Мембранная стерилизация молока

Три технологии увеличения срока годности молока без оказания отрицательного влияния на вкус

Сезонные изменения бактериальной загрязненности молока в совокупности с усилением требований к его транспортировке и срокам хранения ставят задачу создания новых технологий производства.
Традиционная тепловая обработка характеризуется существенными недостатками: крайне малый срок хранения — максимум 8 дней в случае низкотемпературной обработки; потеря функциональных, питательных и вкусовых свойств при высокотемпературной обработке, обеспечивающей длительный срок хранения. Новая технология должна удалять бактерии независимо от их свойств и концентрации, существенно увеличивать срок хранения, не оказывая отрицательного влияния на вкус и функциональные свойства продукта. Существует три направления для достижения этих целей. При этом каждая из технологий завершается асептическим розливом.

1. Стерилизация методом UHT полностью удаляет споры. Однако вкус молока и качество производимых из него продуктов ухудшаются.
2. Бактофугирование молока. При одно- или двукратном бактофугировании можно удалить до 95 % бактерий и спор, что снижает риск возникновения пороков, но не предотвращает его полностью. Бактофугированное молоко отличается хорошими вкусовыми качествами, но срок его хранения увеличивается всего лишь на несколько дней.
3. Мембранная стерилизация молока в сочетании с требуемой законодательством пастеризацией обеспечивает срок хранения 21 день без изменения вкуса, состава и функциональных свойств. Мембранная стерилизация молока удаляет бактерии с помощью селективно проницаемых мембран, не влияя на состав молока. При этом количество бактерий и спор сокращается на 99,5 %, а в сочетании с «легкой» пастеризацией — более чем на 99,99 %. В результате покупатель приобретает молоко длительного хранения, в котором при сохранении вкуса и функциональных свойств содержится меньше бактерий по сравнению с обычным пастеризованным молоком, и исключена опасность вторичного обсеменения после пастеризации. Риск появления поздних пороков, а значит и потерь молока, полностью исключен.

Два варианта мембранной стерилизации молока 

При мембранной стерилизации исходное молоко разделяется на две фракции: фильтрат (пермеат) — стерилизованное обезжиренное молоко и концентрат (ретентат) — часть молока, содержащая бактерии. Пермеат проходит через мембрану и, таким образом, является обеззараженным продуктом. На одноступенчатой установке количество пермеата составляет приблизительно 95 % входящего потока. На многоступенчатых установках количество пермеата можно довести до 99,5 % от объема входящего обезжиренного молока. Ретентат или добавляется в сливки, идущие на нормализацию, с последующей термообработкой перед смешиванием со стерилизованным обезжиренным молоком, или перерабатывается отдельно.
ООО «Фильтропор Групп» и ООО «Славутич» разработали комплексные установки для мембранной стерилизации молока: «Установки мембранные (микрофильтрационные) ВОДОПАД МКТ». Существует два варианта мембранной стерилизации молока. Схема производства стерилизованного обезжиренного молока по первому варианту приведена на рис. 1.


Рис. 1. Схема производства стерилизованного обезжиренного молока по первому варианту

Исходное сырое молоко поступает в балансировочный бачок, из которого насосом подается в секцию пластинчатого теплообменника, в ней нагревается и поступает в сепаратор, в котором разделяется на сливки и обезжиренное молоко. Сливки поступают в разделитель, откуда часть сливок направляется на нормализацию. Обезжиренное молоко поступает в промежуточную емкость, затем в мембранную установку ( , ). В мембранной установке обезжиренное молоко питающим насосом прокачивается через теплообменник, в котором нагревается до 50 °С. Далее оно поступает в циркуляционный насос, благодаря которому циркулирует по замкнутому контуру: насос — мембранный модуль — мембранный модуль — теплообменник — насос. Основная часть обезжиренного молока — фильтрат (95 %) проходит через мембраны. Бактерии задерживаются мембраной и остаются в потоке над ней. Концентрат (5 %), содержащий задержанные бактерии, смешивается со сливками. Образованная смесь поступает в пластинчатый теплообменник высокотемпературной обработки, стерилизуется в течение 3 с при емпературе 115–120 °С, затем смешивается с фильтратом (стерилизованным обезжиренным молоком) и гомогенизируется в гомогенизаторе. Полученная смесь — нормализованное стерилизованное молоко направляется для «легкой» пастеризации в секцию нагрева пластинчатого теплообменника, затем в выдерживатель, в секцию охлаждения теплообменника и на стерильную фасовку.
Схема производства стерилизованного обезжиренного молока по второму варианту приведена на рис. 2. Все этапы процесса до момента получения обезжиренного молока- фильтрата (95 %) и концентрата (5 %), содержащего задержанные бактерии, аналогичны варианту. Далее концентрат (5 %) направляют в емкость. Сливки для нормализации поступают в пластинчатый теплообменник высокотемпературной обработки, стерилизуются в течение 3 сек при температуре 115–120 °С, затем смешиваются с фильтратом (стерилизованным обезжиренным молоком). Образованная смесь — нормализованное стерилизованное молоко гомогенизируется в гомогенизаторе, направляется для «легкой» пастеризации в секцию нагрева пластинчатого теплообменника, затем в выдерживатель, секцию охлаждения теплообменника и на стерильную фасовку.
Мембранная стерилизация по второму варианту позволяет получать более чистое молоко, но при этом возникает задача использования концентрата с высоким содержанием бактерий. За рубежом в торговых сетях уже в течение нескольких лет можно видеть питьевое ESL-молоко (Extended Shelf Life), заменяющее пастеризованное. По сравнению с ним оно имеет ряд преимуществ для производителя и потребителя. Существенно снижаются потери молока, резко сокращается количество рекламаций, что повышает его конкурентоспособность.


Рис. 2. Схема производства стерилизованного обезжиренного молока по второму варианту

Молоко длительного хранения ESL широкое распространение получило в США, Канаде, Германии. Производство такого молока увеличивается и в других развитых странах. В Швейцарии, Германии и Австрии работают 10 установок, производящих ESL-молоко по этому принципу.

Производство ESL-молока в России

В России с использованием импортной мембранной установки производство ESL-молока и других молочных продуктов освоено на Кингисеппском молочном комбинате в Ленинградской области, который вывел на рынок новый брэнд молочных продуктов «LATEO». Под маркой «LATEO» выпускаются не только питьевое молоко трех видов жирности, полученное с применением мембранной стерилизации, но также кефир и йогурт, планируется производить пробиотические продукты. Срок хранения молока «LATEO» при преимущественном сохранении его исходных свойств составляет 20 дней при соблюдении температурных режимов хранения, и это не предел.
Оптимальный для процесса размер пор 1,4 мкм позволяет удалить из молока 99,95 % бактерий и спор. Основным элементом мембранной стерилизации является керамическая мембрана. В связи с тем, что молочный жир образует слой на поверхности мембран, препятствующий процессу, обрабатывается только обезжиренное молоко, в которое после мембранной стерилизации добавляется необходимое для нормализации количество стерилизованных сливок.

История создания технологии мембранной стерилизации молока

Технология мембранной стерилизации в молочной промышленности применяется с середины 1980-х годов. Толчком к развитию этого метода явилось создание керамических мембранных элементов. Наиболее эффективно использование специальных керамических элементов марки «Изофлюкс» (Германия), которые были разработаны для мембранной стерилизации. Они позволяют упростить процесс, повысить его надежность и экономические показатели.
Основная проблема организации мембранной стерилизации молока — это образование слоя на поверхности мембран. Она была решена путем реализации гидравлической концепции равномерного трансмембранного давления, предложенной еще в 1974 году Сандбломом. Равномерность трансмембранного давления обеспечивается в мембранных элементах «Изофлюкс» за счет разной толщины мембраны (рис. 3). Характеристика мембранных элементов приведена в таблице. 


Рис. 3 – Равномерное распределение трансмембранного давления в мембранных элементах

Таблица 1 - Характеристика мембранных элементов

Наружный диаметр, мм	Число каналов	Площадь поверхности, м2	Размер удерживаемых частиц, мкм
25	8	0,2	0,2; 0,4
25	23	0,35	1,4; 0,45; 0,2; 0,14
25	32	0,5	1,4; 0,14