PL168949B1

PL168949B1 - Method of heat treatment of a liquid milk product

Info

Publication number: PL168949B1
Application number: PL92303344A
Authority: PL
Inventors: Poul Johannes Pedersen; Ole Poulsen; Lisbeth Knarreborg; Gorm Bro Kjarulff; Helge Bakketun Castberg
Original assignee: Apv Pasilac As
Priority date: 1991-10-31
Filing date: 1992-10-30
Publication date: 1996-05-31
Also published as: JP3268778B2; RO113521B1; ATE181209T1; RU2088098C1; DK180291D0; FI941993A0; WO1993008697A1; DK0610410T3; JPH07500501A; BG60944B1; AU2941592A; SK278795B6; EP0610410B1; BG98738A; CA2122593C; AU663534B2; NZ244961A; FI941993L; SK48994A3; ES2132134T3

Abstract

1. Sposób obróbki cieplnej cieklego produktu mlecznego, który po opakowaniu jest roz- prowadzany i przechowywany w temperaturach nie wyzszych niz szereg konwencjonalnych niskich temperatur, za pomoca którego to sposobu zmniejsza sie zawartosc psychrotroficznych zarodników bakterii tlenowych w produkcie przez przetrzymywanie ogrzanego produktu w wysokiej temperaturze przez okreslony z góry okres czasu, znamienny tym, ze produkt ogrzewa sie bezposrednio i nastepnie przetrzymuje w temperaturze od 130°C do 145°C przez okres nie dluzszy niz 1 sekunda. (51) IntCl6: A 23C 3/02 PL PL PL

Description

Wynalazek dotyczy sposobu obróbki cieplnej ciekłego produktu mlecznego, który po opakowaniu jest rozprowadzany i przechowywany w temperaturach nie wyższych niż temperatury konwencjonalnego szeregu chłodniczego, za pomocą którego to sposobu zmniejsza się zawartość psychrotroficznych zarodników bakterii tlenowych w produkcie przez przetrzymywanie ogrzanego produktu w wysokiej temperaturze przetrzymywania przez z góry określony okres przetrzymywania.

Znane są również sposoby obróbki cieplnej niepasteryzowanego mleka. Ogólnie mówiąc, zwiększona temperatura przetrzymywania mleka powoduje zwiększoną redukcję zawartości bakterii i odpowiednio dłuższą zdolność przechowywania mleka podczas następującego potem magazynowania. Jednakże zwiększona temperatura przetrzymywania niestety daje w wyniku zwiększony stopień przemiany chemicznej i w konsekwencji większe pogorszenie odbieranych zmysłami właściwości obrobionego cieplnie mleka.

Przemiana chemiczna powodująca pogorszenie własności odbieranych zmysłami, takie jak rozwój tak zwanego „gotowanego smaku, zachodzi w zakresie który, między innymi ma odzwierciedlenie w stopniu denaturacji białka serwatki, przy czym wymieniona denaturacja zachodzi mniej więcej równolegle do rozwoju „gotowanego smaku. Denaturację białka serwatki można łatwo wykazać przez analizę chemiczną.

Gdy niepasteryzowane mleko poddaje się pasteryzacji niskotemperaturowej, ogrzane mleko przetrzymuje się w temperaturze około 75°C przez czas przynajmniej 15 sekund i w ten sposób obrobione cieplnie mleko posiada szczególnie dobre własności odbierane zmysłami. Zakres denaturacji białka serwatki przy tym sposobie wynosi około 18 do 20%. Nie zachodzi jednak redukcja

168 949 psychrotroficznych zarodników bakterii tlenowych, co powoduje w rezultacie, że niskopasteryzowane mleko zwykle ma zdolność przechowywania tylko 2 do 3 dni, gdy jest magazynowane w temperaturze 10°C.

Gdy niepasteryzowane mleko poddaje się pasteryzacji wysokotemperaturowej, mleko przetrzymuje się w temperaturze około 85 do 90°C przez około 15 sekund osiągając rezultat, że obrobione cieplnie mleko ma własności odbierane zmysłami nieco porównywalne z własnościami mleka niskopasteryzowanego. Metoda taka pociąga za sobą denaturację białka serwatki w około 30 do 35%. Jednakże wysoka temperatura przetrzymywania niespodziewanie często pociąga za sobą zwiększoną przemianę psychrotroficznych zarodników bakterii tlenowych w bakterie i zwiększony wzrost tych bakterii dając w wyniku krótszą zdolność przechowywania, szczególnie w temperaturze magazynowania wynoszącej około 10°C.

Dlatego zajmuje się szczególnie powściągliwe stanowisko w stosunku do obróbki cieplnej niepasteryzowanego mleka przy podwyższonych temperaturach przetrzymywania w celu wyprodukowania obrobionego mleka, które ma być rozprowadzane i przechowywane tylko w temperaturach konwencjonalnego szeregu chłodzenia.

W rezultacie tradycyjną alternatywę stanowi sterylizowanie niepasteryzowanego mleka, tak aby mogło być ono rozprowadzane i przechowywane zarówno w temperaturach otoczenia jak i temperaturach szeregu chłodzenia. Sterylizację tę osiąga się zwykle przez obróbkę cieplną w ultra wysokiej temperaturze, mianowicie obróbkę cieplną UHT. Określeniem obróbki UHT jest, zgodnie z dokumentem - D 191,1989IDF (Międzynarodowej Federacji Mleczarzy), obróbka cieplna w celu zabicia wszystkich mikroorganizmów zdolnych do rozmnażania się w mleku lub produktach mlecznych, w której temperaturę podnosi się powyżej 100°C tak, że otrzymuje się wielkość Fo (wskaźnik efektywności obróbki cieplnej) co najmniej 3. Tę wielkość Fo otrzymuje się w temperaturze 140°C przez 2 do 3 sekund, ale praktycznie zwykle stosuje się silniejszą obróbkę cieplną w 143°C przez 3 do 4 sekund, w celu niezawodnego zapewnienia dostatecznie efektywnego zabicia bardzo odpornych na temperaturę zarodników ciepłolubnych. Mleko obrobione w procesie UHT posiada szczególnie długą zdolność przechowywania, dłużej niż 4 tygodnie przy temperaturze przechowywania 10°C lub więcej, pod warunkiem, że opakowanie jest wykonane w tak zwanych warunkach aseptycznych, to znaczy sterylnych, co stanowi najbardziej kosztowny sposób pakowania.

Jednak stopień denaturacji białka serwatki przy takiej obróbce cieplnej jest szczególnie wysoki, co najmniej 55 do 80% i mleko po obróbce cieplnej posiada znacznie pogorszone własności odbierane zmysłami w porównaniu z mlekiem niskopasteryzowanym oraz odznacza się szczególnie dominującym „gotowanym smakiem.

Opis zgłoszeniowy Stanów Zjednoczonych US-A-4 161 909 i opis patentowy australijski AU-B-610 233 ujawniają układy do obróbki UHT, w których stosuje się bezpośrednie ogrzewanie przez dodawanie pary wodnej - mleko niesterylizowane jest wtryskiwane do atmosfery pary wodnej.

Zgłoszenie patentowe Wielkiej Brytanii GB-A 1 187766 ujawnia obróbkę UHT, w której mleko, na przykład homogenizowane, pasteryzowane mleko krów jest sterylizowane przez poddanie obróbce cieplnej w temperaturze co najmniej 150°C, przez ułamek sekundy, korzystnie w temperaturze w zakresie pomiędzy 180°C a 220°C przez czas wynoszący od 0,4 do 0,1 sekundy. Przykładowo, ogrzewanie słupa mleka promieniowaniem mikrofalowym podczas przechodzenia mleka przez ceramiczny falowód do temperatury 193°C i przetrzymywanie w tej temperaturze przez 0,15 sekund ujawniono jako wystarczające dla sterylizacji mleka bez wprowadzania żadnych widocznych zmian zapachu, koloru lub konsystencji. Jednakże w praktyce przy tak wysokiej temperaturze kontrola czasu przetrzymywania przy tak niskich wielkościach jest wysoce krytyczna i każde małe niepowodzenie przy utrzymywaniu tak niskich wymaganych wartości prowadzi prawie natychmiast albo do nieudanej sterylizacji, jeśli czas jest zbyt krótki, albo do bardzo złych własności mleka odbieranych zmysłami, jeśli czas jest nadmierny.

W norweskim opisie patentowym NO-B-143416 ujawniono sposób sterylizacji mleka lub podobnych pokarmów ciekłych zawierających białko, szczególnie tych z dużą zawartością mikroorganizmów, w taki sposób, aby uniknąć nabycia przez produkt „gotowanego smaku.

168 949

Produkt jest wstępnie ogrzewany, przykładowo w półkowym wymienniku ciepła, do temperatury w zakresie pomiędzy 70°C a 90°C, korzystnie 85°C, dla zabicia mikroorganizmów chorobotwórczych i również dla spowodowania aby zarodniki bakterii zaabsorbowały wilgoć, a następnie odwirowany w drugim etapie obróbki w temperaturze na przykład 55°C przez 10 do 20 sekund tak, że większość znajdujących się w nim zarodników i innych mikroorganizmów zostaje oddzielona. W trzecim etapie obróbki produkt przetrzymywany jest w temperaturze 35°C do 40°C przez 10 do 20 minut aby spowodować kiełkowanie zarodków i uczynić je w ten sposób łatwiejszymi do zabicia, i w końcu ogrzewany, przykładowo przez wtryskiwanie pary wodnej w krótkim czasie, do temperatury około 110°C do 140°C, korzystnie 130°C, przez 1 do 3 sekund w celu uczynienia pozostałych mikroorganizmów nieaktywnymi. Metoda ta jest czasochłonna i skomplikowana, i dlatego niepraktycznie kosztowna, zwłaszcza dla mleka niepasteryzowanego o stosunkowo niskiej zawartości mikroorganizmów.

W opisie patentowym Stanów Zjednoczonych Ameryki nr US-A 4684 531 ujawniono jako własny stan techniki, że produkty żywnościowe w postaci proszku lub koncentratu są odtwarzane z wodą i następnie poddawane obróbce konserwującej (sterylizacji, pasteryzacji, przetrzymywaniu w cieple i tym podobnym), po czym te odtworzone produkty żywnościowe, przykładowo sok owocowy lub mleko są pakowane w sterylnych warunkach. Stosowane sposoby składały się ze wstępnego odtworzenia produktu żywnościowego, po którym następowała obróbka cieplna w celu sterylizacji lub pasteryzacji, przy czym jedna forma obróbki cieplnej następowała poprzez ściany, a druga bezpośrednio przez wtryskiwanie pary wodnej o wysokiej temperaturze, lub przez wkraplanie produktu do wysokotemperaturowej pary wodnej.

W opisie Stanów Zjednoczonych Ameryki nr US-A 4 684 531 ujawniono wynalazek, którego istotę stanowi zastosowanie przynajmniej części odtwarzającej wody do przeprowadzania obróbki cieplnej w celu sterylizacji lub pasteryzacji. W jednym ze sposobów realizacji przegrzaną wodę wtryskuje się pod ciśnieniem rzędu około 18 • 10⁵Pa przy wydajności przepływu około 400 litrów na godzinę dla otrzymania temperatury rzędu 135°C do obróbki in situ ciekłego produktu żywnościowego, przy ciśnieniu w rurowej komorze mieszania urządzenia rzędu około 5 • 10⁵Pa. Dokładne mieszanie następuje w ułamku sekundy, na przykład w ciągu 1/4 sekundy, a sterylizująca obróbka cieplna, przykładowo dla mleka, zachodzi całkowicie w czasie rzędu od 2 do 5 sekund.

W innym przykładzie realizacji, w którym wytwarzany jest produkt niesterylny, przegrzaną wodę wtryskuje się w temperaturze rzędu około 100°C, tak aby temperatura cieczy obrabianej stała się niższa od 100°C, przez co zachodzi w tym przypadku obróbka pasteryzująca produktu. Jest wiadomym, że przetwarzanie mleka do postaci proszku lub koncentratu znacznie zmienia jego własności smakowe.

Wynalazek niniejszy ma na celu znaczące zwiększenie zdolności przechowywania ciekłego produktu mlecznego, który ma być rozprowadzony i przechowywany w postaci niesterylizowanej w temperaturach nie wyższych niż w konwencjonalnym szeregu chłodzenia, bez poważnej zmiany własności produktu odczuwanych zmysłami, zwłaszcza smaku, w porównaniu z własnościami mleka niskopasteryzowanego. Istnieje szczególnie pilnie zapotrzebowanie na taki produkt.

Sposób obróbki cieplnej ciekłego produktu mlecznego, który po opakowaniu jest rozprowadzany i przechowywany w temperaturach nie wyższych niż w konwencjonalnym szeregu chłodzenia i za pomocą którego zmniejsza się w produkcie zawartości psychrotroficznych zarodników bakterii tlenowych przez przetrzymywanie ogrzanego produktu w wysokiej temperaturze przez określony z góry okres czasu polega według wynalazku na tym, że produkt ogrzewa się bezpośrednio i następnie przetrzymuje w temperaturze od 130°C do 145°C przez okres nie dłuższy niż 1 sekunda.

Korzystnie temperatura przetrzymywania jest w zakresie od 133°C do 145°C, a okres przetrzymywania wynosi mniej niż 1 sekudna.

Korzystnie bezpośrednie ogrzewanie przeprowadza się przez zetknięcie produktu z parą wodną.

Korzystnie bezpośrednie ogrzewanie wykonuje się przez wtryskiwanie produktu do atmosfery pary wodnej.

Korzystnie ogrzany produkt przetrzymuje się w temperaturze od 135°C do 143°C.

Korzystnie produkt przetrzymuje się w temperaturze przetrzymywania przez okres dłuższy niż 0,25 sekundy.

168 949 5

Korzystnie produkt przetrzymuje się w temperaturze przetrzymywania przez okres od 0,5 do 0,9 sekundy.

Korzystnie produkt wybrany jest z grupy składającej się z niepasteryzowanego mleka i śmietanki, niskopasteryzowanego mleka i śmietanki, niepasteryzowanego i niskopasteryzowanego mleka o obniżonej zawartości tłuszczu.

Korzystnie produktem jest niepasteryzowane mleko.

Otrzymany w wyniku obrobiony cieplnie produkt nieoczekiwanie posiada nowe połączenie dobrych własności odczuwanych zmysłami z dużą zdolnością przechowywania. Dobre własności odczuwane zmysłami są spowodowane nieistotnym stopniem przemiany chemicznej dla temperatur obróbki cieplnej do 130°C do 145°C - własności odczuwane zmysłami mogą konkurować z własnościami uzyskiwanymi przy pasteryzacji niskotemperaturowej ciekłego produktu mlecznego.

Stwierdzono, że niniejszy wynalazek daje w wyniku stopień denaturacji białka serwatki w zakresie od około 30 do 40% i zdolność przechowywania produktu około dwa tygodnie w temperaturze 10°C przy tak zwanym czystym napełnianiu podczas pakowania.

Bezpośrednie ogrzewanie można przeprowadzić w szczególnie korzystny sposób metodą wprowadzania pary wodnej, w której produkt wtryskuje się do atmosfery pary wodnej i przetrzymuje w temperaturze pomiędzy 133°C a 145°C przez czas krótszy niż 1 sekunda, szczególnie dłuższy niż 0,25 sekundy, zwłaszcza w zakresie pomiędzy 0,5 a 1 sekundy. W świetle stosowania temperatur pomiędzy 133°C a 145°C, dokładność czasu przetrzymywania nie jest wielkością wysoce krytyczną, zwłaszcza, jeśli stosuje się czasy przetrzymywania w zakresie pomiędzy 0,5 a 1 sekundy. Ogrzewany produkt może być przetrzymywany w temperaturze od 135°C do 143°C.

Sposób według wynalazku jest opisany poniżej.

Świeże niepasteryzowane mleko poddaje się obróbce cieplnej, po której mleko pakuje się w kartony, następnie rozprowadza i przechowuje w szeregu chłodniczym w temperaturach korzystnie poniżej 6°C, ale z możliwością zachodzenia wahań temperatury aż do 10°C. Obróbka cieplna obejmuje bezpośrednio ogrzewanie przy pomocy tak zwanej metody wprowadzania pary wodnej, w której mleko jest wtryskiwane do atmosfery pary wodnej. Urządzenie do poddawania mleka takiej obróbce cieplnej jest na przykład opisane w australijskim opisie patentowym AU-B-610 233.

Skroplona para wodna i mleko są szybko usuwane z urządzenia przy pomocy próżni przez przepływ wymienionej pary wodnej i mleka do komory próżniowej, w której usuwana jest woda pochodząca ze skroplonej pary wodnej.

Spadek ciśnienia skroplonej pary wodnej powoduje natychmiastowy spadek temperatury. Całkowity okres przetrzymywania w temperaturze przetrzymywania jest krótszy niż 1 sekunda. Temperatura przetrzymywania jest w zakresie od 133°C do 145°C, korzystnie 135°C do 143°C. Stwierdzono, że można uzyskać przynajmniej 10⁶ krotnie zmniejszenie zawartości psychrotroficznych zarodników bakterii tlenowych w mleku z uzyskaniem w wyniku pożądanej dłuższej zdolności przechowywania mleka podczas następującego jego magazynowania i rozprowadzania.

W celu porównania zakresu denaturacji białka serwatki (i utworzonych w rezultacie wolnych grup sulfhydrylowych) i zdolności przechowywania podczas następującego magazynowania w temperaturze około 10°C, przeprowadzono próbkę z różnymi sposobami obróbki cieplnej przy użyciu niepasteryzowanego świeżego mleka z tej samej partii. Badania i ich wyniki pokazano w tabeli 1.

Tabela 1

Temperatura przetrzymywania	Okres przetrzymywania	Denaturacja serwatki	Wolne grupy sulfhydrylowe (mikromole/kg)	Zdolność przechowywania w temp. 10°C (czyste napełnianie)	„Gotowany smak (wskazania 10 w tabeli pomiarowej)
75°C	15 sek.	0-18%	-	2-3 dni	1,75
127°C	2 sek.	46%	43	1,5-2 tyg.	5,25
143°C	2-3 sek.	55-57%	52	4 tyg.	5,5
135-143°C	0,8 sek.	28-41%	24-31	1,5-2 tyg.	2,25

168 949

Dla celów porównawczych do tabeli włączono dane dla mleka sterylizowanego o dużej zdolności przechowywania, wytworzonego w tym samym urządzeniu metodą tak zwanego bezpośredniego ogrzewania UHT.

Jak wynika wyraźnie denaturacja białka serwatki w sposobie według wynalazku wynosi pomiędzy około 30% do 40%, to znaczy jest podobna do wielkości otrzymanych przy pasteryzacji wysokotemperaturowej i dodatkowo obrobione cieplnie mleko zachowało szczególnie dobre własności odczuwane zmysłami jak również zdolność przechowywania przez 1,5 do 2 tygodni.

Ponadto należy zauważyć, że zdolność przechowywania zależy w znacznym stopniu od typu napełniania to znaczy pakowania produktu. Znane są następujące sposoby napełniania: Napełnianie konwencjonalne: przy oddziaływaniu otaczającego powietrza.

Napełnianie czyste: chronione przez filtry powietrza i sterylizację kartonu.

Napełnianie aseptyczne: całkowicie sterylne napełnianie.

Otrzymano następujące zdolności przechowywania mleka wytworzonego niniejszym sposobem.

Tabela 2

Sposób napełniania	Temperatura przechowywania	Okres przechowywania
Napełnianie konwencjonalne	10°C	aż do 1,5 tygodnia
Napełnianie czyste	10°C	15-2 tygodni
Napełnianie ultraczyste	10°C	2-3 tygodnie
Napełnianie aseptyczne	10°C	3-5 tygodni

Należy zauważyć, że można dokonać wielu modyfikacji wynalazku bez odchodzenia od jego zakresu. Przykładowo można zastosować zamiennie metodę wprowadzania pary wodnej, w której para wodna jest wtryskiwana do strumienia mleka.

Claims

Zastrzeżenia patentowe

1. Sposób obróbki cieplnej ciekłego produktu mlecznego, który po opakowaniu jest rozprowadzany i przechowywany w temperaturach nie wyższych niż szereg konwencjonalnych niskich temperatur, za pomocą katórego to sposobu zmniejsza się zawartość psychrotroficznych zarodników bakterii tlenowych w produkcie przez przetrzymywanie ogrzanego produktu w wysokiej temperaturze przez określony z góry okres czasu, znamienny tym, że produkt ogrzewa się bezpośrednio i następnie przetrzymuje w temperaturze od 130°C do 145°C przez okres nie dłuższy niż 1 sekunda.
2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że temperatura przetrzymywania jest w zakresie od 133°C do 145°C, a okres przetrzymywania wynosi mniej niż 1 sekunda.
3. Sposób według zastrz. 1, albo 2, znamienny tym, że bezpośrednie ogrzewanie przeprowadza się przez zetknięcie produktu z parą wodną.
4. Sposób według zastrz. 3, znamienny tym, że bezpośrednie ogrzewanie wykonuje się przez wtryskiwanie produktu do atmosfery pary wodnej.
5. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że ogrzany produkt przetrzymuje się w temperaturze od 135°C do 143°C.
6. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że produkt przetrzymuje się w temperaturze przetrzymywania przez okres dłuższy niż 0,25 sekundy.
7. Sposób według zastrz. 6, znamienny tym, że produkt przetrzymuje się w temperaturze przetrzymywania przez okres od 0,5 do 0,9 sekundy.
8. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że produkt wybrany jest z grupy składającej się z niepasteryzowanego mleka i śmietanki, niskopasteryzowanego mleka i śmietanki, niepasteryzowanego i niskopasteryzowanego mleka o obniżonej zawartości tłuszczu.
9. Sposób według zastrz. 8, znamienny tym, że produktem jest niepasteryzowane mleko.