Производство кисломолочных напитков

Кисломолочные напитки должны иметь чистый кисломолочный вкус и запах, без посторонних привкусов и запахов, со специфическими особенностями в зависимости от вида вырабатываемого продукта и требований документации: с выраженным привкусом пастеризации — для ряженки и варенца; слегка острым, дрожжевым привкусом — для кефира; привкусом внесенного наполнителя — для молочных составных продуктов; в меру сладкий — при выработке продукта с сахаром или подсластителем; с соответствующим вкусом и ароматом внесенного компонента — при выработке с вкусоароматическими пищевыми добавками и вкусовыми ароматизаторами. Консистенция должна быть однородной, с нарушенным или ненарушенным сгустком в зависимости от способа производства (резервуарного или термостатного); для простокваши характерна плотная консистенция без газообразования, для кефира допускается газообразование, вызванное действием микрофлоры кефирных грибков, для продуктов с наполнителями допускается наличие мелких частиц плодов и ягод. Продукты, выработанные с применением стабилизаторов, могут иметь желеобразную или кремообразную консистенцию.

Цвет жидких кисломолочных продуктов — молочно-белый, равномерный по всей массе — для кефира и простокваши; светло-кремовый, равномерный по всей массе — для ряженки; с цветом внесенного наполнителя — при выработке продуктов с вкусоароматическими пищевыми добавками и пищевыми красителями.

В готовом продукте нормируются массовая доля жира, которая может изменяться от 0,5% до 8,9%, а в обезжиренном продукте должна быть менее 0,5%; массовая доля белка (должна быть не менее 2,8%); титруемая кислотность: от 85 до 130°Т — для кефира и простокваши; от 70 до 110°Т — для ряженки, от 75 до 140°Т — для йогурта. Температура продукта при выпуске с предприятия должна составлять (4±2)°С. Фосфатаза должна отсутствовать.

Микробиологические показатели жидких кисломолочных продуктов, а также термически обработанных сквашенных продуктов должны соответствовать нормам, приведенным в табл. 1.

Содержание токсичных элементов, антибиотиков, пестицидов и радионуклидов в продуктах в соответствии с ФЗ №88 не должно превышать допустимых уровней.

Таблица 1

Микробиологические показатели жидких кисломолочных продуктов

*кроме напитков, изготавливаемых с использованием заквасок, содержащих дрожжи

В зависимости от способа организации процесса сквашивания смеси различают резервуарный и термостатный способы производства кисломолочных напитков.

При резервуарном способе заквашивание, сквашивание молока, образование и формирование молочно-белкового сгустка происходит в одной и той же емкости. Затем сгусток с помощью насосов или самотеком подают на фасовку. При этом сгусток подвергается механическому воздействию, нарушается его структура, он становится более жидким. Однако при резервуарном способе производства улучшается использование производственных площадей, по сравнению с термостатным, в 1,5 раза увеличивается количество продукции, получаемой с 1 м² производственной площади, в большей степени гарантируется однородность качества продукта по единицам упаковки, он получается более однородным по консистенции.

При производстве кисломолочных напитков термостатным способом заквашенную смесь перемешивают и расфасовывают в потребительскую тару. Расфасованный продукт подвергают сквашиванию в термостатной камере. Охлаждение (при необходимости и созревание) продукта происходит в холодильной камере. При таком способе сквашивания структура сгустка не нарушается, а сам сгусток имеет более вязкую консистенцию.

В настоящее время в промышленности наибольшее распространение получил резервуарный способ, как самый экономичный, однако на производстве часто сталкиваются с такими пороками кисломолочных напитков, как «излишне жидкая консистенция», «отделение сыворотки».

Основными факторами, оказывающими наибольшее влияние на качество и срок годности этих продуктов, являются:

• состав исходного сырья;

• состав нормализованной смеси;

• режимы гомогенизации и тепловой обработки;

• качество закваски, продолжительность сквашивания;

• способ и продолжительность охлаждения сгустка;

• уровень механического воздействия на сгусток, конструкция технологической линии, фасовочного оборудования;

• квалификация персонала, качество мойки и дезинфекции, санитарные условия производства.

Рассмотрим общую технологическую схему производства кисломолочных напитков резервуарным способом.

Приемка сырья. Выработать высококачественные кисломолочные напитки трудно без подбора молока-сырья, цель которого — максимальное снижение числа таких факторов риска, как низкое содержание белка, пониженная термоустойчивость, наличие ингибиторов роста заквасочных культур, фальсификация молока.

Наилучшее качество кисломолочных напитков достигается при использовании молока-сырья с общим микробным числом (КМАФАнМ) не более 500 тыс. КОЕ/мл. Молоко с повышенной бактериальной обсемененностью обладает пониженной термоустойчивостью и может содержать большое количество термостойких (до 50 %), спорообразующих (максимальное содержание в июле, сентябре, ноябре) психротрофных бактерий (доля от общего микробного числа может составлять от 9 до 60 %, максимум — в январе). Развитие этих микроорганизмов вызывает глубокие изменения белковых и жировых компонентов молока, что приводит к образованию слабого сгустка, появлению постороннего привкуса в готовом продукте, другим порокам. Если сами бактерии в основном инактивируются при общепринятых режимах термообработки, то их ферменты и споры термоустойчивы и для их инактивации требуются более высокая температура (до 150 °C) и длительная выдержка.

Количество соматических клеток в молоке должно быть не более 500 тыс. в 1 мл. При содержании их более 1 млн в 1 мл происходит полное подавление закваски, более 250 тыс. в 1 мл вызывает ухудшение органолептических показателей продукта. При этом в микроскопическом препарате продукта могут наблюдаться уменьшение или увеличение размера клеток и более длинные их цепочки.

Точка замерзания молока не должна быть выше минус 0,52°С. Среднее ее значение составляет минус 0,54 °С, молозиво имеет точку замерзания минус 0,57 – минус 0,58 °С, фальсифицированное молоко — минус 0,48 °С, добавление 5 % воды повышает этот показатель примерно на 0,02 °С.

Плотность молока должна быть не менее 1027 кг/м³, при выработке кефира – не менее 1028 кг/м³, титруемая кислотность – не более 19 °Т. Массовая доля белка в молоке, направляемом на выработку кисломолочных напитков, должна составлять 3 % и более.

Термостойкость молока-сырья, направляемого на выработку кисломолочных напитков, не должна быть ниже III группы по алкогольной пробе.

Молоко, направляемое на выработку кисломолочных напитков, не должно содержать ингибирующих веществ.

Основными ингибиторами, не разрушающимися при тепловой обработке молока, являются:

• антибиотики. Тепловая обработка может уменьшить активность лишь некоторых антибиотиков (пенициллина, тетрамицина) и то только частично или совсем незначительно. На стрептомицин и хлорамфеникол, например, она не влияет. Смешанные культуры термофильного стрептококка и болгарской палочки чувствительны к содержанию более 0,01 ME пенициллина, 1 ME стрептомицина (согласно ФЗ №88 в молоке содержание пенициллина не должно превышать 0,01 ME, стрептомицина – 0,5 ME);

• остаточное содержание пестицидов, моющих и дезинфицирующих средств;

• радиоактивные вещества. Содержание I¹³¹ 6–12 кБк/кг вызывает уменьшение количества молочнокислых микроорганизмов;

• кадмий. Подавление роста термофильных стрептококков наблюдается при содержании кадмия выше 5 мкг/л (согласно ФЗ №88 содержание кадмия не должно быть более 0,03 мг/л);

• жирные кислоты (1000 мг/л оказывают ингибирующее действие);

• бактериофаги (вирусы);

• маститное молоко;

• некоторые виды кормов (заплесневевший силос и т.п.), рацион коров и др.

При подборе сухого молока следует исключить вероятность его использования с низкими микробиологическими показателями, фальсифицированного сухой сывороткой, полученного из раскисленного сырья или подвергнутого высокотемпературной сушке. После восстановления оно должно выдерживать пробу на термоустойчивость не ниже III класса (проба с 72 %-ным спиртом), индекс растворимости не должен быть более 0,2 см³ сырого осадка, кислотность – от 18 до 20 °Т (рН 6,6−6,7).

Нормализация молока. При производстве кисломолочных напитков нормализацию молока проводят по массовой доле жира и белка с таким расчетом, чтобы массовые доли жира и белка в готовом продукте были не менее предусмотренных стандартом.

Требуемую массовую долю жира в нормализованном молоке (Ж_н.м) устанавливают с учетом количества вносимой закваски и массовой доли жира в ней, а также количества наполнителя (в случае его использования):

Ж_н.м = (100 · Ж_пр – К₃ · Ж₃) / (100 – К_з − К_н),

где К₃  — массовая доля закваски, %;

К_н — массовая доля наполнителя, %;

Ж_н.м, Ж_пр, Ж₃ — массовая доля жира в нормализованном молоке, продукте, закваске, соответственно, %.

Уровень белка (или содержание сухого обезжиренного молочного остатка — СОМО) в молоке оказывает существенное влияние на консистенцию любого кисломолочного напитка, особенно для нежирного и маложирного продукта, поскольку это практически основной фактор, определяющий качество структуры кисломолочного геля и ее стабильность. Количество добавляемого сухого или сгущенного молока для повышения сухих веществ в нормализованной смеси обусловливается влиянием на вкусовые достоинства продукта, его однородность, а также экономической целесообразностью. Установлено, что во избежание дефектов вкуса нормализацию смеси предпочтительнее проводить до содержания СОМО 11–12%.

Сахар обычно вносится с остальными ингредиентами при температуре около 40 °С. Он может быть внесен в виде сахарного сиропа 65–67 %-ной концентрации, но при этом молоко нормализуют с учетом дополнительно вносимой воды (35–33 %).

Очистка и гомогенизация нормализованной смеси. Нормализованное молоко, подогретое до температуры (43±2) °С, очищают на центробежных молокоочистителях.

Очищенное молоко гомогенизируют. Гомогенизация оказывает существенное влияние на консистенцию продукта посредством диспергирования жировых шариков и последующего включения их в структуру кисломолочного геля: увеличивается прочность геля, уменьшается синерезис из-за повышения гидрофильности и способности связывать воду благодаря взаимодействию казеина и мембран жировых шариков и взаимодействию белок-белок. При этом термостабильность белков уменьшается вследствие изменений в их взаимодействии из-за сдвига солевого баланса и некоторой денатурации белков. Причем чем больше массовая доля сухих веществ или жира в нормализованной смеси, тем большее влияние гомогенизация оказывает на термостабильность. Поэтому необходимо учитывать кислотность гомогенизируемой смеси и ее состав. При рН ниже 6,6–6,55 (кислотность – более 20 °Т) свойства продукта из гомогенизированного сырья ухудшаются.

Обычно молочную основу для кисломолочных напитков рекомендуется гомогенизировать одноступенчато при температуре 65–70 °Т и давлении (15±2,5) МПа (при этом достигается средний диаметр жировых шариков от 1,38 до 0,69 мкм).

Режимы гомогенизации рекомендуется выбирать также в зависимости от содержания в смеси сухих веществ молока. Для смеси с содержанием 9,5–12 % сухих веществ (СОМО 8,0 %) рекомендуется давление свыше 15 МПа при 55–85 °С, при содержании сухих веществ 12 % и более (СОМО 9–11 %) — менее 15 МПа при 55–65 °С.

Пастеризация и охлаждение нормализованной смеси. Обычно пастеризацию смеси проводят после гомогенизации. Технологическими инструкциями по производству диетических кисломолочных напитков (за исключением варенца и ряженки) рекомендованы следующие режимы тепловой обработки нормализованного молока: 85–87 °С с выдержкой 10–15 мин или 90–92 °С с выдержкой 2–8 мин.

В результате процесса пастеризации происходит:

• разрушение всех вегетативных клеток, кроме спор, большей части ферментов, кроме некоторых термоустойчивых бактериальных протеиназ и липаз, лактопероксидазной системы;

• взаимодействие α- и β-глобулинов, β-глобулина и æ-казеина на поверхности казеиновых мицелл и в мембранах жировых шариков и вследствие этого увеличение гидрофильности мицелл казеина и их размера, а также количества белка, связанного с жиром. Последнее приводит к уменьшению отстоя жира, увеличению прочности и стабильности геля, снижению синерезиса;

• перераспределение кальция, фосфора, магния между водной и коллоидными формами, удаление части растворенного кислорода, азота и углекислого газа, что приводит к снижению рН, окислительно-восстановительного потенциала. За счет образования SH-групп появляются антиоксидантные свойства (максимум наблюдается при 90 °С с выдержкой 10 мин), изменяются органолептические показатели, повышается устойчивость жира к окислению.

После выдержки при температуре пастеризации смесь охлаждают до температуры заквашивания, обусловленной видом применяемой закваски.

Заквашивание и сквашивание смеси. Заквашивают и сквашивают нормализованную смесь в резервуарах для кисломолочных напитков с охлаждаемой рубашкой, снабженных специальными мешалками, обеспечивающими равномерное и тщательное перемешивание молока с закваской и молочного сгустка.

Во избежание вспенивания, влияющего на отделение сыворотки при хранении продукта, смесь в резервуар подают через нижний штуцер.

В настоящее время промышленность вырабатывает широкий ассортимент диетических кисломолочных продуктов, которые можно классифицировать по видам применяемых заквасок. Различные комбинации лактококков, молочнокислых термофильных стрептококков и палочек, бифидобактерий, дрожжей создают микробиологическую основу технологии всего разнообразия диетических кисломолочных продуктов.

Закваску пересадочную или производственную вносят в потоке с использованием насоса-дозатора одновременно с нормализованной смесью, или спустя некоторое время от начала наполнения резервуара смесью или после наполнения резервуара, в количестве 1-3 % или 3-5 % соответственно. Кроме того, могут использоваться закваски прямого внесения.

Смесь сквашивают до образования достаточно прочного молочно-белкового сгустка и достижения необходимой кислотности. Температура и продолжительность сквашивания, а также титруемая кислотность в конце сквашивания определяются составом бактериальной закваски (см. таблицу 2).

Основным биохимическим процессом, протекающим при приготовлении кисломолочных продуктов типа простокваши, йогурта является молочнокислое брожение, а в кисломолочных продуктах типа кефира и кумыса — смешанное молочнокислое и спиртовое брожение.

Таблица 2

Технологические параметры производства кисломолочных напитков

При молочнокислом брожении на молочный сахар воздействует фермент лактаза (β-галактозидаза), выделяемый молочнокислыми бактериями. На первой стадии брожения молекула лактозы расщепляется на две молекулы моносахаридов — глюкозу и галактозу. Дальнейшим изменениям подвергается глюкоза, галактоза же переходит в нее и таким образом подвергается брожению.

В результате ферментативных превращений из глюкозы вначале образуется пировиноградная кислота, которая под воздействием фермента кодегидразы затем восстанавливается до молочной кислоты.

В результате побочных процессов, протекающих одновременно с молочнокислым брожением, из лактозы образуются некоторые летучие кислоты, углекислый газ и др. Под действием ароматообразующих бактерий молочный сахар разлагается, образуя диацетил, придающий продукту специфический запах.

При смешанном брожении на лактозу воздействуют ферменты молочнокислых бактерий и молочных дрожжей. Молочный сахар вначале также расщепляется на глюкозу и галактозу, из которых образуется пировиноградная кислота. Под действием ферментов молочнокислых бактерий часть пировиноградной кислоты восстанавливается до молочной кислоты, а другая под действием фермента карбоксилазы, содержащегося в клетках молочных дрожжей, расщепляется на уксусный альдегид и углекислый газ. Уксусный альдегид, в свою очередь, восстанавливается в этиловый спирт.

Под действием образующейся в процессе молочнокислого и смешанного брожения молочной кислоты и падении рН до 5,7–5,8 наблюдается постепенная нейтрализация отрицательно заряженных групп казеина (карбоксильных и гидроксид- ионов фосфорной кислоты), а также удаление из состава казеиновых мицелл коллоидного фосфата кальция. Этот процесс сопровождается дезинтеграцией частиц и распадом на субмицеллы.

При рН 4,6–4,7 казеин переходит в изоэлектрическое состояние, характеризующееся равенством положительных и отрицательных зарядов. Наступает полное разрушение мицеллярной структуры казеина, снижение степени его гидратации и агрегирование гидрофобных частиц. Далее процесс агрегирование частиц преобладает и наступает процесс структурообразования с формированием единой пространственной сетки молочного сгустка (геля), в петли которого захватывается дисперсионная среда с шариками жира и другими составными частями молока.

Для улучшения микробиологических показателей готового продукта и повышения сроков его годности процесс сквашивания проводят в асептических, резервуарах с избыточным давлением стерильного воздуха (0,005–0,01 МПа). Последующее смешивание с наполнителем, охлаждение и розлив в этом случае также осуществляются в асептических условиях.

Перемешивание и охлаждение сгустка. По окончании сквашивания включают подачу ледяной воды с температурой (2±2)°С в межстенное пространство резервуара для частичного охлаждения сгустка до температуры 25−35°С. Через период времени от 60 до 90 мин после подачи воды включают в работу мешалку. Сгусток перемешивают от 10 до 30 мин в зависимости от конструкции мешалки и вязкости сгустка. Перемешивание должно обеспечить однородную консистенцию молочного сгустка. При хранении продукта с неоднородной, комковатой консистенцией может отделиться сыворотка.

Дальнейшее перемешивание при необходимости ведут периодически, включая мешалку на 5-15 мин.

Внесение наполнителей. В настоящее время широко производят кисломолочные продукты с фруктовыми наполнителями. Установлено, что в качестве фруктовых наполнителей для кисломолочных продуктов можно использовать:

• пастеризованные и стерилизованные фрукты с сахаром;

• натуральные и плоды и ягоды в замороженном виде, а также засахаренные;

• цукаты;

• желеобразную массу с кусочками плодов;

• фруктовые сиропы и др.

Содержание сахара в наполнителях должно составлять вместе с фруктозой до 64 %. Это необходимо для получения готового продукта с однородной (без крупинок белка) консистенцией. При использовании фруктовых наполнителей с пониженным содержанием сахара и повышенной кислотностью (рН ниже 3,2) возможно дополнительное свертывание белка в сквашенном продукте за счет подкисления. Желательно, чтобы кислотность фруктового наполнителя была равна кислотности продукта или немного превышала ее, так как в противном случае могут наблюдаться уменьшение стабильности и выделение сыворотки. Нужно учитывать, что некоторые фруктовые наполнители содержат танины (например, сок грейпфрута), которые реагируют с молочными белками и образуют осадок.

С целью получения готового продукта с плотной консистенцией и равномерным распределением фруктового наполнителя по всему объему молочного продукта рекомендуется использовать стабилизаторы консистенции или белковые обогатители (желатин, модифицированный крахмал, пектин, сухое обезжиренное молоко и др.), вводя их в смесь на стадии ее нормализации. В этом случае фруктовый наполнитель не осаждается на дно резервуара или потребительской тары.

При производстве кисломолочных продуктов с фруктовыми наполнителями важным является выбор способа внесения наполнителя в продукт. Наиболее приемлемый способ — добавление их в сквашенный продукт перед расфасовкой. При внесении наполнителей перед сквашиванием может быть нарушен микробиологический процесс сквашивания молока. Кроме того, в процессе сквашивания может резко измениться цвет наполнителя или исчезнуть вовсе. Фруктовые наполнители вносят в резервуар с частично охлажденным молочно-белковым сгустком, в потоке с использованием смесительного устройства или с помощью дозатора в расфасовочной машине непосредственно в упаковку с продуктом.

Фруктовые наполнители, вносимые в резервуар, не должны быть слишком вязкими, поскольку это затрудняет их смешивание со сгустком, а излишне длительное перемешивание ведет к отделению сыворотки и уменьшению вязкости продукта.

Для смешивания фруктовых наполнителей и молочно-белкового сгустка используют смесительные устройства, состоящие из дозаторов для наполнителя и сгустка и смесительной камеры. Смесители встраивают в трубопровод технологической линии. Они имеют различную конструкцию, например трубу с приваренными внутри винтовыми лопастями или с вращающимся центральным винтовым поплавком. Фруктовые наполнители дозируются из резервуара в поток сквашенного продукта.

Равномерное распределение наполнителя в сгустке обеспечивается движением лопатками смесителя. Перед автоматической мойкой такие смесители рекомендуется разбирать и ополаскивать. При небольших объемах производства могут быть использованы передвижные дозаторы со стационарным смесителем. При больших объемах сгусток и фруктовый наполнитель подаются через общую трубу в смесительную камеру с мешалкой, далее гомогенная смесь поступает в фасовочный автомат. Такие устройства могут быть асептическими. После внесения наполнителя продукт доохлаждают. Заключительный этап охлаждения продукта с густой консистенцией желательно проводить в холодильной камере. Во время медленного охлаждения до (4±2) °С формируется конечная структура и значительно возрастает вязкость продукта.

Продукт «питьевого» типа можно охлаждать в потоке с использованием пластинчатых и трубчатых теплообменников. Пластинчатый теплообменник в этом случае должен иметь больший зазор между пластинами (до 6 мм). Наименьшие потери вязкости продукта наблюдаются в трубчатом охладителе.

При перекачивании разрушение сгустка должно быть минимальным, т.е. необходимо избегать длинных узких трубопроводов с большим количеством задвижек, что может приводить к значительным перепадам давления и кавитации. Следует использовать специальные насосы объемного типа с предохранительными клапанами, расположенные как можно ближе к резервуару. После насоса не должно быть закрытых задвижек. Диаметр труб должен быть как можно больше.

Для кисломолочного напитка с кусочками фруктов используют объемные роторные насосы кулачкового, лопастного или винтового типа с гибким колесом или пневматические диафрагменные (мембранные) насосы, что позволяет сохранить целостность кусочков фруктов. Минимальное снижение вязкости продукта (до 12%) при перекачивании имеет место, когда скорость насоса поддерживается на уровне 100 об./мин. При необходимости увеличения производительности рекомендуется выбирать насос с большим объемом перекачивания за один такт, а не увеличивать скорость. В то же время при безразборной мойке оборудования необходима высокая скорость потока, и поэтому насосы должны иметь переменную скорость.

Розлив, холодильное хранение продукта. Частично подохлажденный сгусток подают на розлив. Для увеличения сроков годности продукты фасуют в герметичную упаковку в модифицированной среде (в присутствии СО₂, N₂), в асептических условиях в стерильной зоне в стерильную тару.

Вязкость готового продукта зависит от температуры розлива. Максимальные ее потери в готовом продукте происходили в случае розлива при 10–20 °С, минимальные — при температуре, находящейся в интервале от температуры сквашивания до 25 °С.

На розлив продукт следует подавать одним следующих способов: самотеком, с помощью насосов объемного действия, с помощью сжатого воздуха.

При соблюдении рассмотренных условий производства кисломолочных напитков при холодильном хранении наблюдается улучшение их структурно-механических свойств.

По достижении продуктом температуры (4±2) °С технологический процесс считается законченным и продукт готов к реализации.

Конкретные сроки годности кисломолочных напитков устанавливает изготовитель (согласно СанПиН 2.3.2.1324−03 срок годности кисломолочных напитков при температуре (4±2)°С составляет 72 ч).

Технологический процесс производства кисломолочных напитков термостатным способом состоит из тех же технологических операций, что и при производстве резервуарным способом, осуществляемых в такой последовательности: подготовка сырья, нормализация, очистка, гомогенизация, пастеризация, охлаждение до температуры заквашивания, заквашивание, фасование, сквашивание в термостатных камерах, охлаждение сгустка, созревание сгустка (кефир, кумыс).

Приемку и подготовку сырья, нормализацию, очистку, гомогенизацию, пастеризацию, охлаждение до температуры заквашивания, заквашивание выполняют так же, как и при резервуарном способе производства. После заквашивания смесь фасуют в потребительскую тару. Розлив одного резервуара заквашенной смеси должен быть закончен в течение 45−60 мин (смеси, предназначенной для производства кефира — 2 часа) во избежание образования хлопьев свернувшегося белка. Тару с заквашенной смесью немедленно направляют в термостатную камеру для сквашивания, где поддерживается температура, благоприятная для развития микрофлоры закваски. Об окончании сквашивания судят по кислотности и плотности сгустка. По окончании сквашивания продукт направляют в холодильную камеру для охлаждения, а кефир — и для созревания.