Охлаждение молока на фермах и предприятиях молочной промышленности принято рассматривать как меру воздействия на микрофлору и ферменты в целях сохранения его натуральных свойств при необходимости резервирования. Общеизвестны многочисленность источников обсеменения сырого молока микроорганизмами и угнетающее действие на их жизнедеятельность температур ниже 10°С.
Режимы охлаждения чаще всего выбирают в зависимости от предполагаемой продолжительности резервирования сырого молока, не учитывая при этом микробиологическую обсемененность его. Это обусловлено длительностью микробиологических анализов. В молоке обычно преобладают микроорганизмы, образующие молочную кислоту, поэтому при резервировании, не превышающем 12 ч, принято охлаждение до 4-8°С. Образование свободной молочной кислоты в результате жизнедеятельности, микроорганизмов уменьшает отрицательный заряд белковых частиц и нарушает баланс между солями кальция. Часть коллоидных солей кальция переходит в ионно-молекулярное состояние. Фосфаты кальция приобретают большую растворимость и степень диссоциации. Увеличивается количество ионизированного кальция, происходит агрегация частиц казеинаткальцийфосфатного комплекса, которые при нагревании легко коагулируют.
В производственных условиях при хранении сырого охлажденного молока от 0,5 до 8 ч для восстановления равновесного распределения жировых шариков в плазме при кислотности молока 16,5-18,5°Т достаточно 15-минутного перемешивания с помощью мешалки. При этом дисперсность казеина не изменяется из-за высокой тиксотропности его структуры. Перемешивание молока возможно сжатым воздухом. Аэрация молока повышает его редоксипотенциал, тормозит размножение бактерий и образование свободной молочной кислоты, поэтому ему отдается предпочтение.
В последние годы применяют резервирование на 2-3 сут сырого молока, охлажденного до 5-0°С. В таком молоке замедляется жизнедеятельность термостойких микроорганизмов и энтерококков.
Через 1,5 суток и даже к исходу третьих суток хранения титруемая кислотность молока практически не изменяется, однако отмечается частичное разрушение витаминов, нарушение исходного физико-химического равновесия отдельных компонентов и, главное, интенсивное развитие психротрофных микроорганизмов, обладающих высокой липолитической и протеолитической активностью.
Кроме того, из мицеллы белка частично выделяется фосфор, кальций и растворимый β-казеин, накапливаются свободные жирные кислоты, частично гидролизуется белок, нарушаются мембраны жировых шариков, мицеллы казеина приобретают мягкое желеобразное состояние.
При длительном хранении в охлажденном сыром молоке изменяется содержание аминного азота, увеличивается вязкость в результате образования межмолекулярных мостиков, снижается термостойкость и, как следствие, через 24 ч оно становится непригодным для производства сгущенного стерилизованного молока.
В охлажденном молоке, которое хранится длительное время, появляются посторонние, неприятные и не свойственные свежему молоку привкусы (салистость, прогорклость и пр.). Эти пороки являются следствием накопления свободных жирных кислот в результате жизнедеятельности психротрофных микроорганизмов и общей активизации ферментативных процессов.
Психротрофные микроорганизмы непатогенны, но при обильном росте они снижают качество и санитарную безопасность молока. Ферменты, которые образуются психротрофными микроорганизмами, характеризуются высокой термостойкостью. Так, протеолитические ферменты, продуцируемые Pseudomonas fluorescens, выделенными из охлажденного молока, при нагревании до 140°С в течение 18 с или до 150°С в течение 8 с инактивируются только на 50%.
Из ферментов, присутствующих в долго хранимом сыром молоке, липаза наиболее заметно изменяет его свойства.
Из трех видов липазы - мембранная, плазменная и бактериальная - первая образуется в молоке как продукт деятельности молочной железы и в незначительных количествах всегда присутствует в нем, заметно активизируясь при 3-5°С. Плазменная липаза, составляющая 90% всей липазы, остается в плазме, активизируется в процессе механического доения, перемешивания, взбивания с образованием пены, охлаждения и гомогенизации.
Бактериальная липаза накапливается в молоке как продукт жизнедеятельности микроорганизмов и обладает большой активностью. На выяснение роли бактериальной липазы в образовании пороков липолитического характера в готовых продуктах обращается особое внимание.
Липаза вызывает гидролитический распад молочного жира на глицерин и смесь жирных кислот. Липолиз как показатель активизации липазы сопровождается накоплением низкомолекулярных жирных кислот, моно- и диглицеридов, придающих молоку неприятные вкус и запах.
В стаде от 3 до 35% коров могут давать молоко, предрасположенное к липолизу. В таком молоке присутствуют липазуактивирующие вещества, которые не найдены в нормальном молоке.
Пастбищное содержание коров сокращает, случаи липолиза, тогда как включение в рационы сена, люцерны, свеклы и зерна число их увеличивает. Медленное доение активизирует липолиз, аналогично действуют турбулентное движение молока по молокопроводам, смешивание молока охлажденного с неохлажденным и гомогенизация.
Тепловая обработка молока в последовательности охлаждение до 5°С, нагревание до 25-35°С, охлаждение и хранение в охлажденном состоянии в наибольшей степени активизирует липолиз в результате неизбежного изменения структуры мембран жировых шариков.
Установлено, что в молоке коров, больных маститом, липаза менее активна, но в нем много свободных жирных кислот. Сделано предположение, что в молоке присутствует также пероксидазная система, окисляющая жиры. Фермент ксантиноксидаза, который при окислении субстратов образует перекисные соединения липидов молока посредством механизма сопряженного окисления, может вызвать окисленный привкус.
Нежелательные изменения свойств сырого молока в результате липолиза принято оценивать по содержанию свободных жирных кислот (в пересчете на свободную масляную кислоту).
В свежевыдоенном молоке содержится 3,5-17,4 мг % свободных жирных кислот (СЖК). При перемешивании и аэрации молока количество СЖК может увеличиться до 55 мг%.
В жире молока концентрируется до 95 % СЖК, около 5 % - в обезжиренном молоке. Делались попытки установить взаимосвязь между вкусовыми ощущениями при опробовании молока и массовой долей СЖК. Оказалось, что пороки молока липолитического характера хорошо проявляются, если свободных жирных кислот содержится более 30-35 мг% (r = 0,644). Содержание липазы не всегда коррелирует со степенью липолиза.
Молоко, используемое для консервирования, обязательно должно проверяться на липолиз. Из рекомендуемых методов для этой цели пригоден как наиболее простой и доступный сталагмометрический с использованием трибутирина в качестве субстрата.
Определение степени липолиза возможно и по методу АДУ в градусах кислотности (нормальным считается молоко при кислотности не более 1,5°, высокой липолитической активности соответствует кислотность 4-5°).
Представляет интерес сообщение, что при обработке молока йодом деятельность липазы подавляется на 40-70%. В рекомендуемых дозах такая обработка молока нетоксична и может быть диетическим источником йода для людей.
Таким образом, охлаждение сырого молока до температур, близких к 0°С, как прием обработки, не изменяющий исходного качества его при резервировании, оправдывает себя только в случаях кратковременного хранения молока, не превышающего 12 ч.
При длительном (до 3 сут) резервировании охлажденного до низких температур сырого молока активизируются психротрофные микроорганизмы, из-за липолиза исходное качество молока резко ухудшается, поэтому длительное хранение молока в сыром виде оказывается затруднительным без предварительного воздействия на его психротрофную микрофлору.
Предварительная термизация, или тепловая обработка молока, предшествующая его охлаждению в целях длительного резервирования, подавляет жизнедеятельность психротрофной микрофлоры и инактивирует липазу. Подогрев молока до 60-63°С в течение 15 с (критической для разрушения липазы считается температура 55-60°С) и последующее охлаждение до 4-6°С обеспечивают сохранение исходных свойств молока длительное время. Кроме этого, сообщается о возможности использования фермента лактопероксидазы, подавляющего жизнедеятельность психротрофных микроорганизмов, однако эффективность такой обработки при длительном хранении сырого молока при низких температурах оценки пока еще не получила. Изменение последовательности приемов обработки сырого молока, когда охлаждению до 6-8°С предшествует пастеризация, не вызывает ухудшения исходного качества молока при хранении. Через 48 ч титруемая кислотность, вязкость, рН оставались на исходном уровне, тепловая стойкость не изменялась в течение 24 ч и более. Это обусловлено повышением дисперсности частиц казеинаткальцийфосфатного комплекса при пастеризации, предшествующей охлаждению, и воздействием ее на микрофлору и прежде всего психротрофную, а также на ферменты. При хранении охлажденного пастеризованного молока при температуре 3-5°С от 2 до 86 ч не происходит существенных изменений титруемой кислотности, рН, теплостойкости и вязкости.
При хранении охлажденного сырого или пастеризованного молока до переработки без перемешивания равновесие в распределении жировых шариков в плазме изменяется, образуется визуально наблюдаемый слой сливок. Перемешиванием молока (10-15 мин) нарушенное равновесие легко восстанавливается, поскольку эмульсия при отстаивании жировых шариков не нарушается и расслоение рассматривается как кажущееся.
Следовательно, при неизбежности резервирования молока пригодность его к консервированию достигается охлаждением сырого или предварительно нагретого молока. Так, чем меньше продолжительность резервирования молока, тем меньше изменяются его исходные физико-химические свойства и биологическая ценность. В связи с этим показатель продолжительности хранения молока до начала обработки его на молочноконсервном предприятии, очевидно, должен занять соответствующее место в общей оценке пригодности молока для целей консервирования.
Для охлаждения или нагревания молока используют кожухотрубные или пластинчатые нагреватели (пастеризаторы).
В кожухотрубных нагревателях, применяемых для нагревания молока, греющими веществами являются водяной пар или вода; внутренние диаметры трубок составляют 25-40 мм, толщина стенок 1-2 мм, длина - от 1 до 12 м.
Оптимальное отношение длины трубок к их диаметру обычно больше 40. Расположение трубок в трубной решетке шахматное или коридорное, положение аппарата вертикальное или горизонтальное.
Пластинчатые теплообменники обычно применяют как многосекционные аппараты, позволяющие значительно экономить теплоту с помощью рекуперативных секций, обеспечивать несколько температурных режимов теплообмена.
От скорости охлаждения зависит интенсивность развития микроорганизмов в молоке: быстрое охлаждение задерживает размножение микроорганизмов в большей степени, чем медленное.