СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ФЕРМЕНТИРОВАННОГО МОЛОКА
FERMENTED MILK PRODUCTION METHOD

Настоящее изобретение относится к способу получения ферментированного молока, а именно перемешанного или питьевого ферментированного молока или свежего сыра, включающему стадию гомогенизации после ферментации в резервуаре для создания гомогенной и однородной текстуры.
Перемешанное ферментированное молоко выдерживают в резервуаре, а полученный сгусток разбивают перемешиванием перед охлаждением и расфасовкой. Текстура продукта подобна текстуре густых сливок и неплотная по сравнению с плотной желеобразной структурой йогурта, который выдерживали и охлаждали упакованным. Питьевое ферментированное молоко очень похоже на перемешанное ферментированное молоко, но имеет гораздо более низкую вязкость.
Операция перемешивания после ферментации является ключевым процессом при получении перемешанного или питьевого ферментированного молока, такого как перемешанный йогурт или питьевой йогурт. Этот типичный процесс, как правило, проводят с использованием фильтров или клапанов. Более предпочтительно, данное изобретение также относится к ферментированному молоку, подвергшемуся перед ферментацией гомогенизации высокого давления.
Первое известное решение, относящееся к операции перемешивания после ферментации, заключается в непрерывном перемешивании ферментированной массы в резервуаре во время подачи в охладитель. Однако обычное перемешивание в резервуаре ведет к значительной потере вязкости.
Второе решение, а именно использование неподвижного фильтра, является лучшей альтернативой для гомогенизации продукта, но появление новых ингредиентов, изменение текстуры, сложность использования существующих линий для перемешивания множества различных продуктов и задаваемые варианты вязкости требуют новых чувствительных систем для этой операции.
С другой стороны, получение перемешанного йогурта с использованием неподвижного фильтра невозможно без замены фильтра в процессе производства, поскольку он забивается.
Для полной очистки требуется ручная очистка фильтра, проведение которой связано с риском загрязнения продукта. Также подразумевается, что процесс получения приходится прерывать для проведения операции очистки.
Настоящее изобретение относится к способу получения перемешанного или питьевого ферментированного молока или свежего сыра, включающему стадию гомогенизации после ферментации, причем указанный стадию гомогенизации проводят с использованием роторно-статорного гомогенизатора, включающего ротор кольцевой формы и статор кольцевой формы, каждое кольцо ротора и статора снабжено радиальными пазами с заданной шириной, включая регулирование скорости вращения ротора для регулирования периферической скорости. Головка статора может иметь три кольца, и головка ротора может иметь три кольца.
Радиальный зазор между кольцами статора и ротора может составлять от 0,5 мм до 2 мм.
Ширина паза может составлять от 0,3 мм до 2 мм, более предпочтительно от 0,5 мм до 1,8 мм.
Ротор работает таким образом, что периферическая скорость перемешанного ферментированного молока не превышает 16 м/с, более предпочтительно от 3,5 м/с до 16 м/с или от 5,5 м/с до 11,4 м/с (в зависимости от линейной скорости потока и модели устройства).
Для перемешанного ферментированного молока (например, перемешанный йогурт) или свежего сыра с заданной вязкостью от 300 мПа·с до 3700 мПа·с периферическая скорость составляет от 3,5 м/с до 16 м/с.
При скорости потока от 150 л/час до 20000 л/час периферическая скорость предпочтительно составляет от 3,8 м/с до 15,7 м/с.
При скорости потока от 20000 л/час до 60000 л/час периферическая скорость предпочтительно составляет от 5,5 м/с до 11,4 м/с.
Для питьевого ферментированного молока (например, питьевого йогурта) с заданной вязкостью от 30 мПа·с до 300 мПа·с периферическая скорость составляет от 22 м/с до 30 м/с при скорости потока от 150 л/час до 20000 л/час, и предпочтительно от 25 до 30 м/с при скорости потока от 20000 л/час до 60000 л/час. При такой низкой вязкости на таких скоростях не создается высокой скорости сдвига продукта, в результате чего минимизируется потеря вязкости.
Ферментированное молоко может представлять собой обезжиренное молоко, и способ включает регулирование периферической скорости.
Ферментированное молоко может представлять собой состав со средним содержанием жира от 3 вес.% до 5 вес.%, и способ включает регулирование периферической скорости.
Ферментированное молоко может представлять собой обезжиренный состав с введением крахмала от 1,5 вес.% до 3 вес.%, и способ включает регулирование периферической скорости, при этом ширина паза составляет менее чем 1 мм или ширина паза составляет от 0,3 до 0,8 мм, периферическую скорость регулируют до 11 м/с.
Ферментированное молоко может иметь высокое содержание жира от 7,5 вес.% до 10 вес.%.
Ферментированное молоко может представлять собой свежий сыр, при этом способ включает регулирование периферической скорости, а ширина паза составляет от 1 мм до 1,5 мм.
Также настоящее изобретение относится к роторно-статорному гомогенизатору для осуществления способа, как указано выше, включающему кольцевую головку ротора и кольцевую головку статора, каждое кольцо ротора и статора снабжено радиальными пазами заданной ширины.
Статор может иметь три кольца, и головка ротора может иметь три кольца.
Ширина паза может составлять от 0,3 мм до 2 мм и более предпочтительно от 0,5 мм до 1,5 мм.
Радиальный зазор между кольцами статора и ротора может составлять от 0,5 мм до 2 мм.
Скорость вращения ротора может регулироваться таким образом, что периферическая скорость не превышает 16 м/с и более предпочтительно составляет от 3,5 м/с до 16 м/с.
На Фиг.1 иллюстрируется стадию гомогенизации по настоящему изобретению, на Фиг.2а и 2b показана внутренняя структура гомогенизатора и на Фиг.3а и 3b иллюстрируется тест для обезжиренного состава с крахмалом.
Как указано выше в уровне техники, предшествующем настоящему изобретению, существует множество различных устройств для перемешивания или диспергирования ингредиентов на первом этапе способа (смешивание ингредиентов).
Область применения этих устройств относится к гомогенному смешиванию, суспендированию и растворению порошков, применению для диспергирования и эмульгирования.
Но ни одно из этих устройств не может быть использовано для гомогенизации йогуртов после ферментации, поскольку при непосредственном применении таких устройств продукт может в значительной степени или в очень значительной степени потерять вязкость, что неприемлемо. Согласно настоящему изобретению было обнаружено, что устройство роторно-статорного типа со статором и ротором кольцевой формы, каждый из которых снабжен радиальными пазами, может быть адаптировано для проведения операции гомогенизации с уменьшенным влиянием на текстуру, например, без потери вязкости.
Известные устройства такого типа всегда создают высокую скорость сдвига за счет того, что, с одной стороны, статор и ротор имеют определенные параметры и, с другой стороны, у них фиксированная частота вращения (50 Гц или 100 Гц, т.е. 3000 или 6000 оборотов в минуту), соответствующая скорости 18-25 м/с. Этот предел скорости не подходит для способа получения по настоящему изобретению продуктов, таких как перемешанное или питьевое ферментированное молоко, или свежий сыр.
Lactobacillus spp. paracasei, Bifidobacterium animalis subsp lactis, Lactococcus spp. lactis, Lactobacillus spp. plantarum
Способ по изобретению относится к ферментированному молоку, как определено стандартом в Пищевом Кодексе для ферментированного молока (CODEX STAN 243-2003) или свежего сыра. Предпочтительный продукт представляет собой перемешанный или питьевой йогурт (широта понятия «йогурт» соответствует той, которая принята в США). Йогурт по изобретению представляет собой продукт, содержащий некоторые из бактериальных штаммов, таких как, ... и продукт, содержащий растительные масла, такие как, фитостеролы (и эфиры стеролов) или ПНЖК.
Сыр по изобретению представляет собой не выдержанный полутвердый продукт, в котором соотношение сывороточного белка/казеина не превышает этого соотношения в молоке, полученного:
a) коагуляцией полной или частичной ниже приведенного сырья: молока, обезжиренного молока, частично обезжиренного молока, сливок, подсырных сливок или пахты, или любой комбинации из этих материалов воздействием сычужного фермента или другого подходящего для коагуляции фермента и частичным удалением сыворотки из такого коагулята; и/или
b) применением технологий, включающих коагуляцию молока и/или материалов, полученных из молока, с получением конечного продукта, аналогичного по физическим, химическим и органолептическим характеристикам продукту, определенному под а).
Свежий сыр может быть получен введением сычужного фермента в молочную массу, ферментацией и осушением центрифугированием с получением гомогенной пасты, которая может быть подвергнута процессу гомогенизации по изобретению.
Использованный в экспериментах продукт представляет собой йогурт на основе белой ферментированной массы, полученной с различным содержанием жира и белка, содержание жира СЖ от 0 до 10% и содержание белка СБ от 3 до 5,5% (по весу) и содержание крахмала для составов, включающих крахмал, от 1,5 до 3%.
Продукты классифицированы по четырем различным категориям:
Обезжиренный состав: ОС (менее чем 0,5% СЖ)
Состав со средним содержанием жира: ССЖ (от 3% до 5% СЖ)
ОС с крахмалом и желатином: ОСК состав (менее чем 0,5% СЖ с 1,5-3 вес.% крахмала).
Состав с высоким содержанием жира: СВЖ (9,5% СЖ) для йогурта и свежего жира. Соответствующие технические данные и компоненты приведены в Таблице 1.
Таблица 1Технические данные состава для белой массы
Белые массы
Жир (%)
Белок (%)
Сухое вещество (%)
Пределы
0-10
3-5,5
ОС
0,05
4,90
13,70
ССЖ
4,00
4,40
20,85
ОСК
0,07
4,02
10,97
СВЖ
9,6
4,35
Для состава ОСК тестируемые композиции содержат 2,2 вес.% крахмала и 0,2 вес.% желатина.
Кроме того, проводили эксперименты с белой массой, используемой для получения сыров с содержанием жира от 3,4 до 7,1% и содержанием белка от 4,9 до 5,4%.
Фиг.1 иллюстрирует стадию гомогенизации по изобретению. Насос 2 расположен ниже резервуара 1 для ферментации. Включенный в линию гомогенизатор 10 расположен после насос. Продукт подается в резервуар 20 после выхода из включенного в линию гомогенизатора 10. По плану эксперимента ферментированный продукт перекачивали насосом и затем придавали однородность в насосе 2 при температуре около 38-39°C (в зависимости от культуры), при заданном pH 4,65.
После операции гомогенизации при температуре продукта 38-39°C брали образцы. Все разные продукты сохраняли при температуре ферментации вплоть до окончания эксперимента. Затем ферментированное молоко расфасовывали и охлаждали в холодильной камере до температуры 10°C.
Образцы хранили при температуре 10°C до проведения анализов.
На Фиг.2а показана внутренняя структура головки статора гомогенизатора 10 и на Фиг.2b показано устройство головки ротора-статора гомогенизатора 10. Головка статора 3 включает три кольца 4, каждое из которых снабжено радиальными пазами 5. Головка ротора 6 включает три кольца 7, каждое из которых снабжено радиальными пазами 8. Радиальные пазы 5 и 8 имеют ширину Ws, и зазор в статоре-роторе между кольцами статора 4 и кольцами ротора 7 обозначен как G.
Фиг.3a и 3b иллюстрируют периферической скорости (V) на вязкость Dl состава ОСК при ширине паза кольца 1,5 мм (a) и 0,5 (b), соответственно.
Средняя кривая Фиг.3а показывает воздействие периферической скорости на вязкость Dl при низкой радиальной скорости (низкая скорость потока Q=3010 кг/час и большая ширина паза=1,5 мм): увеличение периферической скорости индуцирует потерю вязкости.
Средняя кривая Фиг.3b показывает воздействие периферической скорости на вязкость Dl при высокой радиальной скорости (высокая скорость потока Q=5000 кг/час и малая ширина паза=0,5 мм): увеличение периферической скорости позволяет повысить текстуру вплоть до 11 м/с (максимум 2108 при 11 м/с).
Для получения таких же параметров вязкости при отличающихся параметрах скорости потока (Q) и ширине паза кольца (W) необходимо регулировать периферическую скорость.
Время пребывания в гомогенизаторе 10 составляет несколько секунд. Двумя основными составляющими скорости являются периферическая скорость (поток в зазоре между ротором-статором) и радиальная составляющая (поток вдоль пазов кольца).
Периферическая скорость зависит от скорости вращения головки ротора. С другой стороны, радиальная скорость зависит и от скорости потока и от геометрических параметров конструкции ротора-статора (ширина паза). Задачей операции гомогенизации по изобретению является получение однородной и возможно беззернистой текстуры с конкретной заданной вязкостью.
Можно получить динамическое однородное гарантированно медленное перемешивание перемешанного ферментированного молока, например йогурта, изменением геометрии и скорости вращения роторно-статорного гомогенизатора.
Регулирование периферической скорости позволяет регулировать вязкость продукта и/или отслеживать вязкость в реальном времени в процессе получения.
Ферментированное молоко по настоящему изобретению может быть подвергнуто этапу перемешивания (очень медленное перемешивание) в резервуаре для ферментации, этого достаточно для того, чтобы избежать образования плотной желеобразной структуры, такой как у традиционного йогурта. Далее способ по настоящему изобретению может включать двойное перемешивание (очень медленное перемешивание в резервуаре, очень медленное перемешивание или гомогенизация ниже по потоку от резервуара).
Напротив, фильтры уровня техники являются негибкими и не подходят для высоковязкой текстуры белой массы, приводящей к быстрому забиванию фильтра и получению ферментированного молока, все еще содержащего крупинки. Гомогенизация дисковым фильтром непригодна для получения однородного продукта. Использование таких фильтров для молока, обогащенного сухим концентратом белка и/или сливок, приводит к порокам. Традиционное перемешивание в резервуаре также приводит к большой потере вязкости.
Невозможно получить новые текстуры или использовать новые ингредиенты при использовании известных устройств и получить качественный продукт в условиях технической и экономической конкуренции.
Экспериментальные данные:
Факторы и уровни.
Динамическое устройство включает только один роторно-статорный генератор с тремя кольцами и фиксированным зазором 0,5 мм между роторными и статорными кольцами. Эти параметры (1 генератор, 3 статорных кольца и 3 роторных кольца) были оптимизированы для первой части исследования.
Для второй части были использованы две разные модели устройств (z66 и z120), для определения параметра устройства в зависимости от скорости потока (первый важный фактор).
s
Три основных фактора для получения качественного продукта, то есть продукта с высоковязкой, однородной и беззернистой текстуры: скорость потока (Q), периферическая скорость (V), которая зависит от скорости вращения головки ротора и ширины паза кольца (W).
Измерения.
-1
Динамическую вязкость измеряли с использованием реометра Rheolab MCl (Physica) на день 1 (Dl) и на день 15 (D15). Эксперименты проводили при температуре 10°C. Приложенная скорость сдвига составила 64 с. Данные фиксировали за 10 с.
Операция гомогенизации представляет собой процесс двойного перемешивания с двумя основными составляющими скорости: периферическая скорость (поток в зазоре между ротором-статором) и радиальная составляющая (поток вдоль пазов кольца).
Наилучшие результаты по качеству продукта достигнуты при использовании низкой скорости вращения (соответствующей периферической скорости вплоть до 16 м/с) во всех случаях с высокой вязкостью (>300 мПа·с), например, перемешанное ферментированное молоко или свежий сыр.
Для каждого продукта требуется различная скорость и ответная реакция по качеству (вязкости) отличается в зависимости от продукта.
Результаты гомогенизации пяти различных белых масс с использованием такого же роторно-статорного гомогенизирующего устройства показали, что:
1) Состав ОС
Периферическая скорость является самым важным параметром текучести. Удельный вес вязкостного ответа является самым важным изо всех факторов, остальные факторы ничтожны. Для получения высокотекстурированных продуктов периферическая скорость должна быть отрегулирована в зависимости от скорости потока. При таких условиях для достижения заданной вязкости 1100 мПа·с периферическая скорость должна составлять менее 12 м/с.
Вторым важнейшим фактором является ширина паза на кольце. Она оказывает положительное воздействие на вязкость. Оптимум достигается при 1 мм за счет высокого квадратического эффекта.
Скорость потока оказывает слабое воздействие на вязкость, но от нее зависит построение модели, что также очень важно.
2) Состав ССЖ
Периферическая скорость представляет собой тот параметр, который необходимо регулировать в первую очередь для получения высокотекстурированного ферментированного молока с очень ярко выраженной кремовой текстурой, аналогичной текстуре косметических средств. Как и для состава ОС (обезжиренный) периферическая скорость негативно влияет на текстуру.
Кроме того, существует сильная взаимосвязь между скоростью потока и шириной паза на кольце. Ширина паза на кольце тем важнее, чем выше скорость потока. Наконец, при высокой скорости потока ширина паза должна быть максимальной для получения продукта с высокой вязкостью Dl.
Скорость потока по сравнению с другими факторами оказывает слабое воздействие на вязкостный ответ.
Модель (в зависимости от скорости потока) и ширину паза устанавливают таким образом, чтобы минимизировать радиальный сдвиг, оказывающий негативное воздействие на вязкость. Когда устройство отрегулировано, конечная вязкость продукта определяется периферической скоростью.
3) Состав ОСК
Все факторы оказывают воздействие на вязкостный ответ Dl, то есть скорость потока, периферическая скорость, ширина паза, их взаимодействие и квадратический эффект. Оптимальный вязкостный ответ зависит от соотношения между двумя главными составляющими скорости, которые характеризуют скорость потока (периферическая скорость и радиальная скорость), и, таким образом, соответственно от скорости сдвига и связан со скоростью протекания.
При увеличении скорости потока и/или уменьшении ширины паза соответственно увеличивается скорость сдвига и, таким образом, снижается вязкость, в других отношениях все факторы равны.
Периферическая скорость оказывает негативное воздействие на свойства текстуры, поскольку она выше, чем радиальная скорость.
При низкой радиальной скорости (Фиг.3a), то есть низкой скорости потока и большой ширине паза, увеличение периферической скорости позволяет понизить текстуру перемешанного ферментированного молока (снижение вязкости).
С другой стороны, при высокой радиальной скорости (Фиг.3b) увеличение периферической скорости позволяет повысить текстуру (увеличение вязкости) перемешанного ферментированного молока вплоть до V=11 м/с.
4) Состав СВЖ или состав для свежего сыра
В динамической системе, также как и в статической системе, содержание жира и белка оказывает положительное воздействие на текстуру продукта, белок является наиважнейшим фактором для улучшения текстуры.
При статической или динамической обработке для гомогенизации продукта, общее поведение каждого состава зависит от его микроструктуры, то есть когезивности белкового состава. Поток во включенном в линию роторно-статорном гомогенизирующем устройстве главным образом зависит от начальной вязкости белой массы, а также от микроструктуры белой массы.
Как показано ниже в Таблице 2, неожиданное улучшение текстуры было получено увеличением скорости головки ротора для некоторых составов (см. также Фиг.3a и 3b).
Таблица 2Влияние увеличения скорости вращения ротора на текстуру ферментированного молока
Жир (%)
Белок (%)
Скорость вращения (обороты в минуту)
Вязкость Dl (мПа·с)
9,57
4,35
21424182
174534713
0,09
3,19
21422730
485712
6,73
5,4
21424017
27902903
4,83
4,32
21423858
8341091
2,34
5,42
21424097
1321534
7,43
3,06
214230114507
1566980604
И для низкотекстурированного (то есть, жир <5,2% и белок <3,7%), и для высокотекстурированного продукта (то есть, жир >4,8% и белок >5,2%) вязкость Dl, полученная во включенном в линию роторно-статорном гомогенизирующем устройстве, выше, чем вязкость, полученная дисковым фильтром из предшествующего уровня техники. Для этих составов ферментированного молока динамическая гомогенизация не нарушает текстуру продукта.
Из этого можно сделать заключение, что скорость потока в роторно-статорной головке очень сильно зависит от начальной вязкости продукта. При низкой вязкости жидкости (состав ОС) прохождение потока будет происходить главным образом в роторно-статорном зазоре. В результате периферическая скорость и, следовательно, скорость сдвига оказывают сильное влияние на текстуру конечного продукта. Дисбаланс между скоростью в роторно-статорном зазоре и шириной паза кольца, являясь более важным по сравнению с периферической скоростью (то есть, скорость вращения роторной головки), высок, принимая о внимание радиальную скорость (то есть, скорость потока). Кроме того, этот дисбаланс позволяет придавать продукту более высокую гомогенность и избежать появления зернистости. Это означает, что предельное значение средней скорости сдвига позволяет оптимизировать продукт по показателям (однородности, зернистости).
Высокая вязкость жидкости, более ламинарная скорость потока ведут к снижению дисбаланса между обоими потоками. «Чувствительность продукта» к радиальной скорости (то есть скорость потока) более важна. В результате факторами текучести, влияющими на потерю текстуры, являются скорость потока и ширина паза (состав ОС).
Новая технология гомогенизации является подходящим решением для получения однородных продуктов, содержащих какой-либо жир или белок, и возможно для удаления зернистости, что в результате приводит к получению более однородной и кремообразной текстуры.
Включенное в линию роторно-статорное гомогенизирующее устройство представляет собой очень гибкое устройство, позволяющее усиливать текстуру продукта, по сравнению со статическим фильтром, посредством регулирования скорости вращения ротора и установки других поточных параметров (модель устройства зависит от скорости потока и ширины паза).
Можно регулировать вязкость массы ферментированного молока или йогуртной массы посредством роторно-статорной системы, просто устанавливая определенную периферическую скорость, которую получают регулированием скорости вращения гомогенизатора.
Габариты устройства зависят, как показано выше, от продукта и заданного показателя вязкости, как правило, предполагающего низкую малую потерю вязкости.
Низкая скорость вращения (менее 16 м/с) используется для перемешанного ферментированного молока, например перемешанного йогурта и свежего сыра.
Высокая скорость вращения (более 22 м/с) используется для питьевого ферментированного молока, например питьевого йогурта.