Молоко и молочные продукты относятся к незаменимым продуктам питания. Особенное значение молоко и молочные продукты имеют для питания людей в крайних возрастных группах, т. е. в детском и пожилом возрасте. Молоко и молочные продукты являются основными продуктами диетического и лечебного питания и отличаются от других продуктов питания тем, что в их составе представлены все необходимые для организма пищевые и биологически активные вещества в оптимально сбалансированном состоянии. Молоко обеспечивает нормальный рост, развитие и жизнедеятельность организма. Высокие пищевые, биологические и лечебные свойства молока давно высоко оценены, и в древности молоку присваивали такие наименования, как "сок жизни", "белая кровь", "источник здоровья" и др. По питательным свойствам молоко представляет собой наиболее совершенный вид продовольствия; состав питательных веществ в нем почти идеально сбалансирован. Молочные продукты составляют большую долю в рационе человечества; их годовое потребление достигает 16% всех видов пищи.

И. П. Павлов рассматривал молоко, как пищу, приготовленную самой природой и характеризующуюся легкой удобоваримостью и питательностью. Переваримость молока и молочных продуктов в организме составляет 95--98%. Включение молочных продуктов в любой пищевой рацион повышает его полноценность и качественные показатели, способствует лучшему усвоению других компонентов.

Принцип полного использования компонентов молока характеризуется тем, что молоко цельное и обезжиренное, пахта или молочная сыворотка не подвергаются разделению на компоненты. Этот принцип положен в основу производства различных молочных напитков, сгущенных и сухих концентратов, заменителей цельного молока.

1 Способы обработки молока

Наибольшую прибыль фермерские молочные хозяйства получают при доведении до потребителей натурального молока или сливок в жидком виде. При этом выигрывают и покупатели, так как они потребляют все полезные вещества, содержащиеся в молоке.

Почти в каждом крупном городе имеется молочный завод, на котором осуществляются пастеризация фермерского молока, его расфасовка и поставка торгующим предприятиям. Заводская обработка натурального молока состоит из нескольких последовательных процессов: приемки, кларификации и нормализации (по жирности), гомогенизации, пастеризации, охлаждения, расфасовки и доставки заказчикам. Все материалы и оборудование, используемые в заводском молочном производстве, должны легко очищаться и мыться, иметь долгий срок службы и быть настолько химически пассивными, чтобы не вызывать никакого ухудшения выпускаемой продукции или здоровья ее потребителей.

ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ ЛИНИЯ молочного завода. 1 – молоковоз; 2 – насос; 3 – кларификатор; 4 – ресивер; 5 – пастеризатор; 6 – гомогенизатор; 7 – автомат розлива молока по бутылкам

1.1 Охлаждение

В целях торможения развития микроорганизмов, ферментных и физико-химических процессов при охлаждении молочного сырья и молочных продуктов температуру понижают до 2-10 °C и хранят при этой температуре до переработки. В зависимости от конечной температуры охлаждения в продуктах в большей или меньшей степени могут протекать физико-химические процессы, обусловленные действием ферментов и микробиологическими процессами. Понижение температуры приводит к подавлению жизнедеятельности микроорганизмов. Эффект воздействия низких температур на микробную клетку основан на нарушении сложной взаимосвязи метаболических реакций и повреждении механизма переноса растворимых веществ через клеточную мембрану. Наряду с этим имеет место изменение качественного состава микрофлоры. Некоторые группы микроорганизмов (психрофилы) способны достаточно быстро размножаться при температуре 0-5 °C. Таким образом, охлаждение продуктов до низких температур не исключает возможности его микробиологической порчи, так как возбудителями порчи белковосодержащих продуктов являются преимущественно гнилостные бактерии. При отведении теплоты замедляется тепловое молекулярное движение и изменяется состояние компонентов молока, прежде всего преобладающим числом гидрофобных связей обладает казеин. При температуре около 60 °C прочность гидрофобных связей самая высокая. По мере понижения температуры сила гидрофобных связей ослабевает, агломераты распадаются на более мелкие образования. Дезагрегация обратима, но только частично, причем обратный процесс протекает с меньшей скоростью. Поэтому после хранения молока длительное время при температуре 2-6 °C способность его к свертываю сычужным ферментом заметно ухудшается. Полученный сгусток характеризуется способностью к синерезису и меньшей прочностью. Неустойчивость гидрофобных связей приводит к усилению активности ферментов. в первую очередь ксантиноксидазы и каталазы, связанных с казеином и белковыми компонентами жировых шариков в оболочке. Ксантиноксидаза катализирует окисление многих альдегидов до кислот, а каталаза — окисление пероксидами ненасыщенных жирных кислот и спиртов. При охлаждении молочного сырья происходят частичное отвердевание и кристаллизация молочного жира в жировых шариках, что и приводит к ослаблению связей в оболочках, так как глицеридный слой теряет эластичность и становится более подверженным механическим воздействиям. Охлаждение и хранение охлажденного молочного сырья приводит к разрушению витаминов. Например, витамин С разрушается на 18 % при хранении охлажденного молока 2 сут и на 67 % при хранении охлажденного молока 3 сут. При охлаждении молока происходит изменение состава микрофлоры сырого молока — замедляется рост мезофильной и термофильной микрофлоры и начинают преобладать психрофильные бактерии, развивающиеся в молоке от 5 до 15 °C.

1.2 Нормализация

Нормализация молока — доведение свойств молока, таких как жирность, содержание сухих веществ, углеводов, витаминов, минеральных веществ, до стандартных или соответствующих ТУ значений путём смешивания его с молоком, имеющим другие свойства, с помощью дозатора или сепарированием.

 Молоко, поступающее на завод, содержит механические включения, поэтому применяют центробежную очистку молока на сепараторах-молокоочистителях, которая осуществляется одновременно с нормализацией. Очистка, нормализация, гомогенизация, пастеризация и охлаждение происходят в потоке на пластинчатых пастеризационно-охладительных установках в комплекте с гомогенизатором.

На заводах после очистки и охлаждения (до 2-4 °С) молоко при необходимости хранят в промежуточных емкостях не более 48 ч.

Очистка и нормализация проводится при 40 ± 5 °С на сепараторах-молокоочистителях и сепараторах-сливкоотделителях. Нормализация осуществляется в потоке путем смешивания сливок и обезжиренного молока в таких пропорциях, чтобы обеспечить заданную жирность молока.

Нормализованная смесь молока поступает в гомогенизатор, представляющий собой плунжерный насос высокого давления при температуре не менее 60 °С. При давлении в гомогенизаторе происходит раздробление жировых шариков, а дестабилизированный в результате механического и теплового воздействия молочный жир приобретает белково-лецитиновую оболочку. Размер жировых шариков при гомогенизации уменьшается в 10 раз, а скорость их всплывания - в 100 раз. Благодаря гомогенизации молока в течение срока реализации замедляется образование сливочной пробки на поверхности молока.

1.3 Гомогенизация

Следующий способ промышленной обработки молока – гомогенизация. Гомогениза́ция — создание устойчивой во времени однородной (гомогенной) структуры в двух- или многофазной системе путём ликвидации концентрационных микронеоднородностей, образующихся при смешивании взаимно-нерастворимых веществ (вода-масло, этиловый спирт-ртуть). В пищевой промышленности — при производстве значительного количества пищевых продуктов. Например, создание устойчивого молока «длительного хранения»; в производстве сливочного масла и маргарина — для равномерного распределения водной фазы («крестьянское масло») и других компонентов в жировой среде; в производстве майонезов и дрессингов на жировой основе − для равномерного распределения жировой фазы в водной среде.

Если дать молоку постоять, на его поверхности образуется слой сливок. И если молоко стоит довольно долго, сливки густеют и уплотняются настолько, что и позднее уже не разрыхляются. Этот густой и нежный молочный жир является "самым ценным" и предлагается потребителям под названием "сметана". Но постоявшее цельное молоко делается "комковатым", жир плотно оседает по краям, и его впору только отскребать, что затрудняет использование молока в бутылках и пакетах.

Поэтому с помощью гомогенизации препятствуют отстою сливок: молоко под высоким давлением прижимают к стенке, отчего сравнительно крупные капельки жира разбиваются на гораздо более мелкие. Главный аргумент в пользу гомогенизации таков: молоко густеет более равномерно и потому легче усваивается.

1.4 Пастеризация

Основная цель пастеризации — уничтожение патогенной токсинообразующей микрофлоры и инактивация ферментов. В результате исключается передача через молоко и молочные продукты инфекционных заболеваний и обеспечивается более длительный срок хранения. В молоко от больной коровы, с рук переболевшего персонала, загрязненного корма, питьевой воды, посуды и т. д. могут попасть такие патогенные микроорганизмы, как возбудители туберкулеза, бруцеллеза, чумы, сибирской язвы, кишечная палочка и т. д. Эти заболевания могут через молоко передаваться человеку. Стойкость различных патогенных микроорганизмов к температуре неодинакова. Как правило, патогенные микроорганизмы погибают при относительно невысоких температурах. Наиболее стойкой к нагреванию из неспорообразующих микроорганизмов является туберкулезная палочка. Возбудитель туберкулеза погибает при температурах 60-65 °C в течение 30 минут. Однако есть сведения, что для уничтожения туберкулезной палочки необходима более высокая температура (75 °C с выдержкой 30 минут.) Это объясняется тем, что стойкость к температурным режимам в зависимости от многочисленных факторов у разных штаммов может быть не одинакова. Поэтому при использовании молока коров с подозрением на туберкулез необходимо нагревать его до температуры 80 °C в течение 30 минут или кипятить. Молоко от заболевших животных необходимо уничтожать. Остальная неспорообразующая патогенная микрофлора погибает при более низких температурах, чем туберкулезная палочка. В связи с этим при обосновании режимов пастеризации молока за основу принимают темпловую обработку туберкулезной палочки. Одним из санитарно-показательных микроорганизмов, которые могут привести в различного рода токсикозам и кишечным отравлениям, являются бактерии группы кишечной палочки (БГКП). Наличие этих бактерий в молоке говорит о нарушении требуемых санитарно-гигиенических условий производства молока. Они не выдерживают нагрева молока до 60 °C в течение 30 минут. С помощью пастеризации в молоке можно уничтожить лишь вегетативные формы микрофлоры, так как наличие спор повышает тепловую устойчивость микроорганизмов на 10-15, а иногда и на 50 °C. На основании теоретических выводов для производства молочных продуктов были разработаны три вида режимов пастеризации молочного сырья, обеспечивающие уничтожение туберкулезной палочки, бактерий группы кишечной палочки и других патогенных микроорганизмов и инактивацию ферментов:

Благодаря пастеризации срок хранения молока можно продлить - этим мы обязаны открытию Луи Пастера (1822-1895), именно он обнаружил особые, широко распространенные бактерии, которые живут за счет содержащегося в молоке сахара, в процессе своей жизнедеятельности превращая его в молочную кислоту. Последняя, в свою очередь, провоцирует свертывание белка, и таким образом возникает простокваша - своего рода естественно консервированное молоко, правда годное к употреблению тоже ограниченное время. Быстрому скисанию молока можно воспрепятствовать, уничтожив молочнокислые бактерии, так называемые лактобациллы. 

Для этого нужно нагреть молоко до 70° С. Срок хранения у него значительно дольше, но не слишком долгий; что пастеризация убивает очень чувствительные лактобациллы, но более стойкие гнилостные бактерии выдерживают нагрев и после пастеризации по-прежнему вызывают изменения белка, отчего молоко становится даже не кислым, а горьким, во всяком случае, несъедобным. 

Человек с неиспорченным вкусом всегда заметит разницу между свежим и пастеризованным молоком. Это различие становится вполне отчетливым, стоит только нагреть молоко до 100°С, - тогда сразу чувствуется специфический вкус кипяченого молока. Если это молоко тотчас герметически закупорить, чтобы в него не смогли проникнуть из воздуха никакие микробы, мы получим стерилизованное молоко, которое, если упаковку не вскрывать, хранится неограниченно долгий срок. 

Легко заметить, что при нагревании на поверхности молока образуется пленка (пенка), а это означает, что и здесь белок свертывается. Такой процесс называется денатурацией, так как белок теряет природные свойства, качественно меняется. При скисании молока также происходит свертывание, но оно имеет совершенно другую природу и форму, образуя нежные хлопья, а не упругую пенку. 

Естественно, при более сильном нагреве в молоке происходят еще более радикальные и загадочные изменения; такой нагрев легко осуществить в плотно закрытой посуде. Уже не один десяток лет известно, что при температурах около 140° С существенные изменения претерпевают не только молочные жиры, но, более всего и прежде всего, белки, в результате чего образуются даже ядовитые вещества. Однако ныне все большее распространение приобретает так называемая уперизация (ультрапастеризация) молока, при которой его в течение примерно двух секунд нагревают до 135°-140° С. Молоко, прошедшее такую обработку, маркируется знаком "UHT" (Ultra High Temperature) или "Н". Разлив обеспечивает полную стерильность, и оно может неделями храниться даже при комнатной температуре. Конечно, это весьма практично, и потребители нередко попадаются на приманку и высоко ценят такое "долгоиграющее" молоко. При данном способе обработки содержащиеся в молоке минеральные вещества почти не терпят урона. Можно обнаружить даже витамины, хотя и в гораздо меньшем количестве. Но, дело в том, содержится ли в таком молоке жизнь. А уж изменения вкусовых качеств молока большинство людей с их притупившимся чувством вкуса просто не замечает. 

Таким образом, нагрев как способ обработки столь нежного продукта в высшей степени проблематичен. Возражение, что процесс уперизации продолжается всего лишь две секунды, ничего не меняет. Ведь если бы эту операцию проделали с кровью, она бы мгновенно свернулась и стала непригодной для жизни. Один известный специалист по питанию как-то метко сравнил "долгоиграющее" молоко с заколотым, застреленным, а потом повешенным трупом, но это сравнение еще более подходит к молоку сгущенному. Сгущенное молоко получают посредством частичного выпаривания влаги, затем его стерильным способом разливают в консервные банки и запаивают. Этот процесс является мощным вторжением в саму структуру молока, о чем свидетельствует резкое изменение вкуса, не исчезающее даже при добавлении соответствующего количества воды. Конечно, и такое "бывшее" молоко еще содержит остаток "жизни", но, как показывает вкус, претерпевает значительные изменения. Этим молоком можно насытиться, можно даже прибавить в весе, в нем еще содержится энергия, но не жизнь.

1.5 Стерилизация

В молочной промышленности молочное сырье стерилизуют по трем принципиальным схемам:

В зависимости от особенностей производства и фасования готового продукта молочное сырье стерилизуют периодическим и непрерывным способом. Стерилизацию периодическим способом проводят, помещая продукт в упаковке в автоклав и создавая в нём разряжение 0,08 МПа, что соответствует температуре 121 °C. При этой температуре продукт выдерживается 15-30 мин. Затем температуру снижают до 20 °C. На стерилизацию молоко поступает нормализованным, гомогенизированным, прошедшим предварительный нагрев. Стерилизация непрерывным способом в упаковке осуществляется в гидростатических башенных стерилизаторах. Фасованный в бутылки продукт подается в первую башню стерилизатора, где нагревается до (86±1)°С. Во второй башне продукт в бутылках нагревается до температуры 115—125 °C и выдерживается в зависимости от объёма бутылки 20-30 мин. В третьей башне стерилизатора бутылки охлаждаются до температуры (65±5)°С, в четвёртой — до (40±5)°С. Дальнейшее охлаждение идет в камере хранения продукта. Весь цикл обработки в башенном стерилизаторе составляет примерно 1 ч. Такое молоко хранится при температуре 1-20 °C не более 2 мес со времени выработки. Стерилизация молочного сырья после розлива в упаковку в горизонтальном ротационном стерилизаторе с клапанным затвором осуществляется при температуре 132—140 °C в течение 10-12 мин. Весь цикл обработки составляется 30-35 мин. Для более длительного хранения молока и молочных продуктов применяются ультравысокотемпературную обработку молочного сырья в потоке (УВТ-обработанное), проводимую при температурах 135—145 °C с выдержкой 2-4с с обязательным проведением технологического процесса после стерилизации и фасовки в асептических условиях. УВТ-обработка молока обеспечивает уничтожение в нём бактерий и их спор, инактивацию ферментов при минимальном изменении вкуса, цвета и пищевой консистенции. Требуемые для этого температура и продолжительность нагревания находятся в зависимости от количества и вида спорообразующей микрофлоры в исходном сырье. УВТ-обработку молочного сырья проводят в потоке с асептическим розливом проводят с использованием двух способов нагрева:

Прямой нагрев молочного сырья эффективен в случае необходимости моментального его нагрева до температуры стерилизации. Молоко мгновенно нагревается до температуры 140—145 °C и поступает в выдерживатель на 1-3с. Недостатки этого способа таковы: продукт вступает в непосредственное соприкосновение с нагревающей средой. Молочное сырье должно обладать высокой термоустойчивостью, а пар должен подвергаться особой очистке, чтобы не быть источником загрязнения стерилизованного молока. Кроме того после стерилизации паром молочное сырье имеет повышенную влажность из-за попадания в него конденсата. Конденсат удаляется из молока в вакуум-выпариватель, куда поступает стерилизованное молока. Конденсат, попавший в молоко в камере стерилизации, удаляется вместе с паром из молока при кипении. При косвенном способе нагрев молочного сырья осуществляется от нагревающей среды через теплопередающую поверхность в теплообменных установках. В молочной промышленности наиболее распространены трубчатые и пластинчатые теплообменные установки.

1.6 Замораживание

При замораживании происходят более заметные физико-химические и биохимические изменения, чем при охлаждении, причем их глубина зависит от скорости замораживания и температуры хранения замороженных продуктов. Изменения обусловлены процессами кристаллизации воды, перераспределением влаги между структурными образованиями компонентов молока, повышением концентрации растворенных в жидкой фазе веществ. Влага, содержащаяся в молоке, обусловливает консистенцию и структуру продукта, определяя его устойчивость при хранении. Связанная влага имеет отличные от свободной влаги свойства. Она замерзает при более низких температурах, обладает меньшей способностью растворения, меньшей теплоемкостью, повышенной плотностью. Количество связанной влаги помимо его физико-химических свойств определяется его дисперсностью. С увеличением дисперсности продукта увеличивается количество связанной влаги. При медленном замораживании (-10 °C) с образованием крупных кристаллов вне клеток изменяется первоначальное соотношение объёмов межклеточного и внутриклеточного пространства за счёт перераспределения влаги и фазового перехода воды. Быстрое замораживание (-22 °C) предотвращает значительное диффузионное перераспределение влаги и растворенных веществ и способствует образованию мелких, равномерно распределенных кристаллов льда. Наиболее мелкие кристаллы образуются в поверхностных слоях продукта. При замораживании воды образуются кристаллы различной формы, имеющие острые вершины и кромки, вследствие чего они могут отрицательно воздействовать на грубодисперсные составные части. Максимальное кристаллообразование происходит при температуре от -2 до -8 °C, поэтому, чтобы предотвратить образование крупных кристаллов льда при замораживании, необходимо обеспечить быстрое понижение температур в этом интервале. Кроме того, в этом интервале температур повышается содержание в невымороженной влаге растворенных веществ, увеличивается скорость некоторых реакций, высвобождаются ферменты и окисляются липиды. При медленном замораживании невымороженной остается около 4 % свободной и 3,5 % связанной влаги. В свободной влаге повышена концентрация белков, минеральных солей и лактозы. Это приводит к агрегации и дезагрегации казеиновых мицелл и потеря ими стабильности. Этому способствует кристаллизация лактозы при охлаждении и сильном перемешивании молока перед замораживанием. При медленном замораживании происходит частичная или полная денатурация белков. Такие изменения белков приводят к снижению способности свертываться под действием сычужного фермента. При медленном замораживании молочное сырье расслаивается. Замораживание сопровождается уменьшением количества и активности микроорганизмов без их полного уничтожения. Из-за изменения состояния белковолипидных комплексов и механического разрушения микробной клетки кристаллами льда возможны повреждения мембранных структур клетки. Наиболее высокая степень гибели микроорганизмов приходится при температурах -10…-12 °C. Хранение при таких температурах позволяет сохранить продукты без микробиологической порчи.

2 Добавки

2.1 Пищевые красители

Добавки с индексом (E-100 - E-199) придают продуктам питания цвет, восстанавливают цвет продукта утраченный при обработке. Могут быть естественными, как бета-каротин или химическими, как тартразин. Пищевые красители - группа природных или синтетических красителей, пригодных для окрашивания пищевых продуктов.

Синтетические красители -- водорастворимы. Натуральные же могут быть и водо-, и жирорастворимыми, что расширяет сферу их применения. Более того, многие природные красящие вещества являются диетологическими средствами.  В молочной промышленности традиционно используются красители всей цветовой палитры. 

Желтые, оранжевые. К ним относятся куркумин (турмерик), лютеин, экстракт аннатто, паприка. Куркумин (турмерик) (Е100) получают из корневища пряного растения куркумы Curcuma longa L. семейства имбирных, произрастающего в Индии. Краситель обладает антиоксидантными свойствами, оказывает положительное влияние на работу пищеварительного тракта, может быть представлен водорастворимыми и жирорастворимыми формами. 
Лютеин (Е161) получают экстрагированием из лепестков бархатцев Aztec Marigolds, эти цветы произрастают в Южной Америке. Краситель представляет собой вододисперсный экстракт, растворимый в жирах и масле. Он придает продукту различные оттенки желтого цвета от лимонного до золотистого. Лютеин менее чувствителен к окислению, чем другие красители каротиноидного типа, стабилен к нагреванию, светоустойчив. 
Экстракт аннатто (Е 160b). Аннатто получают из семян орлеанового дерева Bixa orellana. Его родиной является тропическая Америка. Это дерево издавна культивируют в тропических странах для получения семян оранжевой окраски, из которых добывают натуральный краситель оранжевого цвета. Аннатто имеет в своем составе смесь каротиноидов, главным из которых является биксин. Биксин - жирорастворимый, а его производное норбиксин - водорастворимый пигмент. Аннатто обладает