Производство сухого молока

На протяжении многих веков люди употребляли свежее молоко, молочная отрасль активно развивалась, увеличивались объемы производимого молока. Возникла необходимость делать запасы молока на длительное время и возможностью его транспортировки на дальние расстояния.

Впервые о сухом молоке упоминает Иван Ерих в «Трудах Вольного Экономического общества», датированных 1792 годом. Он написал, что жители восточных регионов, вымораживая молоко, получали «запасы млечных глыб».

В 1802 году штаб-врачом Осипом Кричевским впервые был получен продукт, который в настоящее время известен как сухое молоко. Коммерческое производство сухого молока впервые имело место в 1832 году, его запустил российский химик М. Дирчов. А в 1885 году Гримвэйду Т. С. был выдан патент на производство этого продукта.

Консервирование сушкой широко применяют в молочной промышленности:

сушат цельное и обезжиренное молоко;
пахту;
молочную сыворотку;
смеси цельного молока с обезжиренным молоком, пахтой или сливками, с добавками и без.

Ассортимент сухих молочных продуктов довольно обширный:

сухое цельное молоко 20%-ной и 25%-ной жирности;
сухие сливки;
сухое обезжиренное молоко;
сухая сыворотка;
сухие молочные продукты повышенной растворимости;
сухие многокомпонентные смеси (сухие смеси для мороженого, пудинга).

Эти продукты получают методом распылительной сушки.

Сухое молоко используется:

в кондитерской промышленности;
на хлебобулочных предприятиях;
на молокозаводах для производства сгущенного молока, плавленого сыра, йогурта, творога;
для производства спредов;
в мясной промышленности;
при производстве алкоголя;
при производстве полуфабрикатов;
при производстве кормов для животных.

Сухое молоко делится на два вида:

сухое цельное молоко с м.д.ж не менее 20%— в качестве сырья используется цельное молоко;
сухое обезжиренное молоко (СОМ) с м.д.ж. не более 1,5%— для его производства используют обезжиренное молоко (обрат).

Сыпучесть сухих молочных продуктов зависит от силы трения и сцепления частиц между собой. Высокая массовая доля сухих веществ обеспечивает высокую транспортабельность и хранимость сухих молочных продуктов. Массовая доля влаги в сухом молоке зависит от вида продукта и колеблется от 1,5 до 7%. Форма частиц и, как следствие, их растворимость зависит от способа и технологии сушки.

Одиночные частицы имеют полость и пронизаны сетью трещин и капилляров, часть которых сообщается с внутренними полостями. Предполагается, что ввиду высокой массовой доли молочного белка в сухом молоке, его мицеллы в частице контактируют друг с другом и тоже образуют пространственный каркас.

Лактоза в частице может находиться в кристаллическом состоянии. При этом кристаллы лактозы могут располагаться как на поверхности, так и внутри частиц. Кристаллизованная лактоза оказывает непосредственное влияние на пористость частиц.

Молочный жир, имеющий форму близкую к шарообразной, в основном равномерно распределён в частицах, располагаясь как на поверхности, так и внутри, в том числе на поверхности полостей и стенок капилляров. Условно жир подразделяют на три основные группы: поверхностно свободный жир, жир содержащийся во внутренних областях полостей и защищённый жир, который не экстрагируется жирорастворителем при отсутствии механического воздействия на частицы сухого молока. Массовая доля свободного поверхностного жира колеблется от 0,5 до 20,0%.

Теоретические основы сушки

Сушка – это процесс удаления влаги. При производстве всех видов сухих молочных продуктов процесс удаления свободной влаги проводят в две ступени – сгущение и сушка сгущенного продукта. Сгущение выпариванием производится до такой величины общей массовой доли сухих веществ, при которой массовая доля ККФК в воде не превышает 18-20% и продукт не утрачивает текучесть.

Сгущенные смеси высушивают до конечной влажности, устанавливаемой в зависимости от форм связи воды с составными частями сухого вещества сухого вещества. Конечная влажность сухого молочного продукта, представляющая собой связанную воду, составляет не более 15% массовой доли белка в нем. На этом основано нормирование массовой доли влаги в сухих молочных продуктах, по достижении которой заканчивается процесс сушки.

В молоке цельном наряду со свободной содержится связанная влага. Связанная вода недоступна микроорганизмам, не является растворителем, не участвует в микробиологических и биохимических процессах, не замерзает при 0°С. Она, прочно связана с составными частями молока. Удаление её сопровождается необратимыми изменениями сухих веществ перерабатываемого молока-сырья. Исходя из вышесказанного, связанная вода должна быть оставлена в сухих молочных продуктах.

При сушке в потоке горячего воздуха или контактным способом нельзя допускать перегрева, пересыхания и пригарания сухого порошка.

Сухое цельное молоко

Все технологические операции получения сухого молока можно подразделить на две группы:

процессы обработки исходного сырья до сушки;
сушка и все последующие операции.

Технологические операции первой группы являются общими для производства молочных консервов:

приёмка, оценка качества, сортировка, очистка, охлаждение и резервирование;
нормализация состава молока, тепловая обработка, сгущение;
гомогенизация сгущенного молока.

Вторая группа операций составляет:

сушка, охлаждение сухого продукта;
фасовка, упаковка, хранение.

При производстве сухого молока нормализованное по жиру и сухому веществу молоко пастеризуют при температуре не менее 90°С. Для сгущения нормализованного молока используют многокорпусные вакуум-выпарные установки, работающие по принципу падающей пленки или циркуляционные установки. Технические параметры сгущения поддерживают в пределах, указанных в инструкции по эксплуатации применяемых вакуум-выпарных установок.

Необходимость гомогенизации сгущенного молока обусловлена тем, что при механической, тепловой обработке и сгущении происходит дестабилизация жировой фракции молока (выделение свободного жира), способствующая окислению жира и порче продукта при хранении. Поэтому для повышения стабильности и снижения содержания свободного жира молоко гомогенизируют. Гомогенизация осуществляется при температуре 50–60°С и давлении 10–15 МПа для одноступенчатого гомогенизатора; для двухступенчатого гомогенизатора при давлении 11,5–12,5 МПа на первой ступени и 2,5–3,0 МПа на второй ступени. После гомогенизации сгущенное молоко поступает в промежуточную емкость и затем на сушку.

В сухом цельном молоке массовая доля жира составляет 20–25% и влаги не более 4–7%. Исходя из состава сухого молока можно заключить, что оно не является абсолютно сухим, в нем содержится так называемая неудаляемая влага. По мере высушивания оставшаяся в продукте влага все прочнее удерживается в нем вследствие увеличения сил сцепления и возрастания сопротивления движению воды. Поэтому продукт можно высушить только до равновесной влажности, соответствующей относительной влажности и температуре сушильною агента.

В зависимости от метода удаления влаги применяют разные способы сушки: пленочный (контактный), распылительный (воздушный) и сублимационный.

Сушильные установки перед подачей сгущенного продукта подготавливают. Для этого камеру распылительных сушилок прогревают 15-20 мин и распыляют горячую воду в течение 5-7 мин. Контактные сушилки прогревают, пропуская горячую воду.

Режим сушки контролируют по основному показателю – температуре входящего в сушилку горячего воздуха и выходящего из него.

Пленочный способ

При пленочном способе сушка осуществляется в вальцовых сушилках. Сгущенное молоко наносят распылением или тонким слоем на вращающиеся вальцы, поверхность которых нагревается паром до температуры 105–130°С. В результате контакта высушиваемого продукта с горячей поверхностью вальцов молоко высушивается в виде тонкой пленки. Эта пленка снимается специальными ножами и поступает к элеватору мельницы для размельчения. Процесс сушки на вальцовых сушилках не должен превышать 2с, так как высокая температура поверхности нагрева вызывает существенные изменения в высушиваемом молоке. В результате контакта с нагретой поверхностью значительная часть жира оказывается не защищенной оболочкой. В связи с этим и вследствие низкой растворимости готового продукта пленочный способ применяют при производстве сухого обезжиренного молока и сыворотки.

Сублимационная сушка

При сублимационной сушке удаление влаги происходит из замороженных продуктов с содержанием сухих веществ до 40%. Процесс сублимационной сушки осуществляется при температуре замороженного продукта –25°С и остаточном давлении в сублиматоре 0,0133–0,133 кПа. Продукты, полученные при сублимационной сушке, легко восстанавливаются, сохраняют вкус, химический состав и структуру. Сублимационной сушкой получают сухие кисломолочные продукты, закваски, смеси для мороженого.

Распылительная сушка

При распылительном способе сушка осуществляется в результате контакта распыляемого сгущенного продукта с горячим воздухом. Сгущенное молоко распыляется в сушильной камере с помощью дисковых и форсуночных распылителей. В дисковых распылителях сгущенное молоко распыляется под действием центробежной силы вращающегося диска, из сопла которого молоко выходит со скоростью 150–160 м/с и раздробляется на мельчайшие капли из-за сопротивления воздуха. В форсуночные распылители сгущенное молоко подается под высоким давлением (до 24,5 МПа).

При сушке на распылительных сушилках сгущенное молоко распыляется в верхней части сушилки, куда подается горячий воздух. Горячий воздух, смешиваясь с мельчайшими каплями молока, отдает им часть тепла, под действием которого влага испаряется, и частицы молока быстро высушиваются. Высокая скорость сушки (испарения) обусловлена большой поверхностью соприкосновения мелкодисперсного молока с горячим воздухом. При быстром испарении влаги воздух охлаждается до 75–95°С, поэтому тепловое воздействие на продукт незначительно и растворимость его высокая. Высушенное молоко в виде порошка оседает на дно сушильной башни.

Распылительные сушилки в зависимости от движения воздуха и частиц молока разделяют на три вида: прямоточные, в которых движение воздуха и молока параллельно; противоточные, в которых движение частиц молока и воздуха противоположно; смешанные – со смешанным движением воздуха и частиц молока.

Наиболее рациональными и прогрессивными являются высокопроизводительные прямоточные распылительные сушилки, в которых степень растворимости сухого молока достигает 96–98%.

Подготовленное молоко очищают на центробежном молокоочистителе, затем нормализуют и пастеризуют при режимах, описанных выше. После пастеризации молоко поступает на сгущение в трехступенчатую вакуум-выпарную установку, работающую по принципу падающей пленки. Сгущенное до массовой доли сухих веществ 43–52% молоко гомогенизируют, направляют в промежуточную емкость, снабженную мешалкой и нагревательной рубашкой. Из промежуточной емкости сгущенное молоко насосом подают в сушильную камеру. При этом оно должно иметь температуру не менее 40°С.

В соответствии с техническими характеристиками распылительных сушилок необходимо соблюдать следующие режимы сушки:

температура воздуха, поступающего в сушильную установку прямоточного типа, должна быть 165–180°С, а на выходе из сушильной башни — 65–85°С;
для сушильных установок со смешанным движением воздуха и продукта температура воздуха, поступающего в сушильную башню, должна быть 140–170°С, а на выходе из башни — 65–80°С.

На выходе из сушильной башни сухое цельное молоко просеивают на встряхивающем сите и направляют на охлаждение.

Быстрорастворимое молоко

Это сухой порошок, состоящий из агломерированных частиц, со вкусом и запахом, свойственными пастеризованному молоку; с массовой долей жира – не менее 25- и 15%, влаги – не более 4%, соево-фосфатидных добавок – не более 0,5 %.

Особенности производства быстрорастворимого молока заключаются в двухступенчатой сушке, рециркуляции мелких частиц, участвующих в формировании агломератов, и внесении соево-фосфатидных добавок. При производстве быстрорастворимого молока на первой ступени сушки получают обычное сухое молоко, которое затем увлажняют. При увлажнении сухого продукта происходят укрупнение частиц молока, т. е. его агломерация, и переход лактозы из аморфного состояния в кристаллическое. На второй ступени проводится досушка увлажненного продукта до стандартной влаги. Высушенные на второй ступени частицы молока благодаря агломерированию приобретают пористую структуру. При растворении молока с пористой структурой вода проникает внутрь частицы и способствует ее растворению. Быстрое проникновение воды достигается также повышением смачиваемости за счет внесения соево-фосфатидных добавок.

Схема технологической линии производства быстрорастворимого молока аналогична производству сухого молока от приемки до сушки, однако включает следующие дополнительные стадии: агломерацию частиц сухого молока, возврат циклонной фракции, досушку, приготовление соево-фосфатидных добавок и внесение их в сухое молоко. Сушка сгущенного молока осуществляется до массовой доли влаги в сухом молоке на выходе из башни (3,75±2,25)%. Полученное сухое молоко подают в агломерационную камеру, где оно дополнительно увлажняется пахтой или обезжиренным молоком до массовой доли влаги 7–9% и агломерируется в псевдоожиженном слое. При этом в агломерационную камеру возвращается циклонная фракция на повторное увлажнение и агломерацию. Влажный порошок из агломерационной камеры направляется в первую секцию инстантайзера, где в псевдоожиженном слое происходит досушивание продукта до массовой доли влаги (4,25±0,25)% при температуре воздуха (105±15)°С.

Смесь соево-фосфатидных добавок с топленым маслом, приготовленную согласно рецептуре, расплавляют при температуре (65±5)°С и перемешивают. Затем смесь подают в форсунки и направляют на сухое молоко. После внесения добавок продукт досушивают до стандартной влаги во второй секции инстантайзера при температуре воздуха (75±5)°С. Затем готовый продукт охлаждают до 25 °С в третьей секции инстантайзера.

Охлаждение сухого молока может проводиться либо воздухом в системе пневмотранспорта, либо в псевдоожиженном состоянии продукта. Охлажденный сухой продукт из промежуточного бункера для хранения транспортируется на фасование.

Сухие молочные продукты упаковывают в герметическую потребительскую и транспортную тару. К потребительской таре относятся металлические банки со сплошной или съемной крышкой и массой нетто 250, 500 и 1000 г; комбинированные банки со съемной крышкой, имеющие массу нетто 250, 400 и 500 г с внутренним герметично заделанным пакетом из алюминиевой фольги, бумаги и других материалов; клееные пачки с целлофановыми вкладышами массой нетто 250 г. Быстрорастворимое сухое молоко упаковывают в обычных условиях или в среде азота с предварительным вакуумированием. В качестве транспортной тары применяют бумажные непропитанные четырех- и пятислойные мешки; картонные набивные барабаны; фанерно-штампованные бочки с мешками-вкладышами из полиэтилена массой нетто 20–30 кг.

Сухое цельное молоко в потребительской таре (кроме клееных пачек с целлофановыми вкладышами) и транспортной таре с полиэтиленовыми вкладышами хранят при температуре от 0 до 10°С и относительной влажности воздуха не более 85% не более 8 мес со дня выработки. Сухое молоко в клееных пачках с целлофановыми вкладышами и фанерно-штампованных бочках с вкладышами из целлофана, пергамента хранят при температуре от 0 до 20°С и относительной влажности воздуха не более 75% в течение не более 3 мес со дня выработки. Сухое быстрорастворимое молоко 15 и 25%-ной жирности хранят при температуре от 1 до 10°С, относительной влажности не более 85% и не более 6 мес со дня выработки.

Для расширения ассортимента сухих молочных продуктов производят продукты с пониженным и повышенным содержанием жира, сухие кисломолочные продукты и смеси для мороженого.

Сухие кисломолочные продукты вырабатывают из нормализованного сгущенного молока, заквашенного чистыми культурами молочнокислых бактерий, путем высушивания в распылительных сушильных установках. Производство сухих кисломолочных продуктов аналогично производству сухого цельного молока с введением дополнительной операции – заквашивания сгущенного молока.

Сухие смеси для мороженого получают путем высушивания на распылительных установках пастеризованных смесей, приготовленных из цельного, обезжиренного молока, сливок, сахара, стабилизатора и наполнителей, или смешиванием сухой молочной основы с сахарной пудрой. Особенности производства сухих смесей для мороженого заключаются в проведении дополнительных операций по подготовке компонентов и составлению смеси.