Контроль при производстве стерилизованного молока

Производство стерилизованного молока и стерилизованных молочных продуктов требует безупречного состояния технических средств и -точного соблюдения технологии. В дополнение к этому необходима также четкая организация контроля производства. Общий контроль производства стерилизованного молока включает три этапа: контроль качества исходного молока, выполняемый для определения пригодности молока для стерилизации; контроль эффективности стерилизации; контроль качества стерилизованного молока.

Контроль качества исходного молока. Качество исходного сырого молока, предназначенного для стерилизации, должно отвечать определенным требованиям. В этом случае определяющими показателями пригодности сырого молока для стерилизации являются его термоустойчивость и бактериальная обсемененность. Молоко должно выдерживать нагревание до высокой температуры (150° С) без коагуляции белков, в нем должно содержаться минимальное количество спорообразующей микрофлоры.

Согласно ОСТ 49-21—71 «Молоко стерилизованное (в пакетах)» для выработки стерилизованного молока следует использовать молоко коровье, заготовляемое по ГОСТ 13264—70, не ниже I сорта, выдерживающее алкогольную пробу с 75%-ным этиловым спиртом. Молоко должно иметь кислотность 16—18е Т, степень чистоты по эталону не ниже I группы, бактериальную обсемененность по редуктазной пробе не ниже I класса.

Обезжиренное молоко и сливки для нормализации должны быть получены в результате сепарирования молока не ниже I сорта, выдерживающего алкогольную пробу с 75%-ным этиловым спиртом. Необходимо, чтобы обезжиренное молоко и сливки выдерживали такую же алкогольную пробу.

Кислотность обезжиренного молока должна быть не выше 19°Т, сливок в плазме — не выше 22° Т.

Нагревание сырого молока при определенных условиях приводит к его- коагуляции. Молоко даже с повышенной термоустойчивостыо при длительном нагревании коагулирует. Внешние признаки коагуляции — появление хлопьев или образование сгустка при нагревании.

Под термоустойчивостью следует понимать способность молока при воздействии высоких температур сохранять первоначальные коллоидные свойства.

Из всех белковых веществ молока 80% составляют белки казеинат- кальцийфосфатного комплекса. Этот комплекс обладает значительно большей термоустойчивостью в отличие от сывороточных белков. На термоустойчивость казеинаткальцийфосфатного комплекса влияет ряд факторов, из которых наиболее важным является рН. Равновесное состояние катионов и анионов в большинстве случаев приближает рН свежего нормального молока к 7,0 (нейтральная реакция). Сдвиг этого равновесия, как это было установлено Дьяченко, в сторону уменьшения рН снижает температуру коагуляции комплекса.

На термоустойчивость казеинаткальцийфосфатного комплекса влияет также характер связи анионов и катионов с казеином и неорганическими коллоидами (фосфатами и цитратами). К снижению термоустойчивости комплекса приводит повышенное содержание ионов кальция в молоке.

Термоустойчивость молока зависит от состава и строения казеина. Молоко обладает большой коллоидной устойчивостью, если частицы казеина в нем мельче и в них больше содержится х-казеина, который стабилизирует их. Молоко будет менее устойчивым к действию тепла, когда частицы казеина крупнее, с меньшим содержанием х-казеина и с более высоким содержанием коллоидного фосфата кальция.

Чрезмерная концентрация водородных ионов, по мнению Пайна, является одной из причин коагуляции молока при нагревании. Кислотность, возникающая при ферментации лактозы с образованием молочной кислоты, затрагивает неорганическую фазу молока постепенным декальцинированием макромолекулы казеината кальция. В результате образуются нерастворимые молочнокислый кальций и свободный казеин, не способные сохраняться в коллоидном состоянии, которое характеризуется равновесием казеинаткальций- фосфатного комплекса. Если деминерализация умеренная, то она приведет к коагуляции под влиянием тепла.

Определяющим тепловую стабильность молока фактором является солевой баланс. Быстрому свертыванию молока способствует излишек или недостаток солей кальция и магния. Чаще молоко коагулирует вследствие избытка солей кальция и магния. Добавление цитратов или фосфатов восстанавливает равновесие и делает молоко более термоустойчивым.

Коагуляция вызывает определенные осложнения при тепловой обработке молока и особенно при стерилизации. Физическая сущность этого сложного процесса до конца не изучена, хотя и имеется большое количество исследований в этой области.

Все те накопленные сведения, на основе которых объясняются причины, .вызывающие коагуляцию, в большой степени способствуют разработке приемов повышения термоустойчивости молока.

Интересными и важными с точки зрения развития производства стерилизованного молока являются данные научно-исследовательских работ, устанавливающие влияние на термоустойчивость молока периода лактации, сезона года, породы коров, географического расположения пастбищ.

Молоко в молозивный период обладает малой термоустойчивостью главным образом вследствие высокого содержания сывороточных белков, особенно иммунного глобулина. Нормальный уровень термоустойчивости устанавливается после 7—10 дней после отела.

В течение года термоустойчивость молока неодинакова. В периоды перехода стада от стойлового содержания к пастбищному, и наоборот, по данным Бирюковой, термоустойчивость молока снижается. Наибольшая термоустойчивость молока наблюдается в летний период.

Результаты исследований химического состава и свойств молока, поступающего на молочные предприятия нашей страны, проведенные ВНИМИ и ВНИИМСом в 1969—1970 гг., свидетельствуют о том, что термоустойчивость молока в различных зонах страны неодинаковая.

Так, молоко, получаемое в Костромской, Смоленской, Вологодской, Калининской и Ярославской областях, а также молоко Алтайского и Хабаровского краев, Марийской, Удмуртской и Северо-Осетинской АССР, Эстонской и Киргизской ССР, обладает высокой термоустойчивостью. В указанных местах 75% и более проанализированного молока выдерживало алкогольную пробу с 70%-ным этиловым спиртом.

Менее 30% молока выдерживало такую же пробу в Астраханской, Архангельской, Волгоградской, Пермской, Калининградской областях, Приморском крае и Узбекской ССР. Данные интересны, однако недостаточны для полной характеристики сырьевых зон СССР с точки зрения рационального размещения производства стерилизованного молока.

Данные также нуждаются в определенных коррективах, так как для стерилизации при УВТ-режиме наилучшим сырьем считается молоко, выдерживающее алкогольную пробу с 75%-ным этиловым спиртом.

Как было отмечено выше, наиболее распространенным тестом определения пригодности сырого молока для стерилизации является алкогольная проба.

Сущность ее заключается в том, что при добавлении к молоку этилового спирта происходит нарушение коллоидного состояния молока путем обезвоживания коллоидных мицелл белков.

При контроле 2 мл испытуемого молока смешивают с 2 мл 75%-ного этилового спирта. Если не происходит коагулирования белка (образования хлопьев), то молоко считается пригодным для стерилизации. В некоторых странах эта проба готовится со спиртом 68—80%-ной концентрации.

Существуют и другие способы определения термоустойчивости молока. Наиболее верным и надежным из всех существующих способов является тепловая проба. Тепловая проба заключается в том, что испытуемое молоко нагревают до 130° С и выдерживают при этой температуре 20—60 мин. Если коагуляции не происходит, то молоко пригодно для стерилизации. Для производства этот способ несколько неудобен, так как он является затяжным и требует применения специального термостата.

Существуют еще два способа для определения термоустойчивости молока: кислотно-кипятильная и хлоркальциевая пробы.

В первом способе к 10 мл молока добавляют 0,5 мл 0,1 н. соляной кислоты.

Во втором способе к 10 мл молока добавляют 0,5 мл 1%-ного раствора хлористого кальция.

Отсутствие коагуляции позволяет считать молоко пригодным для стерилизации.

В связи с тем что к исходному молоку, предназначенному для стерилизации, предъявляются жесткие требования, необходимо помнить и соблюдать определенные правила подготовки молока перед процессом стерилизации.

Подготовка молока, предназначенного для стерилизации, начинается на фермах, где оно после выдаивания должно немедленно охлаждаться по возможности до более низких температур (2—4°С). Фермы должны быть оборудованы надлежащими холодильными установками и средствами для обеспечения санитарного состояния приемных резервуаров.

При транспортировке молока температура его должна сохраняться в пределах 4—6° С. Также необходимо организовать регулярный и тщательный контроль за мойкой и стерилизацией автоцистерн.

На молочном заводе перед стерилизацией следует проводить центробежную очистку молока с немедленным охлаждением до 4—6" С.

Применение центробежной очистки помимо главных своих задач диктуется еще следующей необходимостью. В молоко попадают некоторые посторонние механические примеси, которые удаляются только центробежной очисткой. Присутствие их в молоке вызывает понижение термоустойчивости.

Кроме того, первоначальная бактериальная обсемененность молока влияет на результаты стерилизации. Эффективным средством ее снижения является бактофугирование молока, которое понижает количество микроорганизмов до 80—90%.

Если молоко до начала стерилизации будет храниться более 4 ч, то в целях сохранения термоустойчивости его рекомендуется пастеризовать при 74—76° С с последующим охлаждением до 4—6° С.

Хотя эта мера и является эффективной, но лучший вариант считается тот, который не предусматривает продолжительного интервала между приемкой молока на заводе и его стерилизацией.

Учитывая то обстоятельство, что на заводы поступает молоко, в большей части не отвечающее условиям пригодности для стерилизации, в настоящее время разработаны достаточно эффективные приемы, повышающие его термоустойчивость.

3. А. Бирюкова [31 на основании проведенных исследований предлагает для повышения термоустойчивости применять цитрат натрия и динатрий- фосфат. Оптимальная концентрация этих солей для молока, выдерживающего алкогольную пробу с 68—72%-ным этиловым спиртом, составляет не более 0,05%. Молоко с этими добавками выдерживает алкогольную пробу с 75— 80%-ным этиловым спиртом. А по тепловой пробе термоустойчивость увеличивается в 1,5—2 раза.

Пропускание молока через катионовые фильтры также повышает его термоустойчивость. При этом восстанавливается нарушенный солевой баланс в молоке.

Контроль эффективности стерилизации. Сырое молоко в значительных количествах содержит споры, большинство из которых — мезофильные аэробы. Определение количества и типа спор, присутствующих в молоке, показывает, что большая их часть относится к спорообразующим аэробам (Bacillus), Встречаются также спорообразующие анаэробы (Clostridium). Сырое молоко сравнительно бедно спорами термофильных аэробов (В. Stearothermophilus), стойких к нагреву. Дополнительным источником обсеменения молока микроорганизмами является окружающая атмосфера. Поэтому перед стерилизацией количество микроорганизмов может достигать больших значений, если в цепи молочнотоварная ферма—молочный завод в результате плохой организации доения, кратковременного хранения, транспортировки и первичной обработки, окажется слабое звено.

Согласно существующему ГОСТ 13264—70 бактериальная обсемененность молока по редуктазной пробе должна быть не ниже I класса.

Такое молоко, подвергнутое тепловой стерилизации при УВТ-режиме, не должно содержать жизнеспособных спор вообще. Однако по многочисленным причинам, возникающим в процессе стерилизации, какой-то минимум спор переживает губительное действие тепла. В производстве почти невозможно добиться полного эффекта стерилизации. Поэтому для процесса стерилизации по степени подавления жизнедеятельности микроорганизмов имеются некоторые допуски.

Эффект стерилизации, как было показано в главе 1, можно оценить по числу спор, перенесших тепловую обработку.

Для этого введено понятие показателя эффективности стерилизации:

Если считать приемлемым с точки зрения производства присутствие одной споры в 100 мл стерилизованного молока, то показатель эффективности 5 можно считать равным —7.

Концентрация спор в сыром молоке N_a и стерилизованном N_bопределяется посевами в чашках Петри.

Концентрацию спор в стерилизованном молоке необходимо определять после выхода молока из стерилизатора.

Цель настоящего контроля заключается в определении эффективности, работы аппарата и правильности проведения режима стерилизации.

Контроль качества исходного молока. После стерилизации молоко подвергают бактериологическому контролю, цель которого — определение, наличия микроорганизмов в стерилизованном молоке. В биологически стерильном молоке не должно быть мезофильных и термофильных микроорганизмов, способных развиваться при любых условиях. В стерилизованном, молоке, вырабатываемом промышленностью, допускается незначительное содержание споровых форм, но не развивающихся в период его хранения.

Контроль стерилизованного молока выполняется в следующем порядке. Из одной партии берется до 10 упаковок в зависимости от величины партии. Контрольные пакеты можно брать на любой стадии хранения, транспортировки или реализации.

Молоко предварительно инкубируют при следующих условиях: 5 пакетов выдерживаются 21—28 дней при 30° С (±1°С) и другие пять пакетов — 10 дней при 55°С (±2° С). В конце инкубационного периода определяют те изменения, которые произошли в молоке. Наличие микроорганизмов определяется в следующем порядке. В асептических условиях из каждого пакета стерильной пипеткой берут небольшое количество молока и вводят в жидкую или твердую питательные среды.

Жидкая среда представляет собой бульон, способствующий росту Bacillus и других аэробов. Бульон имеет следующий состав (в г на 1000 мл дистиллированной воды ): триптоза— 10; дрожжевой экстракт — 3; глюкоза— 1; двухкалиевый фосфат—1; поваренная соль —5; растворимый крахмал —   1

После' растворения ингредиентов при незначительном нагревании доводят РН до 7 Триптозовый бульон разливают в пробирки по 20 мл и нагревают в автоклаве до 120° С с выдержкой 15 мин.

Затем готовят среду, способствующую развитию спор Clostridium и других анаэробов, следующего состава (в г): триптон—10; мясной экстракт — 3; глюкоза — 2; поваренная соль — 2; гидрохлорид цистина — 0,3; растворимый крахмал — 1; индикатор — 10.

Все компоненты, кроме глюкозы и индикатора, растворяют в 1 л дистиллированной воды, доводят до кипения и регулируют рН до 7,2. Далее раствор кипятят 10 мин, фильтруют через влажный бумажный фильтр, добавляют индикатор (0,5 г кислого фуксина на 100 мл дистиллированной воды) и глюкозу.

Жидкость должна иметь розоватый оттенок, если рН установлен правильно. Если цвет жидкости красный, добавляют слабый раствор каустической соды до тех пор, пока появится розовое окрашивание.

Триптоновый бульон разливают в пробирки по 20 мл, предварительно поместив на дно кусочек белого мрамора диаметром около 15 мм.

Пробирки с содержимым стерилизуют в автоклаве при 115° С с выдержкой 20 мин. Среду можно хранить до 20 дней при 4° С. Перед употреблением пробирки со средой выдерживают в кипящей воде 10 мин для того, чтобы удалить растворенные газы.

Контролируемое стерилизованное молоко а количестве 2 мл помещают в 6 пробирок с триптозовым бульоном и 2 мл — в 4 пробирки с триптоновым бульоном. Пять пробирок выдерживают в термостате при 30° С в течение 4 дней, другие пять пробирок при 55° С — в течение 4 дней (по три пробирки с триптозовым бульоном и по две с триптоновым соответственно).

При развитии анаэробных бактерий цвет триптонового бульона изменяется сначала до розового, затем до красного с переходом в зеленый. Если цвет не изменяется, то готовят субкультуры в твердой среде.

Для этой цели применяют агаровый отвар следующего состава (в г): триптон—10; мясной экстракт — 3; дрожжевой экстракт — 5; гидрохлорид цистина — 0,4; бактоагар — 8.

Компоненты растворяют в 1 л воды и при незначительном нагревании доводят рН до 7,2—7,4. Затем кипятят несколько минут и фильтруют в горячем состоянии через бумажный фильтр. Разливают агаровый отвар в пробирки размером 180x8 мм, заполняя их на глубину 100 мм, стерилизуют в автоклаве при 120° С в течение 15 мин.

Перед употреблением погружают в кипящую воду на 10 мин и охлаждают до 48° С.

Берут 6 пробирок с агаровым отваром и растворяют в нем по одной капле инокулированный молоком триптоновый бульон.

Анализ выявления аэробных организмов с помощью триптозового бульона может быть затруднен вследствие образования чрезмерной мутности, вызываемой увеличением количества бактерий. В этом случае необходимо применять субкультуру в триптозовом агаре.

Триптозовый агар приготовляют на основе триптозового бульона с добавлением 15 частей бактоагара на 1000 частей бульона.

Полученную среду помещают в пробирки размером 160X16 мм, стерилизуют в автоклаве при 120° С в течение 15 мин, после чего охлаждают. Пробирки устанавливают в наклонном положении для загустевания среды, а также увеличения поверхности инокуляции.

Полученные субкультуры с агаровым отваром и триптозовым агаром инкубируют при 30 и 55° С в течение, как минимум, 3 дней.

С помощью микроскопа определяют число появившихся колоний в зависимости от аэробных и анаэробных условий.

По результатам анализов молоко считают нестерильным в следующих случаях: когда появляются признаки присутствия микроорганизмов в 2 пробирках из 3 с триптозовым бульоном при температуре инкубации 30° С; в 1 пробирке из 3 с триптозовым бульоном при температуре инкубации 55° С; в 1 пробирке из 2 с триптоновым бульоном при температуре инкубации 30 и 55° С, если субкультура показывает анаэробные бактерии.

Твердая питательная среда представляет собой триптоновый агар следующего состава (в г): триптон—10; мясной экстракт — 3; глюкоза — 1; растворенный крахмал—1; бактоагар — 8.

Компоненты растворяют в 1 л воды и доводят рН до 7,0. Раствор помещают в пробирки размером 200X20 мм по 20 мл и стерилизуют в автоклаве при 120° С в течение 15 мин. Раствор можно хранить не более 1 мест при 4° С. Перед употреблением его расплавляют в кипящей воде и охлаждают до 45° С.

Помещают 1 мл молока в чашку Петри вместимостью 100 мл и вливают 20 мл триптонового агара. Одновременно 1 мл того же молока вливают в агаровый отвар, помещенный в пробирки Миллера — Прикета.

Молоко в триптоновом агаре (в чашке Петри) и агаровом отваре (в пробирке Миллера — Прикета) инкубируют при 30° С в течение 4 дней

Чтобы исключить высыхание сред, внутреннюю часть крышки чашки Петри покрывают тонким слоем стерильного парафинового масла, а поверхность агарового отвара — стерильным парафином.

Инкубация при температуре 55° С длится также 4 дня.

Стерилизованное молоко считается хорошего качества, если число колоний составляет менее 5 в каждой чашке и пробирке.

После извлечения в асептических условиях контролируемых образцов^ молока из пробирок или чашек остаток его можно использовать для физико-химического контроля, например для определения рН, который сравнивается с рН продукта до инкубации при 30 и 55° С.

Анализы с применением жидких питательных сред более трудоемкие, но более точные, чем анализы с применением твердых питательных сред,, поэтому в производственных условиях вполне можно проводить анализы с применением твердой питательной среды.

Кроме бактериологического контроля в стерилизованном молоке контролируют: образование отстоя сливок; наличие флокуляции или седиментации; изменение цвета; изменение первоначального вкуса.

Явление отстоя сливок считается нежелательным при производстве стерилизованного молока. Поэтому стерилизованное молоко обязательно подлежит гомогенизации, при которой происходит дробление жировых частиц.

Эффект этого процесса определяется размером жировых частиц после гомогенизации. Для стерилизованного молока устанавливают различный срок хранения (8—30 дней), в течение которого не должно происходить отстаивание сливок.

Гомогенизация считается наилучшей, если размер жировых частиц после гомогенизации не будет превышать 1 мкм. Гомогенизация считается хорошей, если размеры жировых шариков в гомогенизированном молоке будут 1—2 мкм.

Контроль степени гомогенизации, т. е. определение размеров жировых частиц, осуществляется микроскопическим или микрофотографическим методами. В этом случае под микроскопом или на микрофотографии определяют размеры жировых шариков и количество каждого размерного класса. По отношению, выраженному в процентах, количества жировых шариков определенного размера ко всему количеству жировых шариков в установленном объеме молока определяют эффективность гомогенизации. Этот способ достаточно точный, но трудоемкий и применение его в производственных условиях ограничено.

Существуют более простые способы, с помощью которых достаточно точно оценивается степень гомогенизации стерилизованного молока. Один из способов состоит в следующем.

Молоко помещают в мерный цилиндр и выдерживают в спокойном с®- стоянии 48 ч при 10° С. Из верхнего отстоявшегося слоя берут сливки в количестве 1/10 от общего объема. Сливки тщательно перемешивают и определяют содержание жира бутирометрическим способом. Оставшийся объем также тщательно перемешивают и определяют содержание жира. Результаты двух анализов сравнивают. Достаточно хорошей гомогенизация будет считаться в том случае, если содержание жира в верхнем слое по сравнению с содержанием жира в нижнем слое не превысит 10%. Например, содержание жира в нижнем слое 3,4%, тогда в верхнем слое должно быть не более 3,74%. Этот способ также трудоемкий и длительный. Его можно ускорить, если применить центрифугу. Для этого молоко в количестве 50 мл при 20±ГС помещают в три градуированные (от 0—50 мл) пробирки диаметром 24 мм и длиной 245 мм. Пробирки с молоком закрывают стеклянными пробками и центрифугируют в течении 15 мин при частоте вращения 1000 мин-1 не менее трех раз с промежуточным нагреванием в водяной бане при 67° С. Далее пипеткой осторожно берут 5 мл верхнего слоя и снимают сливки с внутренних стенок пробирки. Одну десятую часть объема пробирок после центрифугирования собирают в сосуд А, остальную часть — в сосуд Б. Определяют содержание жира бутирометрическим методом в сосудах А и Б.

По формуле рассчитывают показатель степени гомогенизации

Стабильность коллоидной фазы в стерилизованном молоке контролировать сложно, так как нагревание при незначительной нестабильности вызывает микрофлокуляцию в коллоидной фазе, незаметную для невооруженного глаза. Это изменение выражается незначительным увеличением вязкости молока.

Микростабильность можно обнаружить с помощью центрифугирования по осадку в пробирке.

Достоверность органолептического контроля по таким показателям, как вкус и запах, невозможно подвести под какие-либо определенные и четкие показатели, доступные для применения в производственных условиях, хотя грубую оценку вкуса и запаха можно всегда выполнить путем сравнения стерилизованного молока с сырым молоком. Точность такого способа полностью зависит от индивидуальных способностей дегустатора.

Изменение цвета молока при стерилизации вряд ли может вызвать отрицательные эмоции у потребителя. Установлено, что при нагревании молока оно или белеет, или приобретает коричневатый оттенок в зависимости от температуры нагревания и продолжительности выдержки. Изменение цвета как в ту, так и в другую сторону нельзя признать фактором, отрицательно влияющим на впечатление покупателя от того, что цвет молока несколько белее обычного или с легким коричневатым оттенком. Нет необходимости при производстве стерилизованного молока в заводских условиях осуществлять строгий контроль цвета стерилизованного молока. К тому же стерилизованное при УВТ-режиме молоко почти не изменяет первоначального цвета. И только изменение режима стерилизации, главным образом увеличение продолжительности выдержки при температуре стерилизации, вызывает побурение молока.

Подобное изменение цвета тесно связано с определенными внутренними реакциями и изменением вкуса и запаха. Изучение этой взаимосвязи интересно, прежде всего, с научной точки зрения, в целях установления влияния режимов стерилизации на характер внутренних трансформаций, определяющих качество готового продукта.  

Эффективность нагревания при стерилизации можно определить с помощью пробы на помутнение по Ашаффенбургу. Для этого 20 мл стерилизованного молока при комнатной температуре быстро вливают в бутылку вместимостью 50 мл, содержащую 4 г сульфата аммония. По истечении 5 мин раствор фильтруют через складчатый фильтр. 5 мл фильтрата вливают в пробирку, которую помещают на 5 мин в кипящую воду. Охлажденный раствор исследуют на помутнение против источника света. Способ основан на том, что растворимые белки после достаточного нагрева соединяются с аммониумсульфатом, образуя нерастворимую форму, которую можно отфильтровать до получения прозрачного фильтрата. Помутнение свидетельствует о том, что температура нагрева молока была недостаточной.