Технология производства стерилизованного молока: комплексный анализ современных методов, оборудования и материального баланса

В эпоху глобализации и растущей урбанизации доступ к безопасным, питательным и долговечным продуктам питания становится не просто удобством, а насущной необходимостью. В этом контексте стерилизованное молоко занимает особое место в рационе миллионов потребителей по всему миру. Способность этого продукта сохранять свои потребительские свойства на протяжении многих месяцев без холодильника, при этом обеспечивая полную микробиологическую безопасность, делает его незаменимым решением для регионов с ограниченной инфраструктурой, отдаленных территорий и стран с жарким климатом. Оно не только гарантирует стабильное снабжение населения высококачественным молочным продуктом, но и значительно упрощает логистику и расширяет экспортные возможности молочных предприятий.

Целью настоящей курсовой работы является проведение исчерпывающего анализа современных технологий производства стерилизованного молока, начиная от детального изучения требований к сырью и заканчивая описанием передового оборудования и методов расчета материального баланса. Работа призвана систематизировать знания о физико-химических и микробиологических принципах, лежащих в основе стерилизации, раскрыть особенности различных технологических схем и рассмотреть вопросы контроля качества и безопасности.

В рамках данной работы будут поставлены и решены следующие задачи:

• Рассмотреть теоретические основы процесса стерилизации, выявив ключевые отличия от пастеризации и влияние на состав продукта.
• Проанализировать современные методы стерилизации, включая классическую, в потоке и ультравысокотемпературную (УВТ) обработку, с оценкой их преимуществ и недостатков.
• Детально изучить требования к качеству сырого молока, необходимые для производства стерилизованного продукта, с акцентом на критические физико-химические и микробиологические показатели.
• Представить типовую технологическую схему производства стерилизованного молока, подробно описав каждый этап и его аппаратурное оформление.
• Проанализировать принципы действия и конструктивные особенности основного технологического оборудования, используемого в процессе.
• Описать методы расчета материального баланса и его применение для оптимизации производственных процессов и снижения потерь.
• Рассмотреть системы контроля качества и безопасности на всех этапах производства, а также соответствующую нормативную документацию.
• Изучить вопросы организации эксплуатации и ремонта технологического оборудования.

Данная работа послужит комплексным руководством для студентов и специалистов, стремящихся к глубокому пониманию всех аспектов современного производства стерилизованного молока.

Теоретические основы стерилизации молока

В основе производства стерилизованного молока лежит сложный, но тщательно выверенный процесс тепловой обработки, направленный на достижение максимальной микробиологической чистоты продукта. Этот процесс, называемый стерилизацией, кардинально отличается от других методов теплового воздействия, таких как пастеризация, по своим целям, режимам и, как следствие, по влиянию на характеристики конечного продукта. Понимание этих фундаментальных различий является ключом к осознанию всех нюансов данной технологии.

Сущность процесса стерилизации и его виды

В контексте молочной промышленности, стерилизация — это процесс тепловой обработки молока при температурах, значительно превышающих 100 °С, в течение достаточного времени для полного уничтожения всех форм микроорганизмов, включая термоустойчивые споры бактерий, что обеспечивает микробиологическую стабильность продукта при длительном хранении без охлаждения. Асептика в данном контексте относится к комплексу мер, обеспечивающих стерильность продукта и его упаковки на этапе розлива и герметизации, исключая повторное обсеменение после стерилизации.

В отличие от стерилизации, пастеризация представляет собой более мягкий режим тепловой обработки (от 60 °С до 100 °С), цель которой — уничтожение вегетативных форм патогенных и большинства сапрофитных микроорганизмов. При этом спорообразующие бактерии сохраняют жизнеспособность, что обуславливает необходимость хранения пастеризованного молока в охлажденном состоянии и ограниченный срок его годности (как правило, несколько дней).

Ультравысокотемпературная (УВТ) обработка (UHT – Ultra-High Temperature) является разновидности стерилизации, но с более коротким временем воздействия. Это интенсивная тепловая обработка, при которой молоко нагревается до очень высоких температур (135–150 °С) в течение всего 2–5 секунд. Главное отличие УВТ от классической стерилизации заключается в минимизации теплового воздействия на химический состав молока за счет чрезвычайно короткого времени выдержки, что позволяет лучше сохранить органолептические и питательные свойства продукта. Уничтожение микроорганизмов и их спор при УВТ-обработке осуществляется за счет комбинированного эффекта высоких температур и специфических условий теплопередачи.

Влияние на микроорганизмы при стерилизации носит необратимый характер. Высокие температуры вызывают денатурацию белков микроорганизмов, разрушение клеточных мембран и инактивацию ферментов, что приводит к их гибели. Особое внимание уделяется уничтожению спорообразующих бактерий, таких как _Bacillus cereus_ или _Clostridium botulinum_, которые могут выживать при пастеризации и представлять угрозу для здоровья потребителя. Полное уничтожение этих форм гарантирует безопасность стерилизованного молока, подтверждая его исключительную надежность как пищевого продукта.

Сравнительный анализ методов стерилизации: классическая, в потоке, УВТ

История стерилизации молока насчитывает несколько этапов развития, каждый из которых был направлен на улучшение качества продукта и оптимизацию производственных процессов. Сегодня существуют три основных метода стерилизации, каждый со своими особенностями: классическая стерилизация, стерилизация в потоке и ультравысокотемпературная (УВТ) обработка.

Классическая стерилизация — это исторически первый и наиболее продолжительный по времени метод.

• Режимы: Температура 115–120 °С с выдержкой 15–30 минут.
• Особенности оборудования: Обычно осуществляется в герметичных контейнерах (стеклянные бутылки, жестяные банки) с использованием автоклавов периодического действия. Молоко сначала фасуется в тару, а затем уже упакованный продукт подвергается тепловой обработке.
• Влияние на вкус: Из-за длительного воздействия высоких температур молоко приобретает выраженный «вареный» или карамельный привкус, изменяется его цвет на буровато-кремовый. Происходит более глубокая денатурация белков и реакция Майяра.
• Потери витаминов: Потери витаминов B₁₂ и C могут быть весьма значительными, достигая 43-100% из-за продолжительного теплового воздействия и окисления.
• Срок хранения: Обеспечивает длительный срок хранения (до 12 месяцев) без охлаждения.

Стерилизация в потоке представляет собой промежуточный этап между классической и УВТ-обработкой.

• Режимы: Температура 120-130 °С с выдержкой 10–20 минут.
• Особенности оборудования: Процесс происходит до розлива, с использованием стерилизаторов поточного действия, обычно трубчатых или пластинчатых теплообменников. Затем молоко охлаждается и разливается в асептическую тару.
• Влияние на вкус: Вкус менее «вареный» по сравнению с классическим методом, но все еще заметно отличается от свежего молока.
• Потери витаминов: Потери витаминов также присутствуют, но меньше, чем при классической стерилизации.
• Срок хранения: Длительный, сопоставимый с классической стерилизацией. Экономически более выгодна для больших объемов по сравнению с классическим методом.

Ультравысокотемпературная (УВТ) стерилизация (UHT) — это наиболее современный и широко применяемый метод.

• Режимы: Температура 135–150 °С с выдержкой всего 2–5 секунд.
• Особенности оборудования: Используются высокоэффективные поточные стерилизаторы (трубчатые, пластинчатые или прямого впрыска пара), способные мгновенно нагревать и охлаждать продукт. Требует последующего асептического розлива в стерильную упаковку.
• Влияние на вкус: Благодаря чрезвычайно короткому времени выдержки, вкус молока максимально приближен к пастеризованному, а «вареный» привкус практически отсутствует или минимален.
• Потери витаминов: Общие потери витаминов при УВТ-обработке составляют около 10%. В частности, потери витамина A могут достигать 10%, витамина B₂ — менее 10%, витамина B₆ — 7-14%, витамина B₁₂ — 15%, а витамина C — 15%. Это существенно меньше, чем при классической стерилизации.
• Срок хранения: Ультрапастеризованное молоко может храниться в герметичной упаковке без охлаждения от 6 до 12 месяцев. После вскрытия упаковки продукт рекомендуется хранить в холодильнике не более 4-5 дней.
• Особое внимание к ультрапастеризованному молоку: Этот термин часто используется для УВТ-молока, поскольку по качественным характеристикам оно приближается к пастеризованному, но имеет значительно увеличенный срок хранения. Это достигается за счет минимального теплового воздействия, сохраняющего нативные свойства молока.

В контексте систем нагрева, используемых для стерилизации в потоке и УВТ-обработки, различают системы прямого и косвенного нагрева. Косвенные системы, особенно с пластинчатыми теплообменниками, страдают от образования пригара на поверхностях нагрева, что снижает эффективность теплообмена и требует частой безразборной мойки. Прямая подача пара, хотя и обеспечивает быстрый и равномерный нагрев, реже используется из-за высоких энергозатрат на удаление конденсата и необходимости использования пара пищевого качества.

Преимущества и недостатки стерилизованного молока

Стерилизованное молоко, несмотря на некоторые изменения в его составе, обладает целым рядом неоспоримых преимуществ, которые обеспечивают его стабильную позицию на рынке. Однако важно также учитывать и потенциальные недостатки, связанные с применением высокотемпературных режимов.

Преимущества стерилизации:

• Длительное хранение: Одним из наиболее значимых преимуществ является возможность хранения продукта в герметичной упаковке до 12 месяцев без необходимости охлаждения. Это значительно упрощает логистику, расширяет географию сбыта и экспортные возможности.
• Полная микробиологическая безопасность: Ультравысокотемпературная (УВТ) стерилизация обеспечивает полное уничтожение всех вегетативных форм микроорганизмов, дрожжей, плесени, а также их спор, включая патогенные бактерии, такие как сальмонелла, листерия и кишечная палочка. Это делает продукт абсолютно безопасным даже для людей с ослабленным иммунитетом.
• Доступность в регионах с ограниченной инфраструктурой: Стерилизованное молоко является жизненно важным продуктом для обеспечения населения в отдаленных районах, регионах с перебоями в энергоснабжении или в жарком климате, где нет условий для хранения свежего или пастеризованного молока.
• Высокая устойчивость к воздействию кисломолочных бактерий: Благодаря полному уничтожению микрофлоры, стерилизованное молоко не подвержено быстрому скисанию, что обеспечивает его стабильность в открытой упаковке дольше, чем у пастеризованного.
• 100% дезинфекция сырья: Процесс стерилизации гарантирует полную дезинфекцию исходного сырья, исключая риск передачи заболеваний через молоко.
• Стерильное молоко в открытой упаковке не прокисает: После вскрытия упаковки продукт не прокисает традиционным образом, как свежее молоко. Однако со временем может приобрести горьковатый привкус из-за окисления молочного жира под воздействием воздуха и света.

Недостатки стерилизации:

• Изменение вкуса: Высокие температуры, особенно при классической стерилизации, могут придавать молоку характерный «вареный» или карамельный привкус, что не всегда нравится потребителям, привыкшим к свежему молоку.
• Частичная потеря некоторых витаминов: Хотя при УВТ-обработке потери минимизированы, они все же происходят. В частности, потери витамина A могут достигать 10%, витамина B₂ — менее 10%, витамина B₆ — 7-14%, витамина B₁₂ — 15%, а витамина C — 15%. При классической стерилизации в бутылках потери витаминов B₁₂ и C могут быть значительно выше, достигая 43-100%.
• Энергозатратность процесса: Процесс стерилизации является энергоемким. Однако стоит отметить, что ультравысокотемпературная обработка в потоке значительно экономичнее стерилизации в таре за счет эффективной регенерации тепла. В молочной отрасли на производственные процессы приходится до 80% потребляемой энергии, при этом внедрение энергоэффективных мер может снизить затраты до 45% с окупаемостью до 2 лет. Использование современных пастеризаторов и систем регенерации тепла позволяет снизить энергозатраты до 8 раз по сравнению с устаревшими аналогами.
• Физико-химические изменения составных частей молока: Продолжительное тепловое воздействие при периодической стерилизации может вызывать денатурацию сывороточных белков, а также другие изменения, влияющие на функциональные свойства молока.
• Возможное приобретение буровато-кремовой окраски: Это особенно характерно для классической стерилизации из-за реакции Майяра.
• Потеря способности к свертыванию сычужным ферментом: Стерилизованное молоко, особенно после интенсивной тепловой обработки, теряет способность эффективно свертываться под действием сычужного фермента, что делает его непригодным для производства большинства сыров и некоторых видов творога.
• Двухступенчатая стерилизация: Если применяется двухступенчатая стерилизация (например, предварительная стерилизация в потоке, затем в таре), это приводит к более заметным изменениям составных частей молока, но обеспечивает высочайшую стойкость продукта и возможность хранения более года без охлаждения.

Таким образом, выбор метода стерилизации всегда является компромиссом между микробиологической безопасностью, сроком хранения, органолептическими свойствами и экономическими показателями. Современные технологии, особенно УВТ-обработка, стремятся минимизировать негативные последствия, сохраняя при этом все ключевые преимущества стерилизованного продукта.

Требования к качеству сырого молока для производства стерилизованного продукта

Производство высококачественного стерилизованного молока начинается задолго до его поступления на перерабатывающее предприятие – оно начинается на ферме, с качества исходного сырья. Сырое молоко, предназначенное для стерилизации, должно соответствовать строжайшим требованиям, поскольку любые отклонения от нормы могут привести к дефектам готового продукта, снижению его безопасности и сокращению срока годности. Высокое качество исходного сырья является одним из ключевых факторов для успешного производства стерилизованного молока.

Нормативно-правовые требования к сырому молоку

В Российской Федерации и странах Таможенного союза качество и безопасность сырого молока регламентируются рядом ключевых нормативных документов. Основополагающими являются:

• ГОСТ Р 52054-2023 «Молоко сырое коровье. Технические условия»: Этот стандарт устанавливает общие требования к сырому молоку, предназначенному для промышленной переработки. Он охватывает такие аспекты, как органолептические показатели (вкус, запах, цвет, консистенция), физико-химические характеристики (массовая доля жира, белка, плотность, кислотность), микробиологические показатели (общее количество микроорганизмов, наличие патогенов), а также содержание соматических клеток, антибиотиков и ингибирующих веществ.
• Технические регламенты Таможенного союза (ТР ТС):
  • ТР ТС 021/2011 «О безопасности пищевой продукции»: Устанавливает общие требования безопасности ко всей пищевой продукции, включая молоко.
  • ТР ТС 033/2013 «О безопасности молока и молочной продукции»: Этот регламент является основным документом, определяющим специфические требования к безопасности молока и молочной продукции, включая сырое молоко. Он содержит нормативы по содержанию микроорганизмов, соматических клеток, антибиотиков, токсичных элементов, пестицидов, радионуклидов и других загрязняющих веществ.
• Санитарные правила и нормы (СанПиН): Дополняют требования ТР ТС, устанавливая санитарно-гигиенические условия производства, хранения и транспортировки молока, а также гигиенические требования к персоналу.

Согласно этим документам, сырое коровье молоко должно быть получено от здоровых продуктивных животных на территории, благополучной в отношении инфекционных и других общих для человека и животных заболеваний. Запрещается использовать молоко, полученное от больных или подозреваемых в заболеваниях животных. Также строго регламентируются условия приемки молок��: оно должно быть охлаждено до температуры не выше 4-6 °С не позднее двух часов после дойки, а его транспортировка должна осуществляться в чистой, продезинфицированной таре или цистернах.

Критические показатели качества сырья

Помимо общих нормативных требований, для производства стерилизованного молока существуют специфические критические показатели качества сырья, которые напрямую влияют на стабильность продукта в процессе высокотемпературной обработки и его конечные органолептические свойства:

1. Недопустимость использования молозива и стародойного молока:
   • Молозиво (молоко, полученное в первые 7 дней после отела) категорически не допускается к использованию для стерилизации. В молозиве сывороточные белки могут составлять до 90% от общей массы сывороточных белков и более 78% от общего содержания белка. Количество альбуминов в молозиве первого удоя в 13 раз выше, чем в зрелом молоке. Эти сывороточные белки, в частности иммуноглобулины и альбумины, обладают низкой термостабильностью и коагулируют (сворачиваются) под действием высоких температур (уже при 70-75 °С). Это приводит к образованию крупных хлопьев, осадка, засорению оборудования и непригодности продукта.
   • Стародойное молоко (молоко, полученное в последние 5-7 дней перед запуском) также непригодно для стерилизации. Оно характеризуется повышенным содержанием жира (до 9%), белков и ферментов (включая липазу), но пониженным содержанием лактозы и сухих обезжиренных веществ (на 0,7% ниже нормы). Также наблюдается повышенное содержание хлоридов и сниженная кислотность (14-16 °Т, иногда до 5-6 °Т, по сравнению с 15,99-20,99 °Т в обычном молоке). Повышенное содержание солей и фермента липазы может вызывать солоноватый и прогорклый привкус готового продукта, а также снижать его термостабильность.
2. Высокая тепловая стойкость молока: Это один из важнейших параметров для стерилизации. Тепловая стойкость молока определяется его способностью не коагулировать при воздействии высоких температур. Она зависит от баланса солей кальция и фосфатов, pH молока, содержания белка и других факторов. Нестабильное молоко может свернуться во время стерилизации, образуя хлопья и осадок.
   • Термоустойчивость должна быть не ниже III группы по общепринятым методикам. Молоко I и II групп считается непригодным для УВТ-обработки. Это связано с тем, что соли кальция и магния, а также фосфаты, присутствующие в молоке, могут образовывать осадки при нагревании, что дестабилизирует белковую систему. При низкой термостабильности молоко может коагулировать, что делает его непригодным для дальнейшей переработки и приводит к порче оборудования.
3. Низкая бактериальная обсемененность: Чем меньше исходная бактериальная обсемененность сырого молока, тем эффективнее будет стерилизация и тем меньше будут потери качества продукта от воздействия токсинов и ферментов, выработанных микроорганизмами до обработки. Высокое количество бактерий приводит к образованию термоустойчивых ферментов (протеаз и липаз), которые сохраняют активность даже после стерилизации и могут вызывать порчу продукта (прогоркание, горький привкус) во время длительного хранения.
4. Отсутствие ингибирующих веществ: Категорически не допускается наличие антибиотиков, дезинфицирующих средств и других ингибирующих веществ, которые могут попасть в молоко при лечении животных или при нарушении санитарных норм. Эти вещества могут ингибировать рост полезных микроорганизмов в заквасках, если молоко будет использоваться для производства других молочных продуктов, а также представлять угрозу для здоровья потребителей.

Методы контроля качества сырого молока

Для обеспечения соответствия сырого молока всем вышеперечисленным требованиям, на молочных предприятиях проводится многоступенчатый входной контроль качества:

• Органолептическая оценка: Вкус, запах, цвет, консистенция. Позволяет быстро выявить видимые дефекты (например, прогорклый вкус, посторонний запах).
• Физико-химические показатели:
  • Массовая доля жира и белка: Определяется на анализаторах молока.
  • Плотность: Измеряется лактоденсиметром. Пониженная плотность может указывать на разбавление водой.
  • Кислотность (по Тернеру): Определяется титрованием. Повышенная кислотность свидетельствует о развитии микроорганизмов, пониженная — о стародойном молоке или фальсификации нейтрализующими веществами.
  • Термоустойчивость: Определяется по алкогольной пробе (смешивание молока с этиловым спиртом различной концентрации) или кипячением.
  • Соматические клетки: Подсчет соматических клеток является важным показателем здоровья вымени животных. Повышенное содержание соматических клеток свидетельствует о наличии мастита, что влияет на качество молока.
• Микробиологические показатели:
  • Общее количество микроорганизмов (ОКМ): Показывает степень бактериальной обсемененности.
  • Наличие патогенных микроорганизмов: Контроль на сальмонеллы, листерии, кишечную палочку.
• Тесты на фальсификацию:
  • Наличие воды: Определяется по плотности и температуре замерзания.
  • Наличие консервирующих или нейтрализующих веществ: Специальные экспресс-тесты.
  • Наличие антибиотиков: Экспресс-тесты на остаточные количества антибиотиков.
• Температура: Контроль температуры молока при приемке.

Не допускается приемка фальсифицированного молока (подснятого, разбавленного водой или обезжиренным молоком, а также с консервирующими или нейтрализующими веществами). Любое сырье, не соответствующее установленным нормам, отбраковывается или направляется на другие виды переработки, не требующие такой высокой термостабильности. Таким образом, тщательный и всесторонний контроль качества сырого молока является залогом успешного производства безопасного и высококачественного стерилизованного продукта.

Технологическая схема производства стерилизованного молока

Производство стерилизованного молока — это многостадийный, строго контролируемый процесс, целью которого является не только полное уничтожение микрофлоры, но и сохранение органолептических и пищевых свойств продукта. Типовая технологическая схема включает ряд ключевых этапов, каждый из которых имеет свое аппаратурное оформление и специфические параметры обработки.

Приемка, очистка и охлаждение сырья

Первый и один из важнейших этапов, определяющий дальнейшее качество продукта.

• Приемка: Сырое молоко поступает на предприятие в автоцистернах. На этом этапе происходит обязательный учет массы (взвешивание автоцистерн до и после слива молока) и первичная оценка качества. Проводятся экспресс-анализы на содержание жира, белка, плотность, кислотность, термоустойчивость, наличие антибиотиков и других ингибирующих веществ. При несоответствии каким-либо показателям, партия молока может быть отбракована или направлена на другие виды переработки.
• Очистка: Принятое молоко подается на сепараторы-молокоочистители. Эти центробежные аппараты предназначены для удаления механических примесей (частицы корма, песок, шерсть) и значительной части соматических клеток, а также некоторых видов микроорганизмов. Очистка существенно улучшает санитарное состояние молока и предотвращает образование пригара на теплообменных поверхностях на последующих этапах.
• Предварительное охлаждение и резервирование: После очистки молоко немедленно охлаждается до температуры 2-6 °С в пластинчатых или трубчатых теплообменниках. Это необходимо для замедления развития оставшейся микрофлоры и предотвращения порчи продукта. Охлажденное молоко направляется в специализированные изотермические резервуары для временного хранения (резервирования) до момента дальнейшей переработки. Резервуары изготавливаются из нержавеющей стали, имеют теплоизоляцию и оснащены мешалками для предотвращения расслоения жировой фазы.

Нормализация и гомогенизация

Эти два этапа критически важны для формирования потребительских свойств и стабильности стерилизованного молока.

• Нормализация: Цель нормализации — доведение массовой доли жира в молоке до заданного стандарта (например, 2,5%, 3,2%). Этот процесс обычно осуществляется с помощью сепараторов-нормализаторов. Современные нормализаторы позволяют проводить нормализацию в потоке, автоматически регулируя соотношение цельного молока и обезжиренного молока (или сливок) для достижения нужной жирности. Отсепарированные сливки могут быть использованы для производства других продуктов.
• Гомогенизация: После нормализации молоко подвергается гомогенизации. Это механический процесс дробления жировых шариков, которые в сыром молоке имеют размер от 1 до 10 мкм. Гомогенизация проводится под высоким давлением (обычно 15-25 МПа) в специальных гомогенизаторах. Молоко проходит через узкую щель под давлением, где жировые шарики дробятся на значительно меньшие (0,5-1 мкм). Это предотвращает отстаивание сливок в готовом продукте, улучшает его консистенцию, придавая более нежную структуру и белоснежный цвет, а также повышает усвояемость жира. Кроме того, гомогенизация способствует дроблению частиц денатурированного белка, образующихся при тепловой обработке, что улучшает стабильность продукта.

Предварительная тепловая обработка и деаэрация

Перед основной стерилизацией молоко проходит ряд подготовительных операций.

• Предварительный подогрев: Молоко подогревается до температуры 60-70 °С в секциях регенерации тепла теплообменной установки, используя тепло уже стерилизованного, но еще горячего молока. Это повышает эффективность последующей деаэрации и основной стерилизации.
• Деаэрация: На этом этапе из молока удаляется растворенный воздух и другие газы. Деаэрация проводится в вакуумных установках (деаэраторах) при пониженном давлении. Удаление воздуха предотвращает окисление молочного жира в процессе стерилизации и хранения, что снижает риск появления прогорклого привкуса. Также деаэрация предотвращает пенообразование, улучшает теплообмен и способствует более эффективной стерилизации.
• Стабилизация солевого состава: В некоторых случаях, если молоко обладает низкой термоустойчивостью (например, III группа), может потребоваться стабилизация солевого состава. Это достигается путем внесения солей-стабилизаторов, таких как цитраты или фосфаты натрия, которые связывают избыток ионов кальция, предотвращая коагуляцию белков при высоких температурах. Дозировка стабилизаторов строго контролируется.

Стерилизация (основная тепловая обработка)

Это центральный этап технологии, где достигается микробиологическая стабильность продукта. Как правило, используется стерилизация в потоке по ультравысокотемпературному режиму (УВТ).

• Процесс: Молоко, прошедшее предварительную подготовку, подается в UHT-установку. Здесь оно мгновенно нагревается до температуры 135–150 °С и выдерживается при этой температуре всего 2–5 секунд. Такая комбинация высоких температур и короткого времени выдержки обеспечивает полное уничтожение всех микроорганизмов и их спор при минимальном воздействии на органолептические и пищевые свойства молока.
• Типы систем нагрева:
  • Системы косвенного нагрева: Используют трубчатые или пластинчатые теплообменники, где тепло от пара или горячей воды передается молоку через стенку. Основной недостаток таких систем, особенно с пластинчатыми теплообменниками, заключается в образовании пригара на поверхностях нагрева, что снижает эффективность и требует регулярной безразборной мойки (CIP).
  • Системы прямого нагрева (прямой впрыск пара): Молоко непосредственно контактирует с чистым, стерильным паром. Это обеспечивает очень быстрый и равномерный нагрев, минимизируя тепловое воздействие. Однако прямая подача пара используется реже из-за высоких энергозатрат на последующее удаление конденсата из молока (вакуумное охлаждение) и необходимости использования пара пищевого качества.

Охлаждение и асептический розлив

Завершающие этапы, критически важные для сохранения стерильности продукта.

• Охлаждение: После стерилизации молоко немедленно охлаждается до температуры розлива (обычно 20-25 °С) в секциях регенерации тепла и затем в секциях конечного охлаждения UHT-установки. Тепло стерилизованного молока используется для подогрева входящего сырья, что значительно повышает энергоэффективность процесса.
• Асептический розлив: Охлажденное стерильное молоко поступает в асептические линии розлива. Это ключевой этап, где продукт, который теперь полностью стерилен, упаковывается в предварительно стерилизованную упаковку (например, картонные пакеты типа Tetra Pak, ПЭТ-бутылки). Весь процесс розлива происходит в условиях полной стерильности, в контролируемой среде, чтобы предотвратить повторное обсеменение продукта из воздуха или с поверхности упаковки. Упаковка стерилизуется различными методами (например, перекисью водорода, УФ-излучением). Затем тара герметично закрывается.

Эта комплексная схема обеспечивает производство стерилизованного молока, отвечающего высочайшим стандартам безопасности и качества, с максимальным сохранением его пищевой ценности и органолептических характеристик.

Основное технологическое оборудование для производства стерилизованного молока

Производство стерилизованного молока является высокотехнологичным процессом, требующим использования специализированного оборудования, способного выдерживать высокие температуры, давления и обеспечивать асептические условия. Современные линии по производству стерилизованного молока представляют собой сложные комплексы, где каждый аппарат выполняет свою строго определенную функцию.

Стерилизаторы

Стерилизаторы являются сердцем любой линии по производству стерилизованного молока. Их задача — обеспечить мгновенный нагрев продукта до ультравысоких температур и выдержку в течение заданного времени, что приводит к полному уничтожению микрофлоры. Различают несколько основных типов стерилизаторов:

• Трубчатые стерилизаторы:
  • Конструкция и принцип работы: Состоят из нескольких концентрических труб или пучков труб, по которым движется молоко, а по межтрубному пространству — теплоноситель (пар или горячая вода). Тепло передается через стенки труб.
  • Преимущества: Подходят для обработки продуктов с более высокой вязкостью и с включениями. Меньше подвержены пригару, чем пластинчатые, при правильно подобранных режимах. Долговечны.
  • Недостатки: Меньшая эффективность теплообмена по сравнению с пластинчатыми, требуют больших габаритов. Сложность в обслуживании и мойке по сравнению с разборными пластинчатыми.
  • Современные тенденции: Разработка многоходовых трубчатых систем с оптимизированной гидродинамикой для повышения эффективности и снижения габаритов.
• Пластинчатые стерилизаторы:
  • Конструкция и принцип работы: Состоят из пакета гофрированных пластин, между которыми чередуются каналы для молока и теплоносителя. Теплообмен происходит через тонкие стенки пластин.
  • Преимущества: Высокая эффективность теплообмена, компактность, модульность (легко увеличивать или уменьшать производительность), простота разборки и мойки.
  • Недостатки: Чувствительны к образованию пригара на поверхностях нагрева из-за высоких температур и относительно тонких каналов. Не подходят для продуктов с включениями или высокой вязкостью.
  • Современные тенденции: Использование специальных гофрированных профилей пластин для создания турбулентного потока и минимизации пригара. Разработка систем автоматической безразборной мойки (CIP), адаптированных для удаления пригара.
• Стерилизаторы прямого впрыска пара:
  • Конструкция и принцип работы: Молоко подается в камеру, где непосредственно контактирует с перегретым паром пищевого качества. Пар мгновенно конденсируется, передавая тепло молоку. Затем смесь молока и конденсата быстро охлаждается в вакуумной камере, где происходит испарение добавленной воды (конденсата) и дальнейшее охлаждение.
  • Преимущества: Мгновенный и равномерный нагрев, минимальное тепловое повреждение продукта, лучшее сохранение вкусовых качеств и питательных веществ, отсутствие пригара.
  • Недостатки: Высокие требования к качеству пара (должен быть пищевым), энергозатратность процесса удаления конденсата, усложнение конструкции за счет вакуумной камеры.
  • Современные тенденции: Разработка более эффективных систем разделения молока и конденсата, интеграция с системами рекуперации энергии.

Гомогенизаторы

Гомогенизаторы играют ключевую роль в стабилизации жировой фазы молока.

• Устройство и принцип действия: Основным элементом гомогенизатора является гомогенизирующая головка, состоящая из клапана и седла, образующих узкую щель. Молоко подается под высоким давлением (обычно 15-25 МПа для одноступенчатых и 10-15 МПа для первой ступени двухступенчатых) через эту щель. П��и прохождении через щель жировые шарики подвергаются воздействию высоких сдвиговых напряжений, кавитации и турбулентных потоков, что приводит к их дроблению на более мелкие частицы (0,5-1 мкм).
• Роль в стабилизации продукта: Уменьшение размера жировых шариков до субмикронного уровня значительно снижает скорость их всплывания (эффект Стокса), предотвращая образование сливок в процессе хранения. Кроме того, мелкие жировые шарики имеют большую общую поверхность, которая быстро покрывается белками молока, формируя новую, более прочную мембрану. Это обеспечивает стабильность жировой эмульсии и улучшает органолептические свойства молока, делая его более однородным, белоснежным и нежным на вкус. В двухступенчатых гомогенизаторах вторая ступень используется для разбивания агрегатов жировых шариков, которые могут образовываться после первой ступени.

Сепараторы-молокоочистители и нормализаторы

Эти аппараты являются неотъемлемой частью этапа подготовки сырья.

• Сепараторы-молокоочистители: Это центробежные машины, использующие разницу в плотности для разделения компонентов. Молоко подается в быстро вращающийся барабан, где под действием центробежной силы более плотные механические примеси, соматические клетки и некоторые микроорганизмы оседают на стенках барабана (шламовый осадок), а очищенное молоко отводится.
• Сепараторы-нормализаторы: По сути, это те же сепараторы, но оснащенные системой автоматического регулирования, позволяющей отводить часть сливок или обезжиренного молока для достижения заданной массовой доли жира в нормализованном молоке. Принцип работы основан на разделении цельного молока на сливки и обезжиренное молоко.

Асептические линии розлива и упаковочное оборудование

После стерилизации молоко должно быть упаковано в условиях, исключающих повторное микробиологическое обсеменение.

• Принципы асептической упаковки: Весь процесс розлива происходит в стерильной зоне, изолированной от внешней среды. Упаковочный материал (например, многослойный картон, ПЭТ-преформы) предварительно стерилизуется (например, перекисью водорода, УФ-излучением, горячим воздухом), а затем формируется в пакеты или бутылки, наполняется стерильным молоком и герметично запечатывается. Воздух в зоне розлива также стерилизуется (например, HEPA-фильтрами).
• Типы упаковочных материалов:
  • Многослойные картонные пакеты (типа Tetra Pak, Combibloc): Наиболее распространенный вариант. Состоят из нескольких слоев (картон, полиэтилен, алюминиевая фольга), обеспечивающих защиту от света, кислорода, механических повреждений и сохраняющих стерильность продукта.
  • ПЭТ-бутылки: Используются для молока с большим сроком хранения. Требуют барьерных свойств против кислорода.
  • Стеклянные бутылки: Менее распространены из-за хрупкости и веса, но обеспечивают отличную барьерную защиту.
• Оборудование для розлива: Включает в себя машины для формования, стерилизации, наполнения и запечатывания упаковки. Эти линии полностью автоматизированы и интегрированы в общую технологическую схему, обеспечивая непрерывность асептического процесса.

Современное оборудование для производства стерилизованного молока отличается высокой степенью автоматизации, энергоэффективностью и надежностью, что позволяет минимизировать человеческий фактор и обеспечивать стабильно высокое качество продукции.

Расчет материального баланса производства стерилизованного молока

Расчет материального баланса является фундаментальным инструментом в пищевой промышленности, позволяющим количественно оценить все входящие и исходящие потоки вещества на каждом этапе производства. Для производства стерилизованного молока это не просто академическое упражнение, а критически важный элемент управления, позволяющий оптимизировать процесс, минимизировать потери и повысить экономическую эффективность.

Основные принципы и уравнения материального баланса

Концепция материального баланса основывается на законе сохранения массы: общая масса вещества, поступающего в систему, должна быть равна общей массе вещества, выходящего из системы, плюс или минус изменение массы вещества внутри системы. В контексте непрерывного производственного процесса, который находится в стационарном режиме (то есть, без накопления или расхода продукта в аппарате), это означает, что «сколько вошло, столько и вышло».

Основное уравнение материального баланса для отдельного аппарата или цеха может быть выражено как:

Mвх = Mвых + Mпотерь

где:

• M_вх — общая масса сырья и вспомогательных материалов, поступивших в систему.
• M_вых — общая масса готового продукта и побочных продуктов, вышедших из системы.
• M_потерь — общая масса вещества, безвозвратно потерянного в процессе (например, испарение, пригар, механические потери).

При расчете материального баланса часто учитываются не только общая масса, но и массовые доли отдельных компонентов (жир, белок, сухие вещества). Тогда балансовое уравнение составляется для каждого компонента. Например, для жира:

Mвх ⋅ Жвх = Mвых ⋅ Жвых + Mпотерь ⋅ Жпотерь

где Ж — массовая доля жира в соответствующем потоке.

Методы составления материального баланса:

1. Алгебраический метод: Наиболее распространенный, основан на составлении системы линейных уравнений для каждого компонента и каждого этапа процесса. Требует точных данных о составе входящего сырья, выходящих продуктов и нормативах потерь.
2. Графический метод: Используется реже, но может быть полезен для наглядного представления потоков и быстрого расчета при известных точках.

Для расчета материального баланса всего предприятия или отдельного цеха необходимо последовательно составить балансы для каждого аппарата или участка, увязывая их между собой.

Расчет потерь на различных этапах производства

Потери продукта являются неизбежной частью любого производственного процесса. Их точный учет и анализ критически важны для повышения эффективности. Различают технологические и непроизводственные потери.

Виды потерь и методы их учета:

• На этапе приемки и хранения сырья:
  • Непроизводственные потери: Недолив, расплескивание при перекачивании, неполный слив из цистерн. Учитываются путем сравнения показаний счетчиков или весов на входе с объемом, фактически поступившим в резервуары. Могут составлять до 0,1-0,3% от принятого молока.
  • Технологические потери: Испарение (незначительное), развитие микроорганизмов (при нарушении температурного режима).
• На этапе очистки и нормализации (сепарирования):
  • Пригар: Образование молочного камня на поверхностях нагрева сепараторов. Учитывается по массе отложений.
  • Шламовые отходы: Осадок, содержащий механические примеси и микроорганизмы. Их масса измеряется, и учитывается содержание в них молочных компонентов. Потери молока со шламом могут достигать 0,05-0,1%.
  • Потери со сливками: При нормализации, если сливки не используются для дальнейшей переработки на этом же предприятии, они могут рассматриваться как побочный продукт или источник потерь при их реализации.
• На этапе тепловой обработки (стерилизации):
  • Пригар: Наиболее значительные потери, особенно в косвенных теплообменниках. Пригар — это денатурированные белки и минеральные соли, которые оседают на поверхностях нагрева. Его масса может быть определена после каждой безразборной мойки. Потери молока с пригаром могут составлять до 0,2-0,5% за цикл работы.
  • Механические потери: Утечки через уплотнения, неполное опорожнение оборудования.
  • Испарение: При прямом впрыске пара и последующей деаэрации часть воды испаряется, но это не потери продукта, а технологический процесс.
• На этапе розлива и упаковки:
  • Разливы и проливы: При заполнении упаковки. Могут составлять до 0,5-1,5% от объема разливаемого молока.
  • Недолив/перелив: Нарушение точности дозирования.
  • Брак упаковки: Поврежденная упаковка, требующая утилизации продукта.
  • Неполное опорожнение трубопроводов и емкостей: Особенно при переходе от партии к партии.

Пример расчета потерь:
Допустим, на предприятие поступило 10 000 кг молока.

1. Потери на приемке: 0,2% от 10 000 кг = 20 кг.
   Остаток = 9980 кг.
2. Потери со шламом при очистке: 0,1% от 9980 кг = 9,98 кг.
   Остаток = 9970,02 кг.
3. Потери с пригаром при стерилизации: 0,3% от 9970,02 кг = 29,91 кг.
   Остаток = 9940,11 кг.
4. Потери при розливе: 1,0% от 9940,11 кг = 99,40 кг.
   Общие потери = 20 + 9,98 + 29,91 + 99,40 = 159,29 кг.
   Выход готового продукта = 10 000 — 159,29 = 9840,71 кг.
   Процент выхода = (9840,71 / 10 000) * 100% = 98,41%.

Этот пример демонстрирует, как даже небольшие проценты потерь на каждом этапе суммируются, приводя к значительным общим потерям.

Оптимизация материального баланса и снижение потерь

Анализ материального баланса является основой для выработки стратегий по оптимизации производства:

1. Внедрение систем автоматизации и контроля: Использование расходомеров, уровнемеров, датчиков давления и температуры, а также систем автоматического управления позволяет минимизировать человеческий фактор, повысить точность дозирования и снизить проливы.
2. Оптимизация схем трубопроводов: Сокращение длины трубопроводов, минимизация «мертвых зон» и использование высокоэффективных насосов снижает потери продукта при перекачивании и опорожнении.
3. Регулярное техническое обслуживание и ремонт оборудования: Неисправности (изношенные уплотнения, негерметичные соединения) являются частой причиной утечек. Своевременный ремонт и замена изношенных деталей снижают потери.
4. Оптимизация режимов мойки (CIP-системы): Эффективная безразборная мойка снижает пригар и обеспечивает чистоту оборудования, но важно минимизировать потери молока при вытеснении его моющими растворами и ополаскивании. Применение интеллектуальных CIP-систем, оптимизирующих расход воды и моющих средств, а также последовательность циклов, позволяет снизить потери.
5. Повышение качества сырья: Использование молока с низкой бактериальной обсемененностью и высокой термостабильностью снижает риск пригара и образования осадка, что напрямую влияет на потери.
6. Обучение персонала: Квалифицированный персонал, соблюдающий технологическую дисциплину, способен минимизировать ошибки, приводящие к потерям.
7. Анализ побочных продуктов: Возможность переработки или реализации побочных продуктов (например, шлама, сливок) может компенсировать часть потерь.

Применение метода цепных подстановок для факторного анализа изменений в материальном балансе позволяет выявить, какой фактор (например, увеличение потерь на розливе, снижение качества сырья) оказывает наибольшее влияние на общий выход готового продукта, что дает возможность целенаправленно работать над устранением «узких мест». Например, если установлено, что потери на розливе возросли, можно провести аудит оборудования розлива, проверить калибровку дозаторов, провести дополнительное обучение персонала.

Таким образом, материальный баланс — это не статичная отчетность, а динамичный инструмент управления, позволяющий постоянно совершенствовать производственный процесс и повышать его экономическую эффективность.

Системы контроля качества и безопасности на производстве стерилизованного молока

Обеспечение высокого качества и абсолютной безопасности стерилизованного молока является приоритетной задачей для любого производителя. Это достигается за счет внедрения комплексной системы контроля на всех этапах производства — от приемки сырья до отгрузки готовой продукции. Эта система основана на принципах HACCP (Hazard Analysis and Critical Control Points) и регулируется строгой нормативной документацией.

Контроль качества сырья и промежуточных продуктов

Качество конечного продукта напрямую зависит от качества исходного сырья и стабильности параметров на промежуточных этапах.

1. На входе (приемка сырого молока):
   • Органолептический контроль: Оценка внешнего вида, запаха, вкуса (после кипячения). Позволяет выявить явные дефекты.
   • Физико-химический контроль:
     • Массовая доля жира, белка, сухих веществ: Определяется для учета, нормализации и расчета выхода.
     • Плотность: Индикатор возможного разбавления водой.
     • Кислотность (по Тернеру, pH): Определяет свежесть молока и его пригодность к тепловой обработке.
     • Термоустойчивость (алкогольная проба): Критически важна для стерилизации. Молоко, не выдерживающее пробу на 72% спирте, не пригодно для УВТ-обработки.
     • Температура: Контроль температуры охлаждения молока.
   • Микробиологический контроль:
     • Общее количество микроорганизмов (ОКМ): Показатель санитарного состояния. Высокое ОКМ может привести к образованию термоустойчивых ферментов.
     • Количество соматических клеток: Индикатор здоровья вымени животных, влияет на качество белков.
   • Контроль на ингибирующие вещества: Экспресс-тесты на антибиотики, дезинфицирующие вещества. Их наличие недопустимо.
2. После очистки и охлаждения:
   • Повторный контроль температуры.
   • Визуальный контроль на отсутствие видимых механических примесей.
3. После нормализации и гомогенизации:
   • Массовая доля жира: Контроль соответствия заданному стандарту после нормализации.
   • Качество гомогенизации: Оценка по размеру жировых шариков (микроскопический метод) или по стабильности жировой эмульсии (отсутствие отстаивания сливок после определенного времени).
   • Кислотность, термоустойчивость: Контроль стабильности после механической обработки.
4. Перед стерилизацией (после деаэрации и стабилизации):
   • Контроль pH и, при необходимости, содержания солей-стабилизаторов.
   • Температура продукта.

Контроль качества и безопасности готового продукта

После завершения стерилизации и розлива, готовый продукт подвергается тщательному контролю, подтверждающему его безопасность и соответствие стандартам.

1. Контроль после стерилизации (до розлива):
   • Температура и время выдержки: Автоматическая регистрация параметров стерилизации.
   • Микробиологический контроль: Тест на стерильность (например, посев на питательные среды). Отсутствие роста микроорганизмов после инкубации подтверждает эффективность стерилизации.
2. Контроль готового продукта в упаковке:
   • Органолептический контроль: Вкус, запах, цвет, консистенция. Оценивается отсутствие «вареного» привкуса, горечи, посторонних запахов.
   • Физико-химический контроль:
     • Массовая доля жира, белка, сухих веществ: Контроль соответствия заявленным на упаковке.
     • Кислотность (pH): Показатель стабильности продукта.
     • Термостойкость: Дополнительный контроль.
   • Микробиологический контроль:
     • Тест на промышленную стерильность: Выборочные образцы инкубируются при определенных температурах (например, 30°С и 55°С) в течение 7-14 дней. Отсутствие бомбажа упаковки и роста микроорганизмов подтверждает стерильность.
     • Контроль на наличие термоустойчивых ферментов: Особенно протеаз и липаз, которые могут вызвать порчу продукта при длительном хранении.
   • Контроль герметичности упаковки: Визуальный осмотр, тест на разрыв, проверка сварных швов. Нарушение герметичности — основная причина порчи стерилизованного молока.
   • Контроль маркировки: Соответствие информации на упаковке требованиям стандартов (срок годности, дата производства, состав, пищевая ценность).
   • Масса нетто: Контроль точности дозирования.

Нормативная документация и стандарты

Системы контроля качества и безопасности на производстве стерилизованного молока строго регламентируются национальными и международными стандартами.

• ГОСТ 31450-2013 «Молоко питьевое. Технические условия»: Устанавливает требования к питьевому молоку, включая стерилизованное, по органолептическим, физико-химическим и микробиологическим показателям.
• ТР ТС 033/2013 «О безопасности молока и молочной продукции»: Основной технический регламент Таможенного союза, устанавливающий обязательные требования безопасности к молоку и молочной продукции, включая предельно допустимые уровни контаминантов (тяжелые металлы, пестициды, радионуклиды, микотоксины, антибиотики), микробиологические нормативы и правила идентификации.
• ТР ТС 021/2011 «О безопасности пищевой продукции»: Общий технический регламент, распространяющийся на все виды пищевой продукции.
• СанПиН 2.3.2.1078-01 «Гигиенические требования безопасности и пищевой ценности пищевых продуктов»: Содержит гигиенические нормативы безопасности пищевых продуктов.
• Принципы HACCP: Внедрение системы анализа опасностей и критических контрольных точек является обязательным для всех пищевых производств. HACCP позволяет идентифицировать потенциальные опасности (биологические, химические, физические) на каждом этапе процесса и установить критические контрольные точки (ККТ), в которых можно эффективно контролировать эти опасности (например, температура и время стерилизации).

Комплексный подход к контролю качества и безопасности, основанный на строгом соблюдении нормативных документов и применении современных методов анализа, является гарантией производства высококачественного и безопасного стерилизованного молока.

Эксплуатация и ремонт технологического оборудования

Эффективная и бесперебойная работа оборудования является критически важной для любого пищевого производства, особенно для такого чувствительного процесса, как стерилизация молока. Нарушения в работе оборудования не только приводят к простоям и финансовым потерям, но и могут поставить под угрозу качество и безопасность продукции. Поэтому на предприятиях молочной промышленности внедряются комплексные системы эксплуатации и ремонта.

Организация технического обслуживания и ремонта (ТОиР)

Система ТОиР направлена на поддержание оборудования в рабочем состоянии, предотвращение аварий и продление срока службы. Она включает в себя несколько основных видов:

1. Планово-предупредительный ремонт (ППР):
   • Цель: Предотвращение отказов оборудования путем проведения регламентных работ (осмотры, регулировки, замена изношенных деталей) по заранее установленному графику, независимо от текущего состояния оборудования.
   • Виды работ:
     • Ежедневное обслуживание: Осмотр, чистка, смазка, проверка герметичности.
     • Текущий ремонт (ТО-1, ТО-2): Мелкий ремонт, замена быстроизнашивающихся деталей, регулировка механизмов. Проводится через определенные интервалы наработки или времени.
     • Средний ремонт: Более глубокая разборка узлов, замена деталей со средним сроком службы, регулировка систем.
     • Капитальный ремонт: Полная разборка оборудования, дефектация всех деталей, замена изношенных, восстановление технических характеристик. Проводится значительно реже (например, раз в несколько лет).
   • Принципы планирования: Разработка графиков ППР на основе рекомендаций производителей оборудования, опыта эксплуатации и нормативов. Графики учитывают загрузку оборудования, наличие запасных частей и квалифицированного персонала.
2. Ремонт по состоянию:
   • Цель: Проведение ремонтных работ только тогда, когда обнаружены признаки износа или отклонения в работе оборудования, предвещающие отказ. Основан на постоянном мониторинге состояния оборудования.
   • Принципы: Использование систем диагностики (вибрационный анализ, термография, анализ масла, ультразвуковой контроль) для выявления скрытых дефектов и определения остаточного ресурса. Позволяет избежать ненужных ремонтов и продлить интервалы между плановыми работами.
   • Преимущества: Оптимизация затрат на ремонт, сокращение простоев, повышение эффективности использования оборудования.
3. Аварийный (внеплановый) ремонт:
   • Цель: Устранение внезапно возникших неисправностей, приведших к остановке оборудования.
   • Принципы: Оперативное реагирование, наличие ремонтных бригад, склада запасных частей, документации.
   • Задача: Минимизация частоты аварийных ремонтов за счет эффективной работы систем ППР и ремонта по состоянию.

Организация ТОиР включает:

• Создание службы главного механика/энергетика.
• Разработку инструкций по эксплуатации и обслуживанию.
• Обучение персонала.
• Ведение учета наработки оборудования, выполненных ремонтов и использованных запасных частей.
• Планирование бюджета на ТОиР.

Системы безразборной мойки (CIP)

Чистота и стерильность оборудования являются абсолютным требованием в молочной промышленности. Системы безразборной мойки, или CIP (Clean-in-Place), играют здесь ключевую роль.

• Принципы работы: CIP-система представляет собой замкнутый контур, по которому циркулируют моющие растворы (вода, щелочь, кислота, дезинфектант) через трубопроводы, емкости и теплообменники без их разборки.
• Этапы CIP-мойки:
  1. Предварительное ополаскивание водой: Удаление остатков продукта.
  2. Циркуляция щелочного раствора: Удаление органических загрязнений (белки, жиры). Обычно используется раствор NaOH при повышенной температуре.
  3. Промежуточное ополаскивание водой: Удаление щелочного раствора.
  4. Циркуляция кислотного раствора: Удаление минеральных отложений (молочный камень, соли кальция). Обычно используется раствор HNO₃ или H₃PO₄.
  5. Финальное ополаскивание водой: До достижения нейтрального pH.
  6. Дезинфекция (при необходимости): Циркуляция дезинфицирующего раствора (например, на основе хлора или перекиси водорода).
• Преимущества CIP-систем:
  • Обеспечение санитарии: Гарантирует высокую степень чистоты и микробиологической безопасности оборудования.
  • Сокращение ручного труда: Автоматизация процесса мойки значительно снижает потребность в ручном труде и минимизирует контакт персонала с агрессивными моющими средствами.
  • Повышение безопасности продукции: Снижает риск перекрестного загрязнения и обеспечивает стабильность качества.
  • Эффективность: Оптимизация расхода воды, моющих средств и энергии за счет регенерации тепла и повторного использования растворов.
  • Сокращение простоев: Быстрое и эффективное выполнение мойки позволяет сократить время между производственными циклами.

Интеграция эффективной системы ТОиР с современными CIP-системами создает прочную основу для бесперебойного, экономически выгодного и безопасного производства стерилизованного молока, обеспечивая долговечность оборудования и высокое качество продукции.

Заключение

Производство стерилизованного молока — это высокотехнологичная отрасль, которая играет ключевую роль в обеспечении населения безопасным, питательным и долговечным продуктом питания. Проведенный комплексный анализ позволил охватить все критически важные аспекты данной технологии, начиная от фундаментальных принципов и заканчивая вопросами эксплуатации оборудования и контроля качества.

В ходе работы были рассмотрены теоретические основы стерилизации, ее сущность и кардинальные отличия от пастеризации, заключающиеся в полном уничтожении всех форм микроорганизмов, включая споры, за счет интенсивного теплового воздействия. Детальный сравнительный анализ классической стерилизации, стерилизации в потоке и ультравысокотемпературной (УВТ) обработки показал, что именно УВТ-технология является наиболее передовой и экономически эффективной, минимизируя негативное влияние на вкус и питательные свойства молока при сохранении длительного срока хранения. Были систематизированы преимущества (длительное хранение, полная безопасность, доступность) и недостатки (изменение вкуса, частичные потери витаминов, энергозатратность) стерилизованного молока.

Критически важным блоком стал анализ требований к качеству сырого молока. Особое внимание уделено недопустимости использования молозива и стародойного молока из-за их специфического состава (высокое содержание сывороточных белков, липазы) и низкой термостабильности. Подчеркнута важность такого показателя, как термоустойчивость, и методы контроля качества сырья.

Технологическая схема производства стерилизованного молока была представлена как последовательный, тщательно контролируемый процесс, включающий приемку, очистку, охлаждение, нормализацию, гомогенизацию, деаэрацию, стерилизацию и асептический розлив. Каждый этап был детально описан с указанием его аппаратурного оформления и технологических параметров.

Глубокий обзор основного технологического оборудования, такого как трубчатые, пластинчатые стерилизаторы и стерилизаторы прямого впрыска пара, гомогенизаторы, сепараторы и асептические линии розлива, позволил понять принципы их действия, конструктивные особенности и современные тенденции развития.

Раздел, посвященный расчету материального баланса, продемонстрировал его роль как инструмента оптимизации производства. Были объяснены основные принципы и уравнения, детально рассмотрены виды потерь на различных этапах и предложены методы их учета и снижения, что является ключевым для повышения экономической эффективности.

Наконец, работа осветила комплексные системы контроля качества и безопасности, применяемые на всех этапах производства, от входного контроля сырья до проверки готового продукта в упаковке. Были перечислены основные нормативные документы (ГОСТы, ТР ТС, СанПиН) и отмечена роль принципов HACCP. Завершающий раздел по эксплуатации и ремонту оборудования подчеркнул значение планово-предупредительного ремонта и современных CIP-систем для обеспечения бесперебойной работы и санитарии производства.

Перспективы развития отрасли производства стерилизованного молока связаны с дальнейшей автоматизацией и роботизацией процессов, внедрением «умных» производственных систем, способных к самодиагностике и предиктивному обслуживанию. Ожидается дальнейшее совершенствование технологий УВТ-обработки, направленное на минимизацию теплового воздействия и максимально возможное сохранение нативных свойств молока. Разработка новых, более экологичных и биоразлагаемых асептических упаковочных материалов также станет важным направлением. Инновации в области контроля качества, включая использование экспресс-методов и систем онлайн-мониторинга, позволят еще более оперативно реагировать на любые отклонения, гарантируя стабильно высокое качество и безопасность продукта, который продолжит оставаться столпом продовольственной безопасности во всем мире.

Список использованной литературы

1. Бредихин, С. А. Технология и техника переработки молока / С. А. Бредихин, Ю. В. Космодемьянский, В. Н. Юрин. – М.: Колос, 2003. – 400 с.
2. Гинзбург, А. С. Теплофизические характеристики пищевых продуктов: Справочник / А. С. Гинзбург, М. А. Громов, Г. И. Красовская. – М.: Пищевая промышленность, 1980. – 286 с.
3. Золотин, Ю. П. Стерилизованное молоко / Ю. П. Золотин. – М.: Пищевая промышленность, 1979. – 157 с.
4. Технический регламент на молоко и молочную продукцию: федеральный закон от 12.06.2008 № 88. – 2008.
5. Генералова, Н. А. Технология цельномолочных продуктов: учебное пособие / Н. А. Генералова, М. Г. Курбанова; Кемеровский технологический институт пищевой промышленности. – Кемерово, 2005. – 148 с.
6. Кузнецов, В. В. Справочник технолога молочного производства. Технология и рецептуры. В 7-ми т. Т.6. Технология детских молочных продуктов / В. В. Кузнецов, Н. Н. Липатов. – СПб.: ГИОРД, 2005. – 512 с.
7. Степанова, Л. И. Справочник технолога молочного производства. Технология и рецептуры. В 7-ми т. Т.1. Цельномолочные продукты / Л. И. Степанова. – СПб.: ГИОРД, 1999. – 384 с.
8. Твердохлеб, Г. В. Технология молока и молочных продуктов / Г. В. Твердохлеб, Г. Ю. Сажинов, Р. И. Раманаускас. – М.: ДеЛи принт, 2006. – 616 с.
9. Тихомирова, Н. А. Технология и организация производства молока и молочных продуктов / Н. А. Тихомирова. – М.: ДеЛи принт, 2007. – 560 с.
10. ГОСТ Р 52090-2003. Молоко питьевое. Технические условия. – М.: Госстандарт России, 2003. – 15 с.
11. ГОСТ 32922-2014. Молоко коровье пастеризованное — сырье. Технические условия.
12. ГОСТ 31449—2013. Молоко коровье сырое. Технические условия.
13. ГОСТ Р 52054-2023. Молоко коровье. Технические условия.
14. ГОСТ 32255-2013. Молоко и молочные продукты. Инструментальный экспресс-метод определения физико-химических показателей идентификации с применением инфракрасного анализатора.
15. ТР ТС 033/2013 «О безопасности молока и молочной продукции».
16. Dairy Processing Handbook.
17. Общая технология молочной отрасли: лабораторный практикум. – Оренбург: Оренбургский государственный университет.
18. Материальный баланс в производстве молочных продуктов.
19. Применение систем управления качеством и безопасностью на молочных предприятиях // Вестник Инновационного Евразийского университета. – 2020.
20. Программа производственного контроля качества и безопасности молочной продукции // Молочная промышленность.
21. ХАССП на молочном производстве. – Центр сертификации «Гарант».
22. ХАССП для молока и молочного производства. – Группа компаний «ЭКСПЕРТ ГАРАНТ».
23. Система ХАССП в молочной промышленности. – Центр Сертификации и Стандартизации — ЦСС МСК.
24. ХАССП на предприятие молочной промышленности. – gortestsibir.ru.
25. Асептическая линия розлива молока в ПЭТ. – Ленпродмаш.
26. UHT установка ультрапастеризации молока, соков и напитков. – Клевер Машинз.
27. Линии асептического розлива. – Клевер Машинз.
28. Оборудование для тепловой обработки молока. – Клевер Машинз.
29. Асептические линии розлива и упаковки молока и молочной продукции. – MilkLife.ru.
30. Технология производства молока. – Unipack.Ru.
31. Суть процесса асептического розлива. – SIG Blog.
32. Система планово-предупредительного ремонта оборудования. – Pereosnastka.ru.
33. Организация ремонтных и профилактических работ. – Pereosnastka.ru.
34. Услуги по техническому обслуживанию оборудования молочных комплексов. – СОВМОЛКО.
35. Санитарная обработка оборудования на молочном предприятии. – Одиссей Системс.
36. Методы санитарной обработки технологического оборудования на предприятии молочной промышленности. – MilkLife.ru.
37. Метод цепных подстановок. – Финансовый анализ.
38. Метод цепных подстановок: примеры, формулы, онлайн-калькулятор. – RnZ.ru.
39. Метод цепных подстановок онлайн. – Online-kalkulyator.ru.
40. Обслуживание молочного оборудования — Сервисный центр GKA™. – ГолдКовАгро.
41. Оборудование для Переработки Молока | Полное Решение для Моложной Промышленности. – Euroteam.
42. Стерилизационные установки и оборудование для стерилизации молока. – НПО «Пищмаш».
43. Линии производства стерилизованного молока (ESL Milk). – Плава.
44. Как стерилизуют молоко на производстве. – ООО «БЕСТЕК-Инжиниринг».
45. Пастеризация и стерилизация молока — какая разница? – РОНИКС.
46. Система планово-предупредительного ремонта пищевого оборудования в России. – КОМПО.