CC BY
73
ТЕХНОЛОГИЯ И АППАРАТЫ ПИЩЕВЫХ ПРОИЗВОДСТВ
УДК 637.133.3
В. А. Сотников, В. В. Марченко, В. С. Гамаюрова МЕТОДЫ НИЗКОТЕМПЕРАТУРНОЙ ДЕКОНТАМИНАЦИИ МОЛОКА
Представлена сравнительная характеристика способов низкотемпературной деконтаминации молока. Показано, что использование приемов механического или химического дезагрегирования микробных сообществ снижает эффективную температуру пастеризации молока и улучшает его органолептические характеристики. Установлена положительная корреляция между степенью полимерности некоторых солей полифосфорных кислот, их дезагрегирующими свойствами и эффективностью теплового обеспложивания.
Производство молочных продуктов с увеличенным сроком хранения является одной из основных задач молочной промышленности.
Хранимоспособность молока проявляется в неизменности сенсорных, химических и физических свойств и обеспечивается главным образом в результате интенсивного воздействия на исходную микрофлору.
Пастеризованное молоко, полученное традиционным способом [1], а именно методом однократной пастеризации при температуре 80-95оС, уже не отвечает возросшим требованиям рынка, так как имеет невысокую хранимоспособность (не более 36 часов), низкие вкусовые качества и питательность. Поэтому в современных технологиях производства молока с повышенной хранимоспособностью используют, например, метод ультравысо-температурной стерилизации (УВТ) и метод дробной тепловой пастеризации [2-4]. При использовании метода УВТ для обработки молока достигается его высокая хранимоспособность - более 30 суток, однако органолептические показатели и питательная ценность снижается, так как в результате жесткого теплового воздействия (при температуре 130-145оС) нарушается баланс соотношения в конечном продукте ценных термолабильных биологических веществ из-за их частичного или полного разрушения.
Метод дробной пастеризации в температурном диапазоне 60-80оС при обязательном использовании приема бактофугирования позволяет частично решить проблему теплового разрушения веществ молока, однако сроки хранения такого молока остаются невысокими (не превышают 7 суток). Поэтому возникает необходимость создания таких технологий низкотемпературной пастеризации молока, которые одновременно обеспечивали бы и его высокую хранимоспособность и его высокие органолептические показатели.
На наш взгляд, одним из определяющих факторов снижения эффективной температуры деконтаминации является интенсификация процессов теплообмена и процессов дезагрегации микробных сообществ в такой сложной микрогетерогенной системе, как молоко. Как известно, микрофлора сырого молока чрезвычайно разнообразна и представлена как вегетативными, так и споровыми формами клеток, которые относят к психрофилам, мезофилам и термофилам. Некоторые из них способны образовывать слизи и капсулы. Количественное распределение их по составным частям молока тоже крайне неоднородно: если в плазме молока их наименьшее количество и представлены они в основном межклеточными ассоциатами, то наибольшее их количество в жестко инкрустированном состоянии обнаруживается на поверхности жировых шариков и в казеиновых мицеллах. Образо-
вание ассоциатов клеток в плазме молока происходит самопроизвольно и является, по-видимому, результатом действия жесткого дипольного момента клеток. С другой стороны, агрегируемость микроорганизмов с жировой и белковой фазами определяется, вероятно, силами хемо- и биоадсорбции. В таких ассоциатах клетки удерживаются на расстояниях, измеряемых долями микрометра, и образуют периодические коллоидные структуры, причем силы взаимного молекулярного притяжения клеток настолько велики, что ассоциаты могут быть разрушены только при очень интенсивном перемешивании суспензий.
Учитывая высокую прочность микробно-казеиновых ассоциатов, дезагрегация которых механическим способом может оказаться малоэффективной, мы предположили, что разрушение или ослабление этих структур может быть достигнуто кальцийсвязывающими и диспергирующими агентами. Такими агентами могут выступать соли полифосфорных кислот, имеющие большое сродство к атомам кальция и несущие большой отрицательный заряд, что, вероятно, будет способствовать разрыхлению отрицательно заряженных казеиновых частиц молока. Ранее нами было показано, что применение этих агентов в технологии низкотемпературной деконтаминации солодового молока оказалось весьма результативным технологическим приемом [5].
Сравнительный анализ исходной микробной обсеменности пастеризованного молока, обработанного различными диспергирующими методами (табл. 1), показал, что эффективность пастеризации можно существенно повысить, используя метод тепловой роторно-пульсационной обработки. В этом варианте удалось снизить величину КМАФАнМ более чем на порядок. Меньший эффект деконтаминации наблюдался при той же температуре в случае применения метода трехкратной гомогенизации молока. В контрольном варианте процесс пастеризации оказался вовсе не эффективным, так уровень обсеменения составил 1,3х105, а хранимоспособность при выдержке 0.4 минуты - всего 2 суток, по сравнению с 3 сутками при гомогенизации и с 7 сутками при РПА-обработке .
Увеличивая во всех вариантах эксперимента длительность пастеризации до 20-30 мин, нам удалось повысить хранимоспособность молока, и в этом случае наилучшие результаты (8-9 суток) были получены для молока, обработанного РПА. Дальнейшее увеличение длительности пастеризации (более 30 минут) оказалось малоэффективным, а в молоке обнаруживался вкус пастеризации. Примечателен также и тот факт, что органолептические характеристики молока, обработанного в РПА, значительно отличаются от таковых как в контрольном варианте, так и в варианте с использованием гомогенизатора. Вкус этого молока был насыщенно-молочный, что мы связываем с повышенной гомогенностью жировых шариков, диаметр которых составлял 0.2-0.4 мкм против 1-3 мкм в варианте с применением стандартного гомогенизатора. Характер изменения сенсорных свойств этого молока в после потери его хранимоспособности также сильно отличается от других вариантов. Если потеря хранимоспособности в этих вариантах сопровождалась в основном активным нарастанием кислотности, что обусловлено развитием молочно-кислой микрофлоры, то нестойкость молока, обработанного в РПА, выражалась в приобретении горького вкуса, что является результатом накопления в нем продуктов метаболизма протеолитических микроорганизмов - низкомолекулярных пептидов. Термоустойчивость вегетативных молочнокислых бактерий ниже, чем вегетативных и споровых форм большинства гнилостных бактерий, что, вероятно, и обусловило преимущественный рост именно этого класса микроорганизмов при полной деконтаминации доминантной молочной микрофлоры.
Для подтверждения гипотезы об усилении эффекта тепловой деконтаминации микрофлоры молока методами диспергирования мы провели ряд экспериментов, смысл которых заключался в феноменологическом сравнении динамики гибели мезофильных аэ-
Таблица 1 - Влияние способа диспергирования пастеризуемого молока на его храни-моспособность
Способ диспергирования Храни- моспо- Длительность пастеризации при 68-72оС, мин
собность, сут 0.4 10 20 30 60
0 1.3х105 9.4х104 5.8х103 4.4х103 5.0х103
Механическое 9.7х105 7.1х105 3.0х104 1.6х104 0.9х104
перемешивание 2
(3000 об/мин) 3 -* 1.1х 106 8.8х105 5.8х105 3.9х105
4 - - 3.7х106 1.9х106 9.8х106
0 8.7х104 0.6х104 2.9х103 1.7х103 0.1х103
Г омогенизация 2 5.0х105 7.7х104 1.3х104 9.0х103 8.4х103
(3 цикла) 3 9.4х105 9.8х104 4.3х104 0.7х104 1.1х104
4 - 2.0х106 5.5х105 2.8х105 8.0х104
5 - - 5.0х106 3.7х106 8.0х105
6 - - - - 5.6х106
0 3.3х103 7.4х102 2.5х102 0.8х102 0.6х102
Роторно- 0.7х104 5.0х103 4.4х103 1.1х103 0.5х103
3
пульсационная
обработка 5 7.9х105 2.2х105 7.0х104 3.8х104 0.1х104
(3000 об/мин) 7 4.2х106 8.7х105 1.0х105 8.4х104 2.6х104
8 - 3.3х106 9.9х105 4.4х105 7.7х105
9 - - - 5.8х106 0.2х106
* Молоко снимали с эксперимента при достижении кислотности выше 21 оТ или при появлении горечи.
робных и факультативно анаэробных микроорганизмов молока, диспергируемого механическим или химическим способами. Ранее нами было показано, что некоторые соли поли-фосфорных кислот (СПФК), разрыхляя крахмалобелковые структуры солодового молока или затора, повышают эффективность их теплового и химического обеспложивания [5]. В экспериментах использовали цельное молоко. И в процессе пастеризации при механическом перемешивании в присутствии СПФК или без них, а также в условиях роторно-пульсационной обработки производился отбор проб с высевом их при необходимом разведении в толщу агара с питательной средой [6] с дальнейшим подсчетом выращенных колоний. Основным достоинством выбранного метода определения колонеобразующих микроорганизмов является их способность давать единичные колонии как от единичнопредлежащих клеток, так и от сцепленых друг с другом клеток в микробных или микробно-субстратных агломератах. В качестве контроля служил процесс тепловой пастеризации
с механическим перемешиванием в присутствии КН2РО4 в дозе, равноценной дозам других СПФК по Р2О5 - 0.23 г/л (рис.1).
Рис. 1 Тепловая деконтаминация молока при диспергировании:
1 - механическое перемешивание + КН2РО4; 2 - то же + К2НР2О7; 3 - то же + триполифосфат натрия; 4 - роторно-пульсационная обработка + КН2РО4
При анализе полученных кривых гибели микроорганизмов можно четко проследить общую для любых методов диспергирования закономерность: в период диспергирования в диапазоне необеспложивающих температур - от 6оС до 35оС, длительность которого в экспериментах составила в среднем 5-7 минут, наблюдалось заметное увеличение количества выросших колоний. Этот период мы назвали фазой диспергирования микробных агломератов молочной микрофлоры. Столь активное увеличение КМАФАнМ за столь небольшой период времени не связан с активизацией роста микрофлоры, а обусловлен, вероятно, с активизацией процессов разобщения микробных сообществ под воздействием мощных пульсаций в жидкотекучих средах, генерируемых в РПА, или под воздействием десорбирующих и гидратирующих свойств кальцийсвязывающих СПФК. Важно отметить, что в фазе диспергирования (во всех вариантах эксперимента) процессы деконтаминации микрофлоры если и протекают, то не являются определяющими. Массовая гибель микроорганизмов наблюдается во вторую фазу, а именно в фазу тепловой деконтаминации, и, безусловно, обусловлена переходом популяции в зону критических температур ( 50оС и выше). В этой фазе скорость гибели микроорганизмов выше в том варианте, где диспергируемость популяции максимальна, т. е. в варианте с использованием РПА, а минимальна в варианте без диспергирования, т.е при механическом перемешивании в присутствии ортофосфата натрия (ортофосфат калия не обладает выраженными хелатирующими свойствами, а его применение обусловлено необходимостью введения в контрольную систему аналогичных СПФК доз источника фосфора). Эффективность процесса пастеризации в этой фазе можно оценить эффективной температурой пастеризации, при которой КМАФАнМ не превышает 50 тыс. кл. Для процесса пастеризации без диспергирования эта температура самая макси-
мальная и составляет 88-90оС, минимальную температуру пастеризации (68-70оС) можно использовать при применении РПА. При использовании СПФК: 84-85оС для пирофосфата натрия и 75-77оС для триполифосфата натрия. И здесь прослеживается та же закономерность, которая нами была установлена в ранее опубликованной работе [5]: с увеличением полимерности СПФК диспергирующие свойства солей этого ряда возрастают, следовательно, возрастает их способность снижать эффективную температуру пастеризации.
Экспериментальная часть
С целью изучения влияния способов диспергирования на повышение хранимоспособности молока в условиях минимизации тепловой нагрузки в процессе пастеризации были выбраны многоплунжерный промышленный гомогенизатор высокого давления типа А1-ОГМ и роторно-пульсационный аппарат (РПА), через которые молоко в режиме рециркуляции обрабатывалось до 68-72оС и выдерживалось в течение 0,4 - 60 мин. Контрольным вариантом служило молоко, пастеризованное в аналогичных условиях, но при механическом перемешивании устройством типа Миксера. Во всех экспериментах использовали цельное молоко с начальным средним количеством мезофильной аэробной и факультативно - анаэробной микрофлоры (КМАФАнМ) - 5,8х105 тыс.кл, а температуру пастеризации выбрали минимально допустимую и разрешенную соответствующими органами СЭС.
Литература
1. Бредихин С.А., Космодемьянский Ю.В., Юрин В.Н. Технология и техника переработки молока. М: Колос, 2001. 400с.
2. Пат. 2088098 1997 (РФ) // Бюл. № 24, 1997.
3. Голубева Л.В., Пономарева А.Н., Полянский К.К. // Молочная промышленность. 2001. Вып. №9.
С. 23-24.
4. Пономарев А.Н., Боев М.В., Булдыгина Л.И., Мерзликина А.А., Голубева Л.В., Полянский К.К. // Молочная промышленность. 2000. Вып. №9. С. 21-22.
5. Сотников В.А., Марченко В.В., Гамаюрова В.С. // Хранение и переработка сельхозсырья. 2003. Вып. 6. С. 11-13.
6. Степаненко П.П. Микробиология молока и молочных продуктов. М: Лира, 2002.С. 247-248.
© В. А. Сотников - канд. техн. наук, доц. каф. промышленной биотехнологии КГТУ; В. В. Марченко - соискатель той же кафедры; В. С. Гамаюрова - д-р хим. наук, проф., зав. каф. промышленной биотехнологии КГТУ.
