Оптимизация температуры пастеризации молока

Микроорганизмы, содержащиеся в пастеризованном молоке, называются остаточной микрофлорой. Остаточная микрофлора может возникать по двум причинам: это микроорганизмы, выдержавшие пастеризацию, и микроорганизмы, попавшие в пастеризованное молоко в результате вторичного обсеменения (заражение пастеризованного молока микрофлорой, содержащейся на стенках молочного оборудования, молокопроводов, емкостей, в воздухе и т.д.). Поскольку цель пастеризации – уничтожение микроорганизмов, остаточная микрофлора может свидетельствовать о неэффективности пастеризации или о нарушении правил хранения и транспортировки пастеризованного молока.

Количество микроорганизмов, выдержавших пастеризацию, зависит от трёх факторов:

• режима пастеризации;
• изначального количества микроорганизмов в сыром молоке;
• качественного состава микрофлоры сырого молока.

Режим пастеризации характеризуется температурой пастеризации и экспозицией (выдержкой молока при температуре пастеризации в течение определённого времени). Чем выше температура пастеризации и длительность экспозиции, тем сильнее разлагаются витамины, ферменты, аминокислоты. Тем большим изменениям подвергаются жировые и белковые шарики. То есть с увеличением жёсткости режима пастеризации снижается его питательная ценность и технологические свойства, а энергозатраты – напротив, растут. Чем более щадящий режим пастеризации, тем он экономичнее, но тем более высокие требования предъявляются к количественному и качественному составу микрофлоры сырого молока.

Теоретическая зависимость экспозиции от температуры пастеризации была выведена Дальбергом и имеет вид:

 (1)

где

t - время выдержки продукта при температуре пастеризации, с;

T - температура пастеризации, ⁰С;

a и b – коэффициенты, зависящие от среды обитания микроорганизмов и их теплоустойчивости.

В 1951 г. Г.А. Кук определил коэффициенты в уравнении Дальберга применительно к молоку и туберкулёзной палочке: a=36,84; b=0,48. Уравнение Дальберга-Кука имеет вид:

 (2)

где

lnt - натуральный логарифм от t, времени выдержки продукта при температуре пастеризации.

Выразив из уравнения Дальберга-Кука (2) переменную t, оно приобретёт вид:

 (3)

Значения выдержки для различных температур пастеризации приведены в таблице 1:

Таблица 1

На основании этих теоретических данных были разработаны практические режимы пастеризации. Они жёстче, чем теоретические. Так, для туберкулёзной палочки уравнение Дальберга-Кука даёт значение выдержки 0,02 секунды при температуре пастеризации 85 ⁰С, и 0,002 секунды при температуре 90 ⁰С. Однако в соответствии с «Инструкцией по профилактике и борьбе с туберкулёзом животных» (пункт 6.1) [1], режим обеззараживания молока от микобактерий туберкулёза предполагает его нагрев до 85 ⁰С с выдержкой 30 мин, или до 90 ⁰С с выдержкой 5 мин. А для инфракрасных пастеризаторов - 79±0,5 ⁰С без выдержки. Благодаря особенностям конструкции инфракрасных пастеризаторов, режимы обеззараживания для них приближены к теоретическим, приведенным в таблице 1, что позволяет максимально сохранить питательные и технологические свойства пастеризованного молока. Подробнее об особенностях режимов пастеризации инфракрасных пастеризаторов можно прочитать в статье «Режим обеззараживания молока для инфракрасных пастеризаторов» [2].

Практические режимы пастеризации жёстче теоретических, потому что микроорганизмы мутируют, повышая свою резистентность как к антибиотикам, так и к тепловому воздействию. Кроме того, бактериальная обсеменённость молока часто превышает нормы, для которых разрабатывались теоретические режимы пастеризации.

Обычно эффективность пастеризации при температуре 73±1 ⁰С с выдержкой 15-20 секунд не опускается ниже 99,8%. Это значит, что пастеризацию выдерживают не более 0,2% изначально содержавшихся в нём микроорганизмов. Если начальная бактериальная обсеменённость молока удовлетворяет ДСТУ 3662:2015 «Молоко-сировина коров’яче» [3], после пастеризации при температуре 73 ⁰С с выдержкой 15-20 секунд с последующим немедленным охлаждением она будет удовлетворять требованиям ДСТУ 2661:2010 «Молоко коров’яче питне» [4].

Однако эффективность пастеризации может снижаться даже ниже 98%, если обеззараживается молоко с высокой бактериальной обсеменённостью и высоким содержанием соматических клеток. Это молоко, полученное от коров, больных маститом; молоко с высоким механическим загрязнением и т.д. Особенно если перед пастеризацией оно в течение нескольких часов хранилось при температуре выше 8-10 ⁰С. Такое молоко считается несортовым и его употребление людьми запрещено. Однако после обеззараживания им можно выпаивать телят. Температура выпаиваемого молока должна быть 38-40 ⁰С, а это оптимальная температура для размножения микрофлоры. Количество соматических клеток в таком молоке может достигать 13 млн. в 1 см³, а бактериальная обсеменённость – превышать 5 млн. в 1 см³. Кроме высокой бактериальной обсеменённости и высокого содержания соматических клеток подобное молоко отличается составом микрофлоры: в нём содержится повышенное количество термофильных бактерий, устойчивых к температурному воздействию.

Если начальная бактериальная обсеменённость молока была 5 млн. в 1 см³, после пастеризации при температуре 73 ⁰С с выдержкой 15-20 секунд она окажется не менее 100 тыс. и без охлаждения будет удваиваться каждые 19-20 мин. Через 2 часа бактериальная обсеменённость пастеризованного молока приблизится к начальному показателю 5 млн. в 1 см³, что является недопустимым для выпойки телят и может привести к отравлению и гибели животных. Период 2 часа выбран потому, что один час уходит на пастеризацию, и ещё один – на выпойку телят.

Общую бактериальную обсеменённость молока к концу выпойки телят можно определить по формуле:

 (4)

где

Bконвып - бактериальная обсеменённость молока к концу выпойки телят, в 1 см³;

Bконпастер - бактериальная обсеменённость молока к концу пастеризации, в 1 см³;

A – период деления клеток остаточной микрофлоры, в дальнейшем он приравнен 19 минутам;

tвыпойки – время, затрачиваемое на выпойку телят, мин.

 (5)

где

Bнач - бактериальная обсеменённость поступающего на пастеризацию сырого молока, в 1 см³;

𝞰пастер - эффективность пастеризации, %;

tпастер – время, затрачиваемое на пастеризацию молока, мин.

С выводом формулы (5) можно ознакомиться в статье «Динамика роста остаточной микрофлоры в процессе пастеризации» [5].

Эффективность пастеризации 𝞰пастер на инфракрасных пастеризаторах при температуре 87 ⁰С с выдержкой несколько секунд превышает 99,8% даже для несортового молока с высокой бактериальной обсеменённостью. Если начальная бактериальная обсеменённость молока достигала 5 млн. в 1 см³, а температура пастеризации – 87 ⁰С, сразу после пастеризации, длившейся 1 час, в соответствии с формулой (5) она составит 18,1 тыс. А ещё через 1 час, к концу выпойки телят, она в соответствии с формулой (4) не превысит 162 тыс. в 1 см³, что является безопасным для выпойки телят.

Таким образом, рекомендации по оптимизации температурного режима состоят в следующем:

1.  Температура пастеризации должна быть как можно более низкой, но при этом - обеспечивать приемлемый уровень остаточной микрофлоры к концу выпойки телят. Для определения минимальной температуры пастеризации при заданном уровне бактериальной обсеменённости поступающего на пастеризацию молока можно пользоваться формулой:

 (6)

где

T – температура пастеризации инфракрасного пастеризатора, ⁰C.

Температура пастеризации для разной бактериальной обсеменённости приведена в таблице 2:

Таблица 2

2.  Если бактериальная обсеменённость сырого молока соответствует сорту «Экстра» согласно ДСТУ 3662:2015 «Молоко-сировина коров’яче» [3], и не превышает 100 тыс. в 1 см³, число соматических клеток ≤ 400 тыс. в 1 см³, оптимальная температура пастеризации составляет 74 ⁰С;

3.  Если бактериальная обсеменённость сырого молока соответствует сорту «Высший» ДСТУ 3662:2015 «Молоко-сировина коров’яче» [3], и не превышает 300 тыс. в 1 см³, число соматических клеток ≤ 400 тыс. в 1 см³, оптимальная температура пастеризации составляет 76 ⁰С;

4.  Если бактериальная обсеменённость сырого молока соответствует 1 сорту ДСТУ 3662:2015 «Молоко-сировина коров’яче» [3], и не превышает 500 тыс. в 1 см³, число соматических клеток ≤ 600 тыс. в 1 см³, оптимальная температура пастеризации составляет 78 ⁰С;

5.  Если бактериальная обсеменённость сырого молока соответствует 2 сорту ДСТУ 3662:2015 «Молоко-сировина коров’яче» [3], и не превышает 3 млн. в 1 см³, число соматических клеток ≤ 800 тыс. в 1 см³ оптимальная температура пастеризации составляет 86 ⁰С;

6.  Если на обеззараживание поступает несортовое молоко для выпойки телят, полученное от группы маститных коров с бактериальной обсеменённостью > 3 млн. в 1 см³, числом соматических клеток > 800 тыс. в 1 см³, со степенью чистоты согласно эталону ниже 2, оптимальная температура пастеризации для такого молока составляет 87-88 ⁰С;

7.  Как видно из формулы (4), для минимизации бактериальной обсеменённости выпаиваемого телятам молока Bкон нужно максимально сократить время, затрачиваемое на пастеризацию молока Tпастер и время, затрачиваемое на выпойку телят Tвыпойки. Для минимизации времени, затрачиваемого на пастеризацию молока Tпастер, нужно применять пастеризатор с производительностью, соответствующей объёму обеззараживаемого молока. Если для выпойки телят необходимо обеззаразить 1 тонну молока, производительность пастеризатора должна быть не меньше 1000 л/ч. Соответственно, для минимизации Tвыпойки должно быть выделено оборудование и человеческие ресурсы, обеспечивающие выпойку телят за время не более 1 часа;

8.  Во избежание вторичного обсеменения пастеризованного молока необходимо обеспечить качественную промывку молочного оборудования, молокопроводов, емкостей, минимизировать контакт молока с воздухом. Обеспечить исполнение правил хранения и транспортировки пастеризованного молока.

Фомин Р.Г., Симонов Е.Б.

01.02.2019