° С, т =  15 мин) и 10—25% (стерилизация при УВТ-режиме, t=150° С, т=2,4 с). Эти данные зависят от вида стерилизованного молока. При рН 4,6 мелкодисперсная часть казеина выпадает в осадок.

Однако многочисленные исследования показывают, что изменения размера и состава частиц казеина не влияют на пищевую ценность белков молока.

Наибольшим изменениям при нагревании подвергаются сывороточные белки молока. По денатурации сывороточных белков можно оценивать способы стерилизации.

Исследованию влияния температурных режимов на денатурацию сывороточных белков посвящено большое количество научных работ, выполненных как в Советском Союзе, так и за рубежом.

Жданова и Сергеева установили, что при нагревании молока до 145° С через теплопередающую стенку денатурирует 90% сывороточных белков. По данным Бирюковой и др. , Соколовой и др., при пароконтактном нагреве до 140° С денатурирует 53% сывороточных белков.

Россихина  показывает, что при нагревании молока прямым и косвенным способами до 135° С и выдержке 3 с денатурирует соответственно 50,6 и 69% сывороточного белка.

Иммунные глобулины при этих температурах денатурировались полностью, а B-лактоглобулин денатурировался на 43,2% при пароконтактном нагреве и на 79,3% при косвенном.

Исследования величины частиц сывороточных белков с помощью электронного микроскопа показали, что в результате стерилизации средний диаметр их увеличивается с 8,3-10 5 мкм до 10,3-10 5 мкм. Многочисленные сведения об изменении сывороточных белков при нагревании имеются и в зарубежной научной и технической литературе.

Хоштеттлером  получены следующие данные: при пастеризации денатурирует 15% сывороточных белков, при стерилизации (t=116°С, т=15 мин)—78%, при стерилизации (пароконтактный нагрев, t=150° С, т=2,4 с)—60% сывороточных белков. Эти данные совпадают с данными других исследователей, в которых установлено, что при пароконтактном нагреве денатурирует 60—70%, а при косвенном — 75—80% сывороточных белков. Приведенные данные подтверждаются исследованиями Бартона и Перкина, которые установили следующую степень денатурации: 82% B-лактоглобулина и 53% а- лактоальбумина при косвенном нагреве; 66 и 40% соответственно при пароконтактном нагреве.

Нагревание молока в пластинчатом аппарате при 135° С показывает, что денатурация сывороточного белка составляет 55—70%. Особенно подвержен денатурации B-лактоглобулин (до 90%).

Такие же результаты, как сообщает Бартон, были получены Броуном и др. С помощью электрофореза они определили, что в молоке, нагретом до температуры стерилизации пароконтактным способом, наибольшей денатурации подвергся B-лактоглобулин. При сравнении этого способа нагревания с обычной стерилизацией в таре было отмечено, что денатурация белков во втором случае выше, чем в первом. Дилл, также указывая на денатурацию 80% сывороточных белков, отмечал, что- меньшей денатурации подвержен сывороточный белок при нагревании молока до температуры стерилизации пароконтактным способом, чем при косвенном нагреве.

Путем электрофореза  установлено, что большую сопротивляемость тепловому воздействию имеет а-лактоальбумин: при нагревании молока пароконтактным способом до 150° С.

Приведенные результаты исследований денатурации сывороточного белка показывают, что денатурация сывороточного белка при стерилизации молока при обычных режимах (t=116-120° С, т = 20-15 мин) выше, чем при УВТ-режимах; денатурация сывороточного белка при нагревании молока до ультравысоких температур косвенным способом выше, чем при нагревании пароконтактным; к действию тепла более чувствительным: является B-лактоглобулин, чем а-лактоальбумин.

В многочисленных исследованиях указывается на модификацию казеина в результате стерилизации при УВТ-режиме. Применение электронного микроскопирования и ультрацентрифугирования позволило установить увеличение частиц казеина и изменение в их строении. Применение электрофореза показывает что казеиновые пики становятся шире и менее отчетливо выражены с разделением пика B-казеина на два.

Денатурация сывороточных белков, во-первых, снижает их биологическую ценность, во-вторых, денатурировавший сывороточный белок выпадает в осадок на поверхностях аппарата при стерилизации молока в потоке, сокращая тем самым продолжительность его непрерывной работы. Помимо указанных причин денатурации сывороточного белка (температура, способ нагревания) следует указать еще одну — кислотность исходного молока. При повышенной кислотности процессы денатурации и образования осадка интенсифицируются. Кислотность молока •определяют с помощью алкогольной пробы. При стерилизации молока, выдерживающего алкогольную пробу с 85%-ным раствором этилового спирта, образуется значительно больше осадка, чем выдерживающего пробу с 95%-ным раствором.

При стерилизации очень сильно разрушаются витамины. Стерилизация молока в таре сопровождается разрушением как жирорастворимых, так и водорастворимых витаминов. Витамин А, каротин (провитамин А) при 110° С и выдержке в течение 15 мин разрушаются в пределах 1,5—2%. Потери достигают 30—35%, когда температура увеличивается до 115° С, а продолжительность выдержки — до 60 мин. Стерилизация молока с применением пароконтактного нагрева до температуры 140° С и выдержки 1—2 с разрушает от 15 до 20% витамина Вь

Разрушение витамина В1(тиамина) составляет 22—25% при 115° С и выдержке 60 мин; 22—24%—при 120° С и выдержке 30 мин.

В результате стерилизации молока при 140—150° С с выдержкой до 1 с (УВТ-режим) путем его нагревания в потоке в аппаратах с косвенным или прямым нагревом разрушается около 10% витамина А и каротина.

Используя для стерилизации молока при УВТ-режиме установки различных типов (косвенный нагрев, пароконтактный нагрев), установлено, что разрушается около 17% витамина А [39]. Если сравнить эти потери с потерями витамина А при стерилизации молока в таре, то они приблизительно в 2 раза меньше.

Витамин В2 (рибофлавин) считается стойким по отношению к действию тепла. Потери рибофлавина как при УВТ-режиме, так и при традиционном режиме стерилизации молока или не наблюдаются, или составляют около 5%.

Грегори и Бартон  определили незначительные потери витамина В6 (пироксидина) при косвенном нагреве молока. Также незначительные потери этого витамина были отмечены Фордом как при прямом, так и при косвенном нагреве. При стерилизации молока в таре разрушается до 25% витамина В6.

Наиболее значительное разрушение претерпевает витамин В12 (кабаламин). Если молоко нагревают до 110° С и выдерживают в течение 20 мин, то разрушается 70% витамина В!2. Увеличение температуры до 12° С и выдержки до 30 мин приводит к разрушению 80% витамина B12.

При УВТ-режиме стерилизации молока в среднем разрушается 15—20% витамина B12. Грегори и Бартон [38] провели сравнительное исследование по определению разрушения BJ2 при косвенном и прямом способах нагревания. Они установили, что потери составляют 30 и 28% соответственно. По результатам других исследователей потери В12 в тех же условиях составляют 10%. Если сравнить эти потери с потерями при стерилизации молока в таре, то можно отметить значительную разницу.

Потери витамина Bi2 могут быть уменьшены, если молоко подвергнуть деаэрации перед его стерилизацией. Форд [38] установил связь при нагревании между количественным изменением аскорбиновой кислоты, происходящим в результате наличия растворенного кислорода в молоке, и потерями витамина B12.

Потери витамина С (аскорбиновой кислоты) при стерилизации молока в таре достигают 40—60%.

При прямом способе нагревания разрушение витамина С составляет 10%, а при косвенном—15%. Это приблизительно в 4 раза меньше, чем при стерилизации молока в таре.

Пантотеновая и никотиновая кислоты не разрушаются во время стерилизации при УВТ-режиме ни при косвенном, ни при прямом способе нагревания молока.

Потери тиамина при косвенном и прямом нагреве молока до' температуры стерилизации примерно одинаковые. Принято считать, что в среднем при УВТ-режиме стерилизации потери тиамина составляют около 15% независимо от способа нагревания молока. Если сравнить эти потери с потерями тиамина при стерилизации в таре, то они приблизительно в 1,7 раза меньше.

При стерилизации молока в таре разрушается около 10°/» (t= 122-124"С, т = 20 мин) и около 16% лизина (t=139°C, т = 15 мин).

Потери насыщенных жирных кислот при стерилизации молока в таре (/=118° С и т=14 мин) следующие: 37% линолевой, 21% линоленовой и 35% арахидоновой.

Сравнивая обычный режим стерилизации с УВТ-режимом, можно убедиться в том, что отдельные компоненты молока при УВТ-режиме разрушаются меньше. Следовательно, биологическая ценность молока, стерилизованного при УВТ-режиме, выше, чем молока, стерилизованного в таре.

Вышеприведенные исследования распада отдельных компонентов молока проводились при строго фиксированной температуре.

Наибольшие перспективы с точки зрения совершенствования процесса стерилизации, как это видно из результатов исследований, принадлежат ультравысоким температурам.

Более тщательный анализ влияния температурных режимов на качество стерилизованного молока показывает, что определенную роль в улучшении качества играют не только ультравысокие температуры стерилизации, но и скорость нагревания молока до этих температур.

Такое предположение обусловлено обобщением результатов исследований, выполненных в нашей стране и за рубежом.

Вопрос о влиянии скорости нагревания на физико-химические изменения в молоке сложный и проблематичный, так как он затрагивает область изучения этого влияния на многочисленные компоненты молока, определяющие его вкусовую и энергетическую ценность. До настоящего времени эта задача в прямой постановке еще не. рассматривалась.

Предположение о положительном влиянии повышения скорости нагревания на качество стерилизуемого молока подтверждается некоторыми данными, полученными экспериментальным путем. Эти данные относятся к распаду витаминов А, В! и С при нагревании молока с различной скоростью до температуры стерилизации.

Скорость нагревания можно определить, измеряя в единицу времени увеличение температуры нагреваемой среды.

Влияние скорости нагревания молока на распад витаминов А, В1 и С изучалось в Московском технологическом институте мясной и молочной промышленности с помощью аппарата, принципиальная схема которого показана на рис. 1.

Аппарат состоит из двух частей: нагревателя и контрольно- измерительной станции. С помощью системы вентилей и кранов, которые позволяют регулировать скорость поступления пара и его количество, достигается изменение скорости нагревания молока.

Для регистрации малых скоростей нагревания применены потенциометры типа КСП-4, больших—осциллограф типа Н-700.

Молоко слоем 2 мм помещают в плоскую прямоугольную камеру 6, изготовленную из нержавеющей стали толщиной 0,5 мм. Вместимость камеры 25 мл. Камера 6 установлена внутри цилиндрической паровой камеры 3. На крышке паровой камеры имеется специальное приспособление, позволяющее установить одну или две плоские камеры для молока. К крышке крепятся кроме камеры 6 перфорированные трубки 5 для ввода греющего пара или охлаждающей воды. Дополнительно внутри паровой камеры установлен распределитель пара 15.

Принципиальная схема аппарата для изучения влияния скорости нагревания на композиционный состав молока

Рис. 1. Принципиальная схема аппарата для изучения влияния скорости нагревания на композиционный состав молока: 1— потенциометр КСП-4; 2— осциллограф Н-700; 3— паровая камера; 4— термопара для определения температуры внутри паровой камеры; 5 — перфорированная трубка; 6 — прямоугольная камера для молока; 7 — термопара для определения температуры молока; 8 — потенциометр КСП-4; 9 — термопара; 10— манометр; 11— паровой вентиль; 12 — вентиль для воды; 13 — трехходовой кран; 14 — паровой вентиль; 15 — распределитель пара: 16 — выпускной вентиль; 17 — манометр; 18 — тензодатчик.

 

Пар в камеру вводится через вентили 11 и 14 и трехходовой кран 13 (положение II). Через вентиль 12 и трехходовой кран 13 в паровую камеру подается холодная вода (положение III). Камеру можно отключить, если трехходовой кран поставить в положение I. Давление поступающего пара и его температура контролируются манометром 10 и потенциометром 8 марки КСП-4. Для контроля температуры пара в камере установлена хромель-копелевая термопара 4.

Температура нагреваемого молока замеряется хромель-копелевыми термопарами 7, которые устанавливаются внутри прямоугольной камеры на различных уровнях.

Для замера температуры при небольших скоростях нагревания термопары соединяют с потенциометрами 1, а при больших скоростях — с осциллографом 2.

При больших скоростях нагревания пар вводят в камеру как через перфорированные трубки, так и через распределитель паpa. В этом случае параметры пара, входящего в камеру через парораспределитель, контролируют манометром 17 и тензодатчиком 18, соединенным с осциллографом.

Исследования проводили следующим образом. Сначала по общепринятым методикам определяли кислотность, термостойкость молока и содержание в нем витаминов A, B1 и С. Затем молоко помещали в прямоугольную камеру 6, которую устанавливали в паровую камеру 3.

Нагревание молока до температуры стерилизации 150°С с малой скоростью нагревания проводили путем постепенного открытия вентиля 14. Трехходовой кран устанавливали в положение /. За некоторый промежуток времени (около 1 мин) молоко нагревалось до 70° С. Продолжительность этого периода была одинаковой во всех экспериментах. Затем при постепенном открытии вентиля 14 температура молока увеличивалась до 150° С. После этого быстро закрывали вентиль 14 и открывали трехходовой кран 13 (положение III). Холодная вода через вентиль 12, трехходовой кран и перфорированные трубки 5 поступала на поверхность прямоугольной камеры. Одновременно с открытием трехходового крана открывали вентиль 16 для выпуска пара и охлаждающей воды из паровой камеры. Температуру молока в этом случае контролировали потенциометрами.

Продолжительность периода нагревания молока от 70 до 150° С устанавливали следующую: 1800, 1200, 100, 60, 50, 40, 30, 20, 10 с, что соответствует следующим средним значениям скорости нагревания: 0,044, 0,067, 0,133; 1,33; 1,60; 2,00; 2,60; 4,00; 8,00° С/с.

После этого в молоке определяли содержание витаминов А, B1, С. Для этого открывали крышку паровой камеры, извлекали прямоугольную камеру со стерилизованным молоком и молоко переливали в стеклянную пробирку.

Большой скорости нагревания, соответствующей короткому периоду нагревания (менее 1 с), можно достигнуть путем мгновенной подачи пара и мгновенного заполнения им паровой камеры.

Рис. 2. Зависимость, характеризующая разрушение витаминов A, B1, С при изменении скорости нагревания.

Рис. 2. Зависимость, характеризующая разрушение витаминов A, B1, С при изменении скорости нагревания.

Молоко, как и в первом случае, в течение 1 мин нагревается до 70°С паром, подаваемым через вентиль 14. Трехходовой кран устанавливают в положение I, затем закрывают вентиль 14. С помощью вентиля 11, потенциометра 8 и манометра 10 устанавливают параметры пара

(t=160°С, Р = 0,53 МПа) и трехходовой кран резко поворачивают в положение II. Затем трехходовой кран перемещают в положение III, открывают вентиль 16 и молоко охлаждается. В этом случае для контроля температуры молоко при нагревании к термопарам 7 подключают осциллограф.

По полученным результатам построены графики (рис. 2) в

Графики представляют собой кривые линии и показывают, что при увеличении скорости нагревания молока до температуры стерилизации потери витаминов A, B1 и С снижаются.

    • Бункер И8-ХАЛ400
      Бункер И8-ХАЛ400
      17-09-2017
      Бункер И8-ХАЛ400 предназначен для брожения теста. Бункер (рис. 1) состоит из металлического короба 3 прямоугольной формы. На его верхнем фланце смонтированы датчики
  • Похожие материалы