СПОСОБ ОБРАБОТКИ МОЛОКА И МОЛОЧНОЙ СЫВОРОТКИ
METHOD FOR TREATMENT OF MILK AND MILK WHEY

Предлагаемое изобретение относится к пищевой промышленности, в частности к молочной отрасли, и может быть использовано для снижения количества мезофильных аэробных факультативно-анаэробных микроорганизмов (КМАФАнМ) молока и молочной сыворотки с целью продления срока их хранения.
Для обработки молочных продуктов с целью снижения микробиологической обсемененности используют химические и физические способы.
Физические способы заключаются в том, что молоко и молочную сыворотку подвергают физическому воздействию, способствующему уничтожению посторонней микрофлоры и подавляющему ее рост и развитие (см. Технология молока и молочных продуктов. / Г.В.Твердохлеб, З.Х.Диланян, Л.В.Чекулаева, Г.Г.Шиллер. - М.: Агропромиздат, 1991. - 436 с.).
Химические способы предусматривают внесение химических соединений, которые подавляют рост микробов или уничтожают их. Добавление в молоко и молочную сыворотку химических реагентов не всегда является безопасным для организма человека.
Из физических способов обработки молока и молочной сыворотки традиционными являются методы, основанные на термическом нагреве, который осуществляют, как контактным способом, так и СВЧ-нагревом (см. Рогов И.А. Электрофизические методы обработки пищевых продуктов. - М.: Агропромиздат. - 1988. - 272 с.).
Данные методы имеют ряд недостатков. Во-первых, при температурном воздействии на молочную сыворотку свыше 60-65°С происходят денатурация сывороточных белков, распад лактозы. При этом лактоза и продукты ее распада вступают в реакцию с белками, в результате чего наблюдается побурение продукта и образование осадка, который скапливается на греющихся поверхностях. Это приводит к техническим трудностям использования термического нагрева свыше 60-65°С (см. Храмцов А.Г., Павлов В.А., Нестеренко П.Г. Переработка и использование молочной сыворотки. Технологическая тетрадь. - М.: Росагропромиздат. - 1989. - 272 с. Залашко М.В., Залашко Л.С. Микробный синтез на молочной сыворотке. - Минск: Наука и техника. - 1976. - 274 с.). Тепловая обработка молока при высоких температурах вызывает глубокие химические изменения, приводящие к ухудшению органолептических показателей качества готовой продукции (см. Macej Oznjen D., Jovanovic Shezana Т., Denin Jelena D., Djurd Jevic. The influence of high temperatures on milk proteins. // Chem. Ind. 2002. 56, №3, p.123-132.). Во-вторых, применение пастеризационных установок сопровождается повышенным расходом электроэнергии, а также высокой стоимостью данного оборудования (см. Пономарев А.Н. Некоторые аспекты технологии молока длительного хранения. // Молочная промышленность. - 2005. - №5. - С.77-79.).
Использование УФ и ИК-излучений также имеет ряд недостатков, касающихся обеспечения тончайших слоев подачи сырья, обусловленного малой длиной зоны поглощения УФ и ИК-лучей, вследствие чего возникает проблема быстрого загрязнения зоны обработки сгустками жира молока и белковыми хлопьями молочной сыворотки (см. Расхожев В.Н., Грабович М.Ю., Черняева Л.А. и др. Первичная УФ-обработка молока на перерабатывающих предприятиях. // Хранение и переработка сельхозсырья. - 2000. - №7. - С.53-54.).
60
-13
Для обработки пищевых продуктов можно использовать электромагнитное излучение с длиной волны менее ультрафиолетовой области спектра, т.е. менее 10-100 нм. Фотоны, из которых состоит это излучение, обладают достаточной энергией, чтобы вызвать выбивание электронов, т.е. ионизацию в среде, через которую они проходят. Это излучение «высокой энергии» или ионизирующее излучение. Если фотоны возникают в атомном ядре, применяют термин «γ-излучение», если вне атомного ядра, то применяют термин «рентгеновское излучение». Наиболее распространенным излучением такого типа является γ-излучение от Со с энергией фотонов 1,17-1,33 МэВ (1 МэВ=1,6·10 Дж).
Другой вид ионизирующего излучения, который можно использовать, состоит из потока электронов, обладающих такой же энергией, что и γ-излучение. Излучение этого типа обычно создается электрическими машинами-ускорителями.
Облучение вещества быстрыми электронами приводит к беспорядочному возбуждению и ионизации молекул по пути движения электронов. После нескольких ионизации выброшенные электроны приобретают достаточную энергию, чтобы вызвать новое возбуждение и ионизацию, часто близкие к первоначальной ионизации, что приводит к появлению небольших групп взаимодействия, называемых шпурами. Очень немногие выброшенные электроны обладают достаточной энергией, которая дает им возможность отклониться от направления их перемещения, образуя другие, свои собственные направления возбуждения и ионизации.
-12
13
Наиболее важным фактором в облучении пищевых продуктов является степень облучения, называемая дозой. Единица дозы облучения - 1 рад, равный 10 Дж/кг (6,242·10 эВ/г). За единицу дозы облучения в Международной системе единиц принят Грей. 1 Гр=1 Дж/кг=100 рад. Это такая поглощенная доза, при которой в 1 кг массы тела поглощается 1 Дж энергии излучения (см. Радиационная химия основных компонентов пищевых продуктов. Значение для оценки доброкачественности облученных пищевых продуктов. /Под ред. П.С.Элиаса и А.Дж.Кохена: Пер. с англ. - М.: Легкая и пищевая пром-ть. - 1983. - 224 с.).
2
Для характеристики излучения используют величину интенсивности излучения, представляющую собой плотность потока энергии или в общем виде отношение энергии частиц или квантов ионизирующего излучения, проникающих за некоторый промежуток времени объем элементарной сферы. Единицей интенсивности в Международной системе единиц является Вт/м. Но обычно интенсивность излучения выражают как мощность дозы в Гр/с (см. Файтельберг-Бланк В.Р., Царев В.А., Жук Е.И. и др. Радиобиология. Учебн. пособие. - Одесса: Одесский с/х институт. - 1979. - 320 с.).
Известен способ консервирования молочной сыворотки с использованием ионизирующего излучения - γ-лучей дозой 4-5 кГр при интенсивности излучения 2,64-6 кГр/с (см. SU №1667283; А23С 3/07, 19.06.89).
Одним из недостатков известного способа является то, что в молочную сыворотку предварительно перед облучением добавляют сорбат натрия с целью избирательного действия в отношении микромицетов и дрожжей. Добавление дополнительного химического консерванта может привести к образованию различных соединений вследствие радиолиза. Следующим недостатком этого способа является то, что используется γ-излучение, вырабатываемое на γ-установках, которые характеризуются повышенной радиационной опасностью при эксплуатации и высокой стоимостью (см. Перцовский Е.С., Сахарова Э.В., Делинин В.А. Применение радионуклидов и излучений в пищевой промышленности. - М.: Атомиздат, 1980. - 109 с.).
2
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому способу является способ электронно-лучевой обработки фосфотазы энзима в цельном молоке импульсами монохроматических электронных лучей длительностью 30 нс с энергией, превышающей 1 МэВ дозой 1-10 кГр с интенсивностью большей 100 кГр/с (см. SU №603321; М. Кл. А61L 1/00, Опубл. 15.04.78. Бюл. №14.).
Недостатками приведенного способа является высокое значение энергии электронов, что повышает энергозатраты. Кроме того, в данном способе не указаны сроки хранения обработанных продуктов.
Техническим результатом настоящего изобретения является снижение энергозатрат при одновременном увеличении сроков хранения молока и молочной сыворотки.
Технический результат достигается тем, что сырое молоко и сырую молочную сыворотку обрабатывают импульсным электронным пучком с энергией электронов 450-500 кэВ, дозой поглощения 1,5-9,5 кГр.
Отличительными признаками заявляемого способа являются новые условия обработки молока и молочной сыворотки, а именно обработка импульсным электронным пучком с энергией электронов 450-500 кэВ, дозой поглощения 1,5-9,5 кГр.
В результате обработки молока и молочной сыворотки импульсным электронным пучком, представляющим собой тормозное рентгеновское излучение наносекундной длительности, происходит возбуждение и ионизация молекул молока и молочной сыворотки, в том числе и микроорганизмов. Воздействие электронного пучка на молекулярном уровне дестабилизирует биологическую систему и приводит к гибели микробов, что способствует увеличению сроков хранения молока и молочной сыворотки.
3
3
5
3
3
5
2
3
Оптимальные параметры обработки молока и молочной сыворотки установлены экспериментальным путем. Доза поглощения 1,5-9,5 кГр выбрана в зависимости от изменения КМАФАнМ в 1 см продукта. Результаты исследования представлены на графике (см. чертеж). Как видно из чертежа, при уменьшении дозы поглощения менее 1,5 кГр увеличивается КМАФАнМ в см молока и молочной сыворотки, что отрицательно влияет на длительность их сроков хранения. Дальнейшее увеличение дозы поглощения более 9,5 кГр не оказывает существенного влияния на КМАФАнМ. Кроме того, международными организациями (Объединенным комитетом экспертов МАГАТЭ, ФАО и ВОЗ) приняты дозы для облучения пищевых продуктов до 10 кГр, которые не создают токсикологической опасности для здоровья человека (см. Базалеев Н.И, Клепиков В.Ф., Литвиненко В.В. Электрофизические радиационные технологии. - Харьков: Акта. - 1998. - 206 с.). Обработка сырого молока при 9,5 кГр позволила значительно снизить КМАФАнМ с 3,5·10 до 1,6·10 КОЕ/см, обработка сырой молочной сыворотки при той же дозе позволила максимально снизить число микробов с 1,8·10 до 2,5·10 КОЕ/см.
Таким образом, установлена оптимальная доза поглощения 1,5-9,5 кГр.
Энергия электронов 450-500 кэВ выбрана исходя из того, что снижение энергии ниже 450 кэВ не позволяет достичь эффекта обеззараживания. Использование большей энергии выше 500 кэВ нецелесообразно из-за повышения энергозатрат при том же достигнутом эффекте обеззараживания. Энергии 450-500 кэВ достаточно, чтобы снизить общую микробиологическую обсемененность без термического нагрева продукта, который требует дополнительных энергозатрат.
Таким образом, именно заявляемая совокупность отличительных признаков изобретения позволяет достичь технический результат, заключающийся в снижении энергозатрат при одновременном увеличении сроков хранения молока и молочной сыворотки.
Заявляемый способ осуществляют следующим образом.
Сырое молоко или сырую молочную сыворотку обрабатывают импульсным электронным пучком с энергией электронов 450-500 кэВ, дозой поглощения 1,5-9,5 кГр. В способе используют импульсный электронный ускоритель, описанный в RU №41951, Н05Н 5/08, 10.11.2004 г.
Способ поясняется следующими примерами конкретного выполнения.
Пример 1.
Сырое молоко обрабатывают импульсным электронным пучком с энергией электронов 450 кэВ. Доза поглощения составляет 1,5 кГр. Обработанное молоко стерильно перекачивают в стерильную тару. Срок хранения обработанного молока при температуре 4-6°С увеличивается до 3 суток.
Пример 2.
Сырое молоко обрабатывают импульсным электронным пучком с энергией электронов 470 кэВ. При этом доза поглощения составляет 5,5 кГр. Обработанное молоко стерильно перекачивают в стерильную тару. Срок хранения обработанного молока при температуре 4-6°С увеличивается до 3-4 суток.
Пример 3.
Сырое молоко обрабатывают импульсным электронным пучком с энергией электронов 500 кэВ. Доза поглощения составляет 9,5 кГр. Обработанное молоко стерильно перекачивают в стерильную тару. Срок хранения обработанного молока при температуре 4-6°С увеличивается до 5 суток.
Как видно из примеров, при облучении молока наиболее эффективна доза 9,5 кГр, что позволяет продлить срок хранения до 5 суток. В таблице 1 приведены органолептические, физико-химические и микробиологические показатели в процессе хранения обработанного молока. Из данных таблицы видно, что в течение срока органолептические показатели не изменяются, прирост титруемой кислотности незначителен.
Пример 4.
Сырую молочную сыворотку обрабатывают импульсным электронным пучком с энергией электронов 450 кэВ. Доза поглощения составляет 1,5 кГр. Обработанную сыворотку стерильно перекачивают в стерильную тару. Срок хранения обработанной сыворотки при температуре 4-6°С увеличивается до 27-29 суток, при этом значение титруемой кислотности составляет 92°Т.
Пример 5.
Сырую молочную сыворотку обрабатывают импульсным электронным пучком с энергией электронов 470 кэВ. При этом доза поглощения составляет 5,5 кГр. Обработанную сыворотку стерильно перекачивают в стерильную тару. Срок хранения обработанной сыворотки при температуре 4-6°С увеличивается 36-38 суток, титруемая кислотность достигает 86°Т.
Пример 6.
Сырую молочную сыворотку обрабатывают импульсным электронным пучком с энергией электронов 500 кэВ. Доза поглощения составляет 9,5 кГр. Обработанную сыворотку стерильно перекачивают в стерильную тару. Срок хранения обработанной сыворотки при температуре 4-6°С увеличивается до 45 суток, титруемая кислотность составляет 88°Т.
Как видно из примеров обработки молочной сыворотки, максимальный срок хранения 45 суток достигается при обработке дозой 9,5 кГр. В таблице 2 представлены органолептические, физико-химические и микробиологические показатели обработанной молочной сыворотки в процессе хранения. Данные таблицы позволяют сделать вывод, что в процессе хранения органолептические показатели остаются неизменными.
Таблица 1
Органолептические, физико-химические и микробиологические показатели обработанного молока в процессе хранения
Показатели
Поглощенная доза 1,5 кГр
Поглощенная доза 5,5 кГр
Поглощенная доза 9,5 кГр
Продолжительность хранения, t 4-6°С, ч
24
48
72
96
120
24
48
72
96
120
24
48
72
96
120
Внешний вид и консистенция
непрозрачная жидкость, однородная нетягучая, слегка вязкая, без хлопьев белка и сбившихся комочков жира
Вкус и запах
характерные для молока, без посторонних привкусов и запахов
Цвет
белый, равномерный по всей массе
Титруемая кислотность, °Т
19
20
20
21
22
19
19
19
20
21
19
19
19
19
20
КМАФАнМ, КОЕ/см<sup>3</sup>
2,0·10<sup>4</sup>
7,0·10<sup>4</sup>
10<sup>5</sup>
1,2·10<sup>6</sup>
7,5·10<sup>6</sup>
3,7·10<sup>3</sup>
8,0·10<sup>3</sup>
3,2·10<sup>4</sup>
4,0·10<sup>5</sup>
2,0·10<sup>6</sup>
1,6·10<sup>3</sup>
3,0·10<sup>3</sup>
3,7·10<sup>3</sup>
4,0·10<sup>4</sup>
10<sup>5</sup>
БГКП (колиформы) в 0,01 см<sup>3</sup>
отсутствовали
Патогенные в 25 см<sup>3</sup>, в том числе сальмонеллы
отсутствовали
S. aures, в 10,0 см<sup>3</sup>
отсутствовали
Таблица 2
Органолептические, физико-химические и микробиологические показатели обработанной молочной сыворотки в процессе хранения
Показатели
Поглощенная доза 1,5 кГр
Поглощенная доза 5,5 кГр
Поглощенная доза 9,5 кГр
Продолжительность хранения, t 4-6°С, сут
9
18
27
36
45
9
18
27
36
45
9
18
27
36
45
Внешний вид и консистенция
однородная жидкость без посторонних примесей
Вкус и запах
чистые, свойственные молочной сыворотке, кисловатые, без посторонних привкусов и запахов
Цвет
светло-желтый
Титруемая кислотность, °T
76
84
92
106
123
72
77
81
86
98
70
72
76
83
88
КМАФАнМ, КОЕ/см<sup>3</sup>
2,0·10<sup>3</sup>
3,0·10<sup>3</sup>
3,2·10<sup>4</sup>
5,0·10<sup>5</sup>
10<sup>6</sup>
5,0·10<sup>2</sup>
2,5·10<sup>3</sup>
8,6·10<sup>3</sup>
4,0·10<sup>4</sup>
2,0·10<sup>5</sup>
2,5·10<sup>2</sup>
3,0·10<sup>2</sup>
1,3·10<sup>3</sup>
7,6·10<sup>3</sup>
4,5·10<sup>4</sup>
БГКП (колиформы) в 0,01 см<sup>3</sup>
отсутствовали
Патогенные в 25 см<sup>3</sup>, в том числе сальмонеллы
отсутствовали
S. aures, в 10,0 см<sup>3</sup>
отсутствовали