Оптимізація температури пастеризації молока

Мікроорганізми, що містяться в пастеризованому молоці, називаються залишковою мікрофлорою. Залишкова мікрофлора може виникати з двох причин: це мікроорганізми, які витримали пастеризацію, і мікроорганізми, що потрапили в пастеризоване молоко в результаті вторинного обсіменіння (зараження пастеризованого молока мікрофлорою, що міститься на стінках молочного обладнання, молокопроводів, ємностей, в повітрі та ін.). Оскільки мета пастеризації - знищення мікроорганізмів, залишкова мікрофлора може свідчити про неефективність пастеризації або про порушення правил зберігання та транспортування пастеризованого молока.

Кількість мікроорганізмів, які витримали пастеризацію, залежить від трьох чинників:

• режиму пастеризації;
• початкової кількості мікроорганізмів у сирому молоці;
• якісного складу мікрофлори сирого молока.

Режим пастеризації характеризується температурою пастеризації і експозицією (витримкою молока при температурі пастеризації протягом певного часу). Чим вище температура пастеризації і тривалість експозиції, тим сильніше розкладаються вітаміни, ферменти, амінокислоти. Тим більшим змінам піддаються жирові і білкові кульки. Тобто зі збільшенням жорсткості режиму пастеризації знижується його поживна цінність і технологічні властивості, а енерговитрати - навпаки, зростають. Чим більш щадний режим пастеризації, тим він економніше, але тим більш високі вимоги пред"являються до кількісного та якісного складу мікрофлори сирого молока.

Теоретична залежність експозиції від температури пастеризації була виведена Дальбергом і має вигляд:

 (1)

де

t – час витримки продукту при температурі пастеризації, с;

T - температура пастеризації, ⁰С;

a и b – коефіцієнти, які залежать від середовища існування мікроорганізмів та їх теплостійкості.

У 1951 р Г.А. Кук визначив коефіцієнти в рівнянні Дальберга стосовно молока й туберкульозної палички: a = 36,84; b = 0,48. Рівняння Дальберга-Кука має вигляд:

 (2)

Виразивши з рівняння Дальберга-Кука (2) змінну t, воно матиме вигляд:

 (3)

Значення витримки для різних температур пастеризації наведені в таблиці 1:

Таблиця 1

На підставі цих теоретичних даних були розроблені практичні режими пастеризації. Вони жорсткіші, ніж теоретичні. Так, для туберкульозної палички рівняння Дальберга-Кука дає значення витримки 0,02 секунди при температурі пастеризації 85 ⁰С, і 0,002 секунди при температурі 90 ⁰С. Однак відповідно до «Інструкції з профілактики та боротьби з туберкульозом тварин» (пункт 6.1) [1], режим знезараження молока від мікобактерій туберкульозу передбачає його нагрівання до 85 ⁰С з витримкою 30 хв, або до 90 ⁰С з витримкою 5 хв. А для інфрачервоних пастеризаторів - 79 ± 0,5 ⁰С без витримки. Завдяки особливостям конструкції інфрачервоних пастеризаторів, режими знезараження для них наближені до теоретичних, наведених в таблиці 1, що дозволяє максимально зберегти поживні та технологічні властивості пастеризованого молока. Детальніше про особливості режимів пастеризації інфрачервоних пастеризаторів можна дізнатися зі статті «Режим знезараження молока для інфрачервоних пастеризаторів» [2].

Практичні режими пастеризації жорсткіші теоретичних, тому що мікроорганізми мутують, підвищуючи свою резистентність як до антибіотиків, так і до теплового впливу. Крім того, бактеріальна забрудненість молока часто перевищує норми, для яких розроблялися теоретичні режими пастеризації.
Зазвичай ефективність пастеризації при температурі 73 ± 1 ⁰С з витримкою 15-20 секунд не опускається нижче 99,8%. Це означає, що пастеризацію витримують не більше 0,2% від початкової кількості мікрофлори, що містилася в незбираному молоці. Якщо початкова бактеріальна забрудненість молока задовольняє ДСТУ 3662 до: 2015 «Молоко-сировина коров"яче» [3], після пастеризації при температурі 73 ⁰С з витримкою 15-20 секунд з негайним охолодженням вона буде задовольняти вимогам ДСТУ 2661: 2010 «Молоко коров"яче питне » [4].
Однак ефективність пастеризації може зменшуватися навіть нижче 98%, якщо знезаражується молоко з високим бактеріальним обсіменінням і високим вмістом соматичних клітин. Це молоко, отримане від корів, хворих на мастит; молоко з високим механічним забрудненням та ін. Особливо якщо перед пастеризацією воно протягом декількох годин зберігалося при температурі вище 8-10 ⁰С. Таке молоко вважається несортовим і його вживання людьми заборонене. Однак після знезараження ним можна випоювати телят. Температура випоювання молока повинна бути 38-40 ⁰С, а це найсприятливіша температура для розмноження мікрофлори. Кількість соматичних клітин в такому молоці може сягати 13 млн. в 1 см³, а бактеріальна забрудненість - перевищувати 5 млн. в 1 см³. Крім високого бактеріального обсіменіння та високого вмісту соматичних клітин подібне молоко відрізняється складом мікрофлори: в ньому міститься підвищена кількість термофільних бактерій, стійких до температурного впливу.
Якщо початкова бактеріальна забрудненість молока була 5 млн. в 1 см³, після пастеризації при температурі 73 ⁰С з витримкою 15-20 секунд вона виявиться не меншою, ніж 100 тис. і без охолодження буде подвоюватися кожні 19-20 хв. Через 2 години бактеріальна забрудненість пастеризованого молока наблизиться до початкового показника 5 млн. в 1 см³, що є неприпустимим для випоювання телят і може привести до отруєння і загибелі тварин. Період 2 години обраний тому, що одна година йде на пастеризацію, і ще одна - на випоювання телят.
Загальну бактеріальну забрудненість молока під кінець випоювання телят можна визначити за формулою:

 (4)

де

Bкінцвип - бактеріальна забрудненість молока під кінець випоювання телят, в 1 см³;

Bкінцпастер - бактеріальна забрудненість молока під кінець пастеризації, в 1 см³;

tвипоюв – час, що витрачається на випоювання телят, хв;

A - період ділення клітин залишкової мікрофлори, в подальшому він прирівняний 19 хвилинам.

 (5)

де

Bпоч - бактеріальне забруднення незбираного молока, що поступає на пастеризацію, в 1 см3;

𝞰пастер - ефективність пастеризації, %;

tпастер – час, що витрачається на пастеризацію молока, хв.

З виведенням формули (5) можна ознайомитися в статті «Динаміка зростання залишкової мікрофлори в процесі пастеризації» [5].

Ефективність пастеризації на інфрачервоних пастеризаторах при температурі 87 ⁰С з витримкою кілька секунд перевищує 99,8% навіть для несортового молока з високим бактеріальним обсіменінням. Якщо початкова бактеріальна забрудненість молока сягала 5 млн. в 1 см³, а температура пастеризації – 87 ⁰С,  відразу після пастеризації, що тривала 1 годину, вона складе 18,1 тис. А ще через 1 годину, к кінцю випоювання телят, вона відповідно до формули (4) не перевищить 162 тис. в 1 см³, що є безпечним для випоювання телят.

Таким чином, рекомендації щодо оптимізації температурного режиму полягають у наступному:

1.  Температура пастеризації повинна бути якомога нижчою, але при цьому - забезпечувати прийнятний рівень залишкової мікрофлори до кінця випоювання телят. Для визначення мінімальної температури пастеризації при заданому рівні бактеріального обсіменіння молока, що надходить на пастеризацію, можна користуватися формулою:

 (6)

де

T – температура пастеризації інфрачервоного пастеризатора, ⁰C.

Температура пастеризації для різної бактеріальної забрудненості наведена в таблиці 2:

Таблиця 2

2.  Якщо бактеріальна забрудненість сирого молока відповідає сорту «Екстра» згідно ДСТУ 3662 до: 2015 «Молоко-сировина коров"яче» [3], і не перевищує 100 тис. в 1 см³, кількість соматичних клітин ≤ 400 тис. в 1 см³, оптимальна температура пастеризації становить 74 ⁰С;
3.  Якщо бактеріальна забрудненість сирого молока відповідає сорту «Вищий» ДСТУ 3662 до: 2015 «Молоко-сировина коров"яче» [3], і не перевищує 300 тис. в 1 см³, кількість соматичних клітин ≤ 400 тис. в 1 см³, оптимальна температура пастеризації становить 76 ⁰С;
4.  Якщо бактеріальна забрудненість сирого молока відповідає 1 сорту ДСТУ 3662 до: 2015 «Молоко-сировина коров"яче» [3], і не перевищує 500 тис. в 1 см³, кількість соматичних клітин ≤ 600 тис. в 1 см³, оптимальна температура пастеризації становить 78 ⁰С;
5.  Якщо бактеріальна забрудненість сирого молока відповідає 2 сорту ДСТУ 3662 до: 2015 «Молоко-сировина коров"яче» [3], і не перевищує 3 млн. в 1 см³, кількість соматичних клітин ≤ 800 тис. в 1 см³ оптимальна температура пастеризації становить 86 ⁰С;
6.  Якщо на знезараження надходить несортове молоко для випоювання телят, отримане від групи маститних корів з бактеріальним обсіменінням > 3 млн. в 1 см³, числом соматичних клітин > 800 тис. в 1 см³, зі ступенем чистоти відповідно до стандарту нижче 2, оптимальна температура пастеризації такого молока становить 87-88 ⁰С;
7.  Як видно з формули (4), для мінімізації бактеріального обсіменіння молока, яким випоюють телят Bкінц, потрібно максимально скоротити час, що витрачається на пастеризацію молока Tпастер і час, що витрачається на випоювання телят Tвипоюв. Для мінімізації часу, що витрачається на пастеризацію молока Tпастер, потрібно застосовувати пастеризатор з продуктивністю, що відповідає об’єму молока, яке треба обробити. Якщо для випоювання телят необхідно знезаразити 1 тонну молока, продуктивність пастеризатора повинна бути не меншою, ніж 1000 л/год. Відповідно, для мінімізації Tвипоюв має бути задіяно обладнання та людські ресурси, які дадуть змогу закінчити випоювання телят на протязі 1 години;
8.  Щоб уникнути вторинного обсіменіння пастеризованого молока необхідно забезпечити якісну промивку молочного обладнання, молокопроводів, ємностей, мінімізувати контакт молока з повітрям. Забезпечити виконання правил зберігання і транспортування пастеризованого молока.

Фомін Р.Г., Сімонов Є.Б.
01.02.2019