Фильтрование и пастеризация смесей

Для удаления из смеси нерастворившихся комочков сырья и возможных различных механических примесей ее фильтруют (после растворения компонентов и после пастеризации), используя дисковые, пластинчатые, цилиндрические и другие фильтры. Фильтрующие материалы в фильтрах периодически очищают или заменяют, не допуская скопления большой массы осадка.

Производительность фильтров 2000-4600 кг/ч, давление фильтрации 0,2-0,25 МПа. Производительность фильтра зависит от вязкости фильтруемой смеси.

Пастеризация смесей предназначена для уничтожения болезнетворных (патогенных) бактерий и снижения общего объема микрофлоры. Результатом пастеризации является почти полное прекращение жизнедеятельности микроорганизмов. Пастеризация, помимо обеспечения необходимого санитарного состояния готового продукта, способствует хорошему смешиванию и растворению компонентов, а также создает лучшие условия для гомогенизации. При пастеризации обязательно соблюдение соответствующих режимов (температуры и продолжительности выдерживания смеси при температуре пастеризации).

На предприятиях, вырабатывающих мороженое, смесь пастеризуют в автоматизированных пластинчатых пастеризационно-охладительных установках производительностью 1200-2500 кг/ч, трубчатых пастеризаторах и пастеризаторах с вытеснительным барабаном, а также в аппаратах периодического действия — ваннах со змеевиковой мешалкой, ваннах длительной пастеризации, пароварочных котлахи т.д.

Смесь из смесительной ванны с температурой от 35 до 40°С проходит через фильтр и поступает на пастеризацию. На пастеризационно-охладительных установках смесь пастеризуется при температуре 80-85°С с выдержкой 50-60 с. Пастеризацию в трубчатых пастеризаторах проводят при температуре смеси 80-85°С с выдержкой 50-60 с или без выдержки при температурах от 92 до 95°С. В пастеризаторах с вытеснительным барабаном смесь пастеризуется при температуре 80-85°С с выдержкой 15-20с. [1]

 

 

Гомогенизация смесей

Отфильтрованная смесь после пастеризации поступает в гомогенизатор для дополнительной обработки. Процесс гомогенизации способствует повышению взбиваемости смеси, улучшает консистенцию готового мороженого и придает ему нежную структуру.

Смесь гомогенизируют при температуре, близкой к температуре пастеризации смеси (с целью избежания вторичного обсеменения).

Гомогенизаторы представляют собой насосы, способные перекачивать жидкости под большим давлением. Насосы снабжены специальным приспособлением — так называемым гомогенизирующим вентилем (гомогенизирующей головкой). Жидкость пропускают через имеющуюся в этой головке чрезвычайную кольцевую щель. Давление в гомогенизаторе регулируют с помощью рукоятки гомогенизирующей головки.

Цель гомогенизации состоит в раздроблении жировых шариков. Как известно, жир в молоке присутствует в виде жировых шариков диаметром от 1до 10 мкм. В процессе гомогенизации жировые шарики дробятся на более мелкие размером 1...2 мкм. Эффективность гомогенизации определяется размерами жировых шариков и количеством жировых скоплений. В правильно гомогенизированной смеси жировые шарики должны иметь одинаково малую величину (крупных шариков не должно оставаться) и располагаться раздельно. Взбиваемость смеси заметно ухудшается в том случае, когда после гомогенизации хотя бы 1 % жира будет присутствовать в виде крупных шариков. Присутствие одного крупного шарика жира в наиболее тонкой части перегородки между воздушными пузырьками значительно ослабляет ее, независимо от наличия поблизости мелких жировых шариков. Проходящую через гомогенизатор смесь следует подвергать вторичной гомогенизации при уже установившемся давлении.

Для обеспечения равномерного дробления жировых шариков при гомогенизации большое значение имеет состояние не только головки, но и клапанов цилиндра. При течи во всасывающем или нагнетательном клапане могут быть мгновенные падения давления, в результате часть смеси пройдет через головку недостаточно гомогенизированной. Поэтому весьма существенно обеспечить хорошее состояние гомогенизирующей головки и работу гомогенизатора при постоянном давлении. Ни в коем случае нельзя допускать, чтобы часть смеси оставалась без гомогенизации. Последующее слипание жировых шариков повышает вязкость смеси и замедляет процесс взбивания, при этом структура и консистенция готового продукта несколько ухудшается.

В процессе фризерования при механическом воздействии происходит дестабилизация жировых шариков. Жировые шарики, лишенные полностью или частично оболочек, агломерируют, затем из жировых шариков диаметром более 3 мкм образуются комочки жира, ощутимые на вкус. В процессе закаливания размер комочков увеличивается.

Общая поверхность жира, входящая в соприкосновение с молочной плазмой, изменяется обратно пропорционально диаметру жировых шариков. В хорошо гомогенизированной молочной смеси мороженого диаметр жировых шариков не должен превышать 2 мкм при отсутствии жировых скоплений. При их наличии смеси обладают наиболее высокой вязкостью и дают самую низкую взбиваемость.

Немецкие ученые предложили следующее теоретическое объяснение образованию жировых скоплений. Мельчайшие жировые шарики, образовавшиеся в процессе гомогенизации, находятся под воздействием различных сил, из которых одни стремятся к образованию жировых скоплений, другие препятствуют этому. К силам, препятствующим образованию скоплений жировых шариков, относят силы, действующие на смесь в гомогенизирующей головке, и взаимного отталкивания шариков, вызываемые наличием одноименных электрических зарядов.

Слипанию же шариков способствуют следующие факторы: столкновение шариков при выходе из головки; броуновское движение мелких шариков; слипание адсорбционных слоев, окружающих шарики; межфазовое пограничное натяжение и высокая концентрация жира в плазме.

Гомогенизация влияет на некоторые из этих сил, а следовательно, и на образование жировых частиц (комков). В случае присутствия большого количества жира в небольшом пространстве возможность столкновения шариков и их слипания увеличивается. Интенсивность образования жировых скоплений находится в обратной зависимости от температуры гомогенизации. Следовательно, нельзя гомогенизировать смеси, содержащие большое количество жира при низких температурах.

Не следует думать, что гомогенизация отражается лишь на свойствах жировых шариков. Ее действие сказывается в большей или в меньшей степени и на других составных частях молока. Другая функция гомогенизации заключается в стабилизации оболочек жировых шариков. Для построения новых оболочек успешно используются молочные белки — казеин и сывороточные белки. Особую роль выполняют фракции казеина, представляющие собой очень гибкие молекулы, распределяющиеся по большей части поверхности жировых капель и защищающие их.

Известно, что температура 75...85°С является оптимальной для гомогенизации смеси мороженого. Это обосновано тем, что при данных температурах межмолекулярные силы ослабевают и молекулы казеина приобретают подвижность.

Эмульгаторы — такие как моноглицериды — играют важную защитную роль во время гомогенизации смеси мороженого. С другой стороны, функции эмульгатора несколько ограничена, поскольку моноглицериды при температуре гомогенизации находятся в жидком состоянии и могут смешиватьсяс жирами (сила притяжения на пограничной поверхности между жиром и водой очень мала, то же самое касается и поверхностного натяжения). Собственный эффект эмульгатора проявляется при охлаждении и созревании смеси.

Гомогенизация понижает тепловую стабильность молочных белков. Понижение стабильности белков вызывается высокой кислотностью смеси (водородный показатель приближается к 4,7), большим количеством кальция по сравнению с содержанием цитратов и фосфатов, высоким давлением или слишком высокой температурой гомогенизации.

Совокупность всех этих факторов может вызвать коагуляцию смеси процессе гомогенизации. В менее серьезных случаях образование скоплений коллоидных частичек не столь значительно для создания хлопьевидной структуры. Однако дестабилизирующее действие последующего процесса замораживания может все же привести к тому, что растаявшее мороженое окажется хлопьевидным.

Выбор давления гомогенизации зависит от состава смеси — чем ниже в ней содержание жира, тем выше давление гомогенизации, и наоборот. Молочные смеси гомогенизируют при давлении 12,5…15,0 Мпа, сливочные при 10…12, пломбирные — при 7,5…9,0 Мпа. При использовании двухступенчатого гомогенизатора на первой ступени осуществляется дробление жировых шариком под давлением 15…20 Мпа, на второй ступени - при давлении 5 Мпа происходит разбивание жировых скоплений.

В производстве мороженого используют серийные гомогенизаторы производительностью 1200-5000 л/ч.

Нарушение режимов гомогенизации приводит к дестабилизации жира при фризеровании и ухудшению консистенции готового продукта — появлению жировой крупки.

Гомогенизированные смеси имеют следующие преимущества перед негомогенизированными: за счет повышения дисперсности жира при созревании и хранении не происходит его отстоя; мороженое получается более нежным, пластичным, маслянистым; при фризеровании смесь лучше взбивается (без образования крупинок масла), а при закаливании формируются мелкие кристаллы льда.