Теоретическое обоснование и экспериментальные исследования технологических аспектов бактериальной санации молочного сырья в условиях реального биоценоза

Результаты исследований использованы при разработке ТУ 9811-038-02067965-2005 «Молоко коровье сырье термически обработанное», и легли в основу патента «Способ термической обработки коровьего молока-сырья», оформлен приоритет. Способ адаптирован к системе HASSP через анализ ККТ.

Таким образом, производственные испытания, включающие в себя выработку режимов термической обработки молока-сырья, привели к созданию комплексной универсальной технологии, позволяющей использовать обработанное особым образом молоко-сырье, в дальнейшем, для любых технологических процессов молочного производства.

Экспериментальные исследования по определению сыропригодности термически обработанного молока

Одним из основных признаков сыропригодности молока является способность его хорошо свёртываться сычужным ферментом. Под синерезисом понимают самопроизвольное уменьшение объёма студней и гелей (для нас - молока, как полидисперсной системы), сопровождающееся отделением жидкости (сыворотка), который имеет важное значение в технологии производства сыра и творога.

Сравнивая два варианта тепловой обработки: первый - стандартный, ныне применяемый в сыроделии, и второй - предложенный нами (табл. 3), можно отметить, что если в сыроделии при обычных режимах тепловой обработки с увеличением температуры продолжительность сычужного свёртывания увеличивается, то в нашем случае, наоборот (17 мин - для режима при первой температурной обработке 65 °С (ф=20 с) > охлаждение до 6±2 °С, выдержка при этой температуре 4 часа > пастеризация при 72 °С (по В. А. Вагнеру) и 12,5 мин - для режима (второй производственный режим, предложенный нами) при первой температурной обработке 72 °С (ф=10 с), выдержка при этой температуре 4 часа> вторичная пастеризация при 72 °С (ф=10 с). Определённое влияние тепловая обработка молока оказала и на способность сычужного сгустка выделять сыворотку. Лучшие результаты по этому показателю получены при обработке сгустка сырого молока, выделившего 77 % сыворотки. При этом предварительная тепловая обработка молока несколько ухудшила способность сгустка выделять сыворотку (табл. 3). Следует отметить, что тепловая обработка по нашему варианту незначительно влияет на сыропригодность молока.

Таблица 3 - Динамика изменения физико-химических показателей молока при различных режимах тепловой обработки

Примечание: Курсивом выделены показатели, полученные в результате тепловой обработки молока-сырья по стандартному режиму (предложенному В.А. Вагнером), включающие: 65 0С (20 с) > 6 0С (4 час) > 72 0С (10 с). Обычным шрифтом выделен разработанный нами режим, включающий: 72 0С (10 с) > 65 0С (4 час) > 72 0С (10 с).

Титруемая кислотность нарастает при повышении уровня содержания и состава микрофлоры, при развитии которой в молоке-сырье накапливаются продукты метаболизма, в основном органические кислоты, и данные процессы напрямую зависят от температуры и продолжительности хранения молока. Именно поэтому титруемая кислотность, как комплексный критерий безопасности и качества молока был выбран для исследования хранимоспособности сырья (рис. 6).

Для установления возможных сроков хранения исследовали изменения органолептических и физико-химических показателей молока-сырья по второму (65 °С>(3 ч)>72 °С) и четвёртому (72 °С>(4 ч)>72 °С) экспериментальным вариантам. Пробы отбирали в процессе хранения однократно термически обработанного молока-сырья при 6 - 8 °С в течение четырёх суток с интервалом в двенадцать часов (рис. 6).

Критерием для снятия образцов с хранения являлось их несоответствие требованиям технической документации (ТУ 9811-001-02067965-2005 «Молоко коровье-сырье термически обработанное») по любому из предусматриваемых показателей качества.

Нестандартные показатели по физико-химическим показателям, а именно кислотности, согласно ТУ 9811-001-02067965-2005 «Молоко коровье-сырье термически обработанное», получили образцы на вторые сутки для первого производственного режима и на третьи - для второго производственного режима.

Органолептические показатели оценивали по 5-балльной шкале. Через 2,5 сут. хранения оценка образцов, подвергнутых термической обработке по второму производственному режиму, снизились на 1 балл из-за появления посторонних привкусов - несвежего. В то же время, образцы, обработанные по первому производственному режиму, соответствовали 5-балльной органолептической оценке лишь в течение 1,5 суток.

Рисунок 6 - Изменение титруемой кислотности термически обработанного молока-сырья в процессе хранения (при температуре 4 °С)

Таким образом, приведённые результаты показали, что продолжительность хранения термически обработанного молока-сырья, подвергнутого тепловой обработке по второму производственному режиму (2^й:72 °С>(4 ч)>72 °С), в соответствии с требованиями согласно ТУ 9811-001-02067965-2005 «Молоко коровье-сырье термически обработанное» может быть 2,5 сут., а для первого производственного режима (1^й:65 °С>(3 ч)>72 °С) - 1,5 сут. (ТУ 9811-038-02067965-2005, № 065/005833; Заяв. на пат. № 2007116752/13).

Анализируя результаты исследований по бактериальной санации молока-сырья, можно сделать вывод о том, что двойная тепловая обработка с выдержкой по мягкому режиму, обеспечивает максимальное снижение микробной обсемененности (КМАФАнМ), за счет уничтожения вегетативных форм психрофильных и мезофильных микроорганизмов; время и температура выдержки не позволяют размножаться термофилам. Однако данные режимы не затрагивают споровые формы микроорганизмов. Поэтому особый интерес представляет изучение возможности инактивации в молоке споровых форм микроорганизмов путем пролонгированной температурной обработки, которая рассматривается ниже.

5. Изучение возможности инактивации в молоке споровых форм микроорганизмов путем пролонгированной температурной обработки. Модельный вид - Bacillus cereus

Постановка проблемы очистки молока-сырья от посторонней споровой микрофлоры. Проблема очистки молока-сырья от посторонней споровой микрофлоры является весьма актуальной, так как от этого зависит не только качество и безопасность продукции, но и особенности технологических процессов производства. К опасным последствиям приводит загрязнение молока такими возбудителями как бруцеллёз, туберкулез и сибирская язва, если учесть высокую устойчивость к нагреванию туберкулезной палочки и спор сибирской язвы.

В своем исследовании Л. В. Голубева, А. Н. Пономарев и К. К. Полянский указывают, что количество спор в сыром молоке, по данным M. J. Lewis, редко превышает 1^.10³ в 1 см³, хотя A. J. Bramley отмечет, что их количество достигает и 5^.10³. Г. М. Свириденко также отмечает, что важным показателем сыропригодности молока-сырья является количество спор лактасбраживающих маслянокислых микроорганизмов, определяемых по ГОСТ 25102-90, исследование которых проводят для оценки степени риска позднего вспучивания сыров. Молоко с высоким уровнем содержания спор (60 клеток в 1 см³ и более) отбраковывается, при количестве спор менее 60, но более 6 необходимо использовать биологические методы подавления развития масляно-кислых микроорганизмов (бактериальные препараты с повышенным уровнем антагонистической активности), а также химические средства ингибирования (селитра, лизоцим).

В районах со сложной эпидемиологической обстановкой для обеззараживания молока, загрязненного спорами, в т. ч. возбудителя сибирской язвы, применим способ тепловой обработки молока с последующим заквашиванием с помощью молочнокислых бактерий Lbc.acidophilus и Lbc.bulgaricus, разработанный Н. П. Буравцевой, В. М. Карташовой, С. Н. Карликановой, В. А. Проскуриной и В. А. Ярощук на базе СтавНИПЧИ.

По современным представлениям Н. Н. Кусакина в отношении микроорганизмов сырого молока, в качестве границы риска, выделяет следующее: при преобладании во флоре сырого молока молочнокислых стрептококков граница риска находится в районе 1^.10⁷ в 1 см³, в случае доминирования психротрофных микробов эта граница находится уже в районе 1^.10⁶ в 1 см³. Содержание термостойких микроорганизмов в сыром молоке, перерабатываемом на питьевое молоко, не должно превышать 3^.10⁴ в 1 см³. Для аэробных спорообразователей, вызывающих порчу неохлажденного питьевого молока, 100 бацилл в 1 см³ является уже критической границей, которую нельзя превышать.

Наиболее эффективным способом борьбы с бактериальной обсемененностью молока-сырья является управляемая тепловая обработка. При этом только стерилизация (при 100 - 120 °С с выдержкой 20 - 40 мин) гарантированно полностью уничтожает споры, однако такое молоко имеет сниженные технологические и потребительские свойства с характерным вкусом и запахом. На сыродельных заводах используется двукратная тепловая обработка молока, включающая термизацию и хранение при низких температурах с последующей пастеризацией (не выше 74 °С). Такая обработка не оказывает отрицательного влияния на физико-химические и технологические свойства молока, улучшает его санитарно-гигиенические показатели и позволяет сохранить сыропригодность молока по K. Bochtler до трех суток. Кроме того, варьируя время и температуру выдержки после первой тепловой обработки можно добиться провоцирования прорастания спор в вегетативные формы для их дальнейшего уничтожения пастеризацией.

Контроль вегетативных и споровых форм термофильных бактерий является непростой задачей производителей. Bruce Hill отмечает, что если не принимаются соответствующие меры в процессе производства, то к окончанию технологического процесса КМАФАнМ в молоке может достигнуть 1^.10⁵ в 1 см³. Молоко-сырье в общем содержит небольшое количество термофильной микрофлоры, преимущественно представленной факультативно термофильными Bacillus lichenifirmis, Bacillus coagulans и термоактиномицетами, остаточное количество которых в готовом продукте пренебрежительно мало. Угрозу представляют облигатные термофилы, которые быстро размножаются и растут на нержавеющей поверхности оборудования, в участках с повышенной температурой. Образование эндоспор позволяет выжить на всех этапах технологического контроля. Концентрацию термофильных спор контролировать можно, но ценой более частой мойки оборудования, уменьшением объемов производства, увеличением количества отбракованной продукции, а также повышением стоимости аппаратного парка.

Для сведения к минимуму риска присутствия в готовых продуктах остаточной микрофлоры указываются четкие пределы содержания спор в сухом молоке. Сьёлема предлагает установить предельную концентрацию термофильных спор 1^.10³ в 1 см³, переработчики устанавливают более строгий предел - от 1^.10² до 5^.10² в 1 см³. В действительности, основной причиной дефекта пастеризованных продуктов является вторичное обсеменение. Ужесточение требований по содержанию спор приводит к повышению стоимости продукта. Результаты научных исследований, представленных на 3-м Симпозиуме Международной Молочной Федерации (1999), показали, что споры мезофильных микроорганизмов представляют незначительную угрозу для стерилизованных продуктов, так как имеют низкую устойчивость к температуре. Однако относительно термофильных спор ситуация более сложная. До открытия современных методов микробиологического исследования считалось, что термофильная микрофлора молочных продуктов представлена в основном одним видом - Bacillus stearothermophilus. Однако исследования Флинта и его коллегами показали, что в термофильной микрофлоре сухого молока Новой Зеландии доминируют 2 микроорганизма - Geobacillus spp. и Bacillus flavothermus. Исследования Bruce Hill показали, что только споры Geobacillus spp. способны выжить при общей стерилизации. Исследования, проведенные в Исследовательском центре Фонтера (ИЦФ), показали, что тепловая обработка до 100 °С вне зависимости от ее длительности провоцирует дальнейшее прорастание и Geobacillus spp. и Bacillus flavothermus, и только когда температура превышает 100 °С количество спор Bacillus flavothermus снижается. При нагреве образцов до 108 °С в течении 30 мин, происходит уничтожение спор Bacillus flavothermus и других свойственных мезофильной микрофлоре сухого молока микроорганизмов и остаются лишь споры Geobacillus spp. Данными исследованиями ИЦФ установил предел концентрации термофильных спор до 1^.10² в 1 см³ в продуктах, где термофильные споры представляют реальную угрозу качеству продукта. Исследования Bruce Hill показали, что споры Geobacillus spp. не переходят в вегетативную форму и не развиваются пока температура продукта ниже 37 °С. Это означает, что даже если некоторое количество спор Geobacillus spp. выживут в течение обработки качеству стерилизованного продукта ничего не угрожает пока его температура ниже 37 °С.

Наиболее опасными споровыми микроорганизмами являются те, которые при прорастании выделяют токсины. Bacillus cereus вызывает два типа пищевых отравлений (гастроэнтеритов) у человека. Интоксикацию опосредует энтеротоксин, образуемый вегетирующими формами, прорастающими из спор, устойчивых к определённым термическим режимам обработки пищевых продуктов. Бациллы образуют токсины только во время прорастания спор. Вторичные иммунодефициты, вызванные применением цитостатиков и иммунодепрессантов, а также различными патологическими состояниями, сопровождаемыми иммунодепрессиями, могут быть причиной тяжёлых, часто фатальных инфекций Bacillus cereus с массированными бактериемиями, эндокардитами и менингитами. Вероятность развития непищевых инфекций также велика у лиц с протезированными органами, катетерами, а также у пациентов с гемодинамическими нарушениями. Оптимальная температура развития Bacillus cereus 30 - 32 °С, максимальная 37 - 48 °С, минимальная 10 °С. Размножение начинается при 17 - 18 °С, наиболее интенсивно - при 32 °С. Диагностическим признаком В. И. Покровский и O. K. Поздеев считают обнаружение в подозрительных продуктах более 10⁵ бактерий в 1 см³ продукта либо 10²-10³ бактерий в 1 см³ каловых и рвотных масс или промывных вод.

По данным исследования Е. В. Груз, оптимальная температура роста для Bacillus anthracis оказывалась 37 °С, и при температуре 45 - 45,5 °С роста не отмечалось; у сапрофитных споровых аэробов уже к 10 - 14 часам инкубации был пышный рост. Однако ряд штаммов Bacillus cereus и штамм Bacillus megatherium не росли при этой температуре. Учет всех культуральных признаков был возможен не ранее 18 - 24 часов. Таким образом, при выдержке молока без охлаждения, температурные пределы для прорастания большинства спор колеблются от 37 до 55 °С в течение 10 - 48 часов. Поэтому, при применении тепловой обработки нашей задачей было выяснение точных временных и температурных параметров, которые не допустят прорастание споровых форм организмов и порчу сырья.

При этом в ходе эксперимента возможны два различных результата:

1. Вегетативные формы микроорганизмов гибнут при первичной тепловой обработке, выдержка позволяет раскрыться спорам, которые, в дальнейшем, уничтожаются обычными режимами пастеризации. В этом случае, необходимо выяснить минимальное время перехода спор в вегетативную форму для того, чтобы исключить время активного развития вегетативных форм, с выделением продуктов их метаболизма, до следующей пастеризации.

2. Вегетативные формы микроорганизмов гибнут при первичной тепловой обработке, выдержка не позволяет раскрыться спорам. При данном результате накопление продуктов метаболизма споровых форм микроорганизмов невозможна, поэтому промежуток между вторичной пастеризацией может быть небольшим (ждать прорастания спор 10 - 12 часов не нужно) и определяться временем максимального снижения численности бактерий при выдержке молока без охлаждения, после первой пастеризации.

Исследования по инактивации в молоке споровых форм организмов путем пролонгированной температурной обработки проводились на базе Ставропольского научно-исследовательского противочумного института (СтавНИПЧИ). Для проведения опытов был использован штамм Bacillus cereus 16. Метод исследования: реакция иммунофлуоресценции (РИФ), прямой метод окраски. Цель эксперимента: выяснить, через какое время выдержки споры Bacillus cereus максимально теряют свою способность к прорастанию; отметить время перехода спор Bacillus cereus в вегетативные формы (если такой переход вообще будет иметь место) при различной температуре выдержки; выяснить оптимальные производственные температурные режимы и время выдержки, при которых не происходит прорастание спор и выделение продуктов их жизнедеятельности.

Были выбраны следующие режимы термообработки:

№1: +72 ⁰С (10 с) +65 ⁰С (6 ч); №2: +65 ⁰С (10 с) +58 ⁰С (6 ч);

№3: +72 ⁰С (10 с) +5 ⁰С (6 ч); №4: +65 ⁰С (10 с) +5 ⁰С (6 ч);

№5: +72 ⁰С (10 с) +51 ⁰С (6 ч); №6: +72 ⁰С (10 с) +37 ⁰С (6 ч).

Вторичная пастеризация в каждом опыте проводилась через полтора, три и четыре часа.

Результаты поисковых исследований по инактивации в молоке споровых форм микроорганизмов показали, что:

1. Споры Bacillus cereus при первых пяти режимах обработки не провоцируются к прорастанию в вегетативные формы микроба (0 %).

2. Образование вегетативных форм Bacillus cereus происходит на 5 - 6 часу инкубации при температуре 37 °С (при троекратном воздействии температуры 72 °С на начальном этапе и через 1,5 и 3 часа инкубации), при этом к концу шестого часа инкубации образуется (35±5) % вегетативных форм.

3. Наша технология позволяет вдвое сократить принятое в литературе (10 - 12 часов, по Е. В. Груз) время перехода споровых форм Bacillus cereus в вегетативные. Поэтому предварительная тепловая обработка является перспективным способом провокации прорастания спор для их дальнейшего уничтожения.

4. Во время выдержки молока при температуре 72 - 65 °С в течение полутора часов гарантированно не происходит прорастания спор в вегетативные формы, что позволяет предотвратить накопление продуктов метаболизма в сырье и сохранить его первоначальные биохимические свойства.

В результате анализа информации, лабораторных исследований и производственных экспериментов, нами предложено проводить предварительную тепловую обработку молока-сырья ниже I сорта, с бактериологической обсемененностью (КМАФАнМ) свыше 5^.10⁵ КОЕ/см³ непосредственно после приемки перед резервированием (созреванием) для производства всех молочных продуктов в технологическом цикле молочного предприятия при температуре 65 °С (20 с) или 72 °С (10 с) с последующей выдержкой без охлаждения (в течение полутора часов при температуре 62 - 58 °С) и дальнейшей пастеризацией молока при 72 °С (10 с), что позволит получить более чистое в микробиологическом плане сырье, стабилизировать и обеспечить качество вырабатываемой молочной продукции. Режимы позволяют полностью уничтожить бактерии группы кишечной палочки, значительно снизить концентрацию масляно-кислых бактерий. Кроме того, время выдержки не позволяет развиться термофильной микрофлоре, а температура - споровой, тем самым предотвращается накопление продуктов метаболизма. Экономический эффект достигается за счет уменьшения энергозатрат в течение технологического процесса и повышения сортности закупаемого сырья.

Таким образом, данные эксперименты позволили сократить время выдержки разработанных нами производственных режимов с 3 - 4 часов до 1,5:

1-й режим: первичная температурная обработка при 65 °С (20 с), выдержка без охлаждения в ёмкости с термоизоляцией в течение 1,5 часов и вторично - пастеризация при 72 °С (10 с).

2-й режим: первая пастеризация при 72 °С (10 с), выдержка без охлаждения в ёмкости с термоизоляцией в течение 1,5 часов и вторичная пастеризация при 72 °С (10 с).

На основе анализа литературы по бактериальной санации молока-сырья и по результатам производственных экспериментов на предприятиях ОАО «Трест “Южный сахар”» на базе ЗАО «Сахаро-сыродельный комбинат “Ленинградский”» Краснодарского края были предложены производственные сыропригодные режимы термической обработки молока-сырья, которые включены в технические условия: ТУ 9811-038-02067965-2005 «Молоко коровье сырье термически обработанное». Режимы включают в себя первичную температурную обработку молока-сырья при 65 °С (20 с) или 72 °С (10 с) в зависимости от начальной бактериальной обсемененности, что позволяет уничтожить психрофильную и мезофильную микрофлору. Затем - выдержку, длительность которой (патентная частота - 1,5 часа) не позволяет развиться термофильной, а температура (62 - 58 °С) - споровой микрофлоре. Вторичная пастеризация уничтожает оставшиеся вегетативные формы микроорганизмов. Технологическая блок-схема алгоритма производства термизированного молока-сырья представлена на рисунке 7. Она была апробирована с позитивным результатом на ЗАО «ССК “Ленинградский”» Краснодарского края, глава 4. Рассмотрев в системном виде комплекс мероприятий по бактериальной санации молока-сырья, представляется целесообразным адаптировать их к сыродельному производству, как наиболее требовательному к качеству исходного сырья.

6. Разработка инновационных технологий продуктов с использованием бактериальной санации молока-сырья на примере сыра «Российский»

В исследовании был использован сыр «Российский», как широко распространенный и наиболее толерантный, с точки зрения биотехнологии. Особенностью технологии вырабатываемого нами «Российского» сыра является использование авторского способа предварительной тепловой обработки (по ТУ 9811-038-02067965-2005 «Молоко коровье-сырье термически обработанное») в качестве метода улучшения сыропригодности молока и качества продукта.

Используемые нами режимы двойной низкотемпературной обработки молока, с выдержкой без охлаждения, не только улучшают микробиологические параметры сырья, но и минимально затрагивают его структуру, что подтверждено экспериментальными исследованиями по определению сыропригодности термически обработанного молока. Поэтому представляет интерес проведение опытно-промышленной выработки сыра «Российский».

Блок-схема алгоритма производства молочной продукции (в том числе сыра «Российский») из термизированного молока-сырья представлена на рисунке 7.

Рисунок 7 - Блок-схема алгоритма производства молочной продукции из молочного сырья с бактериальной санацией нагреванием

Результаты опытно-промышленной выработки сыра «Российский» из термически обработанного молока-сырья на базе предприятия ОАО «Маслосыродельный завод “Александровский”». Экспериментальная промышленная выработка сыра «Российский» производилась из молока-сырья, предварительно обработанного по ТУ 9811-038-02067965-2005 «Молоко коровье - сырье термически обработанное». Параллельно, в качестве контроля, были проведены выработки сыра «Российский» из молока-сырья той же партии, по обычной технологии. Кислотность молока-сырья составляла 17 °Т, КМАФАнМ 3^.10¹⁰ КОЕ/см³, содержание белка 3,16 %, массовая доля жира 2,8 %, плотность 1028 кг/м³.

В эксперименте молоко-сырье предварительно обработано при 72 °С (10 с), затем выдержано в емкости с термоизоляцией (без охлаждения) при 65±2 °С (1,5 часа), вторичная пастеризация протекала при 72 °С (10 с). В контроле молоко-сырье предварительно обработано при 72 °С (10 с). Из обоих партий молока был приготовлен сыр «Российский». Период созревания сыра составил 60 дней. Выход продукции в контрольной партии составил 480 кг сыра из 5 тонн молока; в эксперименте произведено 530 кг сыра из 5 тонн молока, что больше контрольной партии на 50 кг. По основным технологическим параметрам (содержанию жира в сухом веществе, содержанию влаги и поваренной соли) выработанный «Российский» сыр не имел достоверных отличий о контрольной партии. По органолептическим свойствам опытная партия выработанного сыра «Российский» имела улучшенный вкус и запах. Выход сыра увеличился на 11 %. Кроме того, при дальнейшем хранении сыров, вспучивания и других пороков отмечено не было.

Выбранные режимы тепловой обработки ускоряют процесс созревания и увеличивают выход сыра вследствие лучшего использования сывороточных белков, отсутствия липолиза нежелательной микрофлорой и большего удержания влаги сырной массой. Некоторым недостатком термизации, как эффективного метода улучшения сыропригодности молока и качества сыров, отмечается ухудшение свертываемости молока, что компенсируется внесением соответствующего количества солей кальция и чистых культур молочнокислых бактерий. При использовании рекомендованных режимов низкотемпературной тепловой обработки, ухудшения свертываемости молока не отмечалось, что было подтверждено как экспериментальными исследованиями по определению сыропригодности термически обработанного молока, так и результатами опытно-промышленной выработки. Данные режимы низкотемпературной тепловой обработки молока-сырья с последующей их адаптацией на сыродельном производстве вполне могут быть реализованы на всем молочном сырье, в том числе - молочной сыворотке.

7. Научно-техническое обоснование и изучение термической бактериальной санации молочной сыворотки

В процессе производства молочных продуктов, основанном на выделении и концентрировании белков молока, происходит образование значительных количеств молочной сыворотки, которая является ценным сырьем. Исключение ее переработки существенно снижает экономическую эффективность и экологическую составляющую производства. При больших объемах производства сыворотки встает вопрос о ее хранении (резервировании) и транспортировании до технологической обработки, так как при хранении состав и свойства молочной сыворотки изменяются. Этому способствует действие молочнокислых бактерий в процессе производства и обсеменение посторонней микрофлорой. Лактоза подвергается ферментативному гидролизу, изменяются рН среды и мутность сыворотки. Кроме этого происходит гидролиз белков и жира, изменяется вкус сыворотки, могут накапливаться нежелательные и вредные вещества. Теоретически считается, что молочная сыворотка при хранении без обработки теряет 25 % своей энергетической ценности в течение 12 часов. Именно поэтому процесс первичной обработки и резервирования молочной сыворотки является актуальным. Накапливающаяся в процессе производства сыра и творога молочная сыворотка, на принципах безотходной технологии, с применением бактериальной санации молочного сырья, может быть очищена, сохранена и использована для получения инновационных кормовых бифидогенных и антисальмонеллезных продуктов.

На основании анализа априорной информации предлагаем концепцию альтернативных вариантов тепловой обработки молочной сыворотки по мягкому режиму, обеспечивающему управляемое снижение ее бактериальной обсемененности и длительное сохранение физико-химических свойств и состава.

Исследование влияния тепловой обработки на физико-химические показатели сыворотки показывают, что при нагревании ее с 50 °С начинается процесс агломерации глобул белка, обусловленный их денатурацией, и мутность сыворотки резко уменьшается. Денатурированные белки, потеряв устойчивость, при 75 - 80 °С образуют хлопья, которые медленно оседают. Наиболее интенсивно этот процесс проходит при кислотности молочной сыворотки 30 - 35 °Т (рН 4,4 - 4,6), что совпадает с изоэлектрической точкой лактоальбуминовой фракции белков сыворотки. Установлено, что порог денатурации сывороточных белков находится на уровне 50 - 65 °С, видимая коагуляция наблюдается при 75 - 80 °С, а оптимум теплового воздействия соответствует 90 - 95 °С. При нагревании сыворотки до 65 - 70 °С на поверхностях аппаратов интенсивно выделяется белок, который образует трудноудаляемый слой пригара, ухудшающий процесс теплообмена. При сгущении сыворотки под вакуумом используют температуры 55 - 65 °С. Таким образом, при тепловой обработке сыворотки для уменьшения ее бакобсемененности температурным пределом является 62 °±2 С. Это позволит избежать денатурации сывороточных белков и их налипания на поверхностях теплообмена.

В результате лабораторных и производственных экспериментов (рис. 8) разработан способ резервирования молочной сыворотки с понижением бактериального загрязнения, исключающий потерю ее первоначальных свойств.

Технологический прием заключается в низкотемпературной тепловой обработке (термизации) молочной сыворотки (62±2 °С) с последующей ее выдержкой (1,5 часа при 62 - 58 °С) и охлаждением до температуры 4±2 °С. По результатам наших исследований, после такой обработки молочная сыворотка способна храниться без изменения ее свойств в течение 48 часов. При этом первоначальная бактериальная обсемененность (КМАФАнМ) молочной сыворотки падает на четыре порядка (на два порядка после термизации и еще на два порядка в результате выдержки: n^.10⁷ > n^.10⁵ > n^.10³ КОЕ/см³, при n от 1 до 9), полностью уничтожается БГКП. Кислотность снижается на 2 °Т.

Рисунок 8 - Микробиологические показатели и кислотность сыворотки при термической обработке

Блок-схема алгоритма производства термизированной сыворотки с выдержкой по мягкому режиму представлены на рисунке 7.

Вопросы безопасности производства продуктов животного происхождения напрямую связаны с качеством сырья, а оно, в свою очередь - с условиями содержания и здоровьем животных. Поэтому наиболее эффективным способом улучшения качества животного сырья является профилактика заболеваемости животных. Данная задача решается при создании кормов, сочетающих в себе питательные и лечебные свойства. А при использовании составляющих, которые являются «отходами» других производств (например, сыворотка в молочном деле, скорлупа яиц в птицеводстве), рентабельность значительно превышает затраты.

Уже предпринимались попытки создания кормов для борьбы с заражением сальмонеллами куриного мяса и яиц. Известно, что сальмонеллы, часто живущие в кишечнике кур, заражают куриное мясо и яйца. Употребление в пищу плохо проваренных куриных продуктов в этих случаях может привести к серьёзным пищевым отравлениям. По данным Walts Susan для борьбы против сальмонелл могут быть эффективно использованы некоторые продукты переработки молочной сыворотки. Применение этих добавок с пищей или водой избавляет кур от сальмонелл по сравнению с контрольными группами на 99,9 %. Антисальмонеллезный эффект сывороточного концентрата связан с физиологическим действием содержащейся в нем лактозы, обладающей мочегонным и послабляющим свойством без побочных явлений, что приводит к выведению из кишечника ряда одноклеточных паразитов. Учитывая народно-хозяйственную актуальность проблемы избавления от заражения мяса птицы и яиц сальмонеллами, целесообразно проведение соответствующего комплекса исследований.

Основной целью данного исследования являлось получение нового кормового антисальмонеллезного концентрата из молочной несоленой сыворотки, получаемой при производстве сыра и творога, путем ее сгущения до массовой доли сухих веществ 60 % с внесением измельченной яичной скорлупы (патент № 2320191). Блок-схема производства сгущённой сыворотки с яичной скорлупой представлена на рисунке 7.

В развитие этой темы творческим коллективом под руководством академика Россельхозакадемии И. Ф. Горлова, на базе Волгоградского научно-исследовательского технологического института мясо-молочного скотоводства и переработки продукции животноводства Россельхозакадемии (ГУ ВНИТИ ММС и ППЖ Россельхозакадемии) была разработана новая кормовая бифидогенная добавка в сочетании лактулозы с природным бишофитом (патент 2314709). Добавление природного бишофита как соли магния, обладающего желчегонным действием, способствует эмульгированию жиров молока их и лучшему усвоению.

Кормовые бифидогенные добавки с пребиотическими свойствами на основе молочной сыворотки с лактулозой способствуют нормализации микрофлоры кишечника, устранению дисбактериозов и препятствуют развитию патогенной микрофлоры.

8. Оценка экономического потенциала тепловой бактериальной санации молочного сырья

Проведенные в работе расчеты показывают, что экономический потенциал от реализации бактериальной санации низкосортного молока-сырья путем тепловой обработки нагреванием в технологическом процессе производства питьевого молока составляет 7763,61 рубль на тонну, за счет разницы закупочной цены; экономии газа и электроэнергии. Экономический потенциал бактериальной санации в технологическом процессе производства «Российского» сыра составляет 13317,53 рублей за одну тонну условно зрелого сыра, за счет разницы закупочной цены молока-сырья и экономии электроэнергии. Общий экономический потенциал бактериальной санации 30 % заготовляемого молока-сырья оценивается на уровне 5 млрд. руб. в год. Экономический потенциал от использовании нового способа резервирования молочной сыворотки только за счет сохранения 25 % своей исходной энергетической ценности («недополученная» выгода) составляет 1,5 млрд. руб. в год.

Основные результаты и выводы

1. На базе научно-методических предпосылок по глобальным проблемам реального биоценоза теоретически обоснованна и экспериментально подтверждена необходимость и возможность бактериальной санации молочного сырья до технологической обработки. Проведен комплекс исследований по направленному и управляемому процессу мягкой тепловой обработки молока-сырья и молочной сыворотки, включающий: изучение качества сырья, лабораторные и пилотные исследования, опытно-промышленные выработки и производственные испытания.

В логистике рассмотрено явление инактивации спор в молочном сырье.

2. Разработан способ тепловой обработки заготовляемого коровьего молока-сырья с целью улучшения его микробиологических и технологических свойств (повышения сортности) с увеличенным сроком хранения для резервирования до использования в технологических процессах. Способ тепловой обработки включает: нагревание молока по мягкому режиму 65±2 °С в течение 20 с, или 72±2 °С в течение 10 с; охлаждение до 4±2 °С для последующего хранения (типовой режим) или без охлаждения с выдержкой до 3 ч и порогом температуры 58°С (экспериментальный режим). При этом КМАФАнМ молока-сырья снижается до требований ЕЭС и ВТО. Способ реализован в НТД и адаптирован к системе HASSP через анализ ККТ.

3. Рассмотрено явление и проведены поисковые исследования по инактивации в молоке споровых форм организмов (модельный вид - Bacillus cereus) путем пролонгированной температурной обработки в реакции иммунофлуоресценции, которые показали возможность сокращения времени инкубации в два раза. Поэтому предварительную тепловую обработку можно считать перспективным способом провокации прорастания спор для их дальнейшего уничтожения. Время производственных режимов может быть сокращено с 3 - 4 до 1,5 ч.

4. Проведенные в производственных условиях промышленные выработки сыра «Российский» из предварительно обработанного по нашим предложениям молока-сырья, подтвердили, что опытные партии сыра при сохранении всех физико-химических и органолептических свойств, имели улучшенный вкус и запах, в сравнении с контролем. Выход сыра увеличился на 11 %. При длительном хранении сыров пороков, в том числе вспучивания, отмечено не было.

5. Обоснована, предложена и апробирована технология низкотемпературной тепловой обработки молочной сыворотки, позволяющая снизить бактериальную обсемененность на четыре порядка, стабилизировать и сохранить ее качество: нагрев при 62±2 °С с возможной выдержкой (в течение 1,5 ч) или охлаждением до температуры 4±2 °С для резервирования (до 48 ч). Дальнейшее использование такой сыворотки - получение оригинальных кормовых продуктов: антисальмонеллезного концентрата с яичной скорлупой, а также бифидогенных добавок с лактулозой и природным бишофитом.

6. На основании проведенных исследований и их практической апробации разработаны и утверждены ТУ 9811-038-02067965-2005 «Молоко коровье сырье термически обработанное» (санитарно-эпидемиологическое заключение №26.01.10.981.Т.000026.01.06), получен приоритет на патент «Способ термической обработки коровьего молока-сырья», патент «Способ производства концентрата молочной сыворотки» и патент «Способ кормления поросят». Подготовлен портфель инноваций в виде блок-схем алгоритмов технологий молочных продуктов, рекомендаций и наставлений с бактериальной санацией молочного сырья для предприятий любых форм собственности и объемов производства. Постановочно рассматривается возможность формирования материалов на открытие «Механизм направленного и управляемого метаболизма спор микроорганизмов с целью бактериальной санации биологических объектов на примере молока-сырья».

7. Проведенные расчеты показали, что экономический эффект от реализации бактериальной санации низкосортного молока-сырья в технологическом процессе производства составляет (в ценах 01.01.2007), руб. т:

- питьевого молока: 7763,61;

- сыра «Российский»: 13317,53.

Общий экономический потенциал бактериальной санации 30 % заготовляемого молока-сырья оценивается на уровне 5 млрд. руб. в год; нового способа резервирования молочной сыворотки только за счет «недополученной выгоды» - 1,5 млрд. руб.

Основное содержание диссертации опубликовано в следующих работах

Монографии

1. Емельянов, С. А. Санитарно-эпидемиологические аспекты влияния природных микробиоценозов окружающей среды на технологию сырья и качество продуктов животного происхождения / С. А. Емельянов. - Ставрополь : ГОУ ВПО «Северо-Кавказский государственный технический университет». - 2007. - 328 с.

2. Емельянов, С. А. Теория и практика термизации молочного сырья / С. А. Емельянов. - Ставрополь : ГОУ ВПО «Северо-Кавказский государственный технический университет». - 2007. - 236 с.

Статьи в периодических изданиях, рецензируемых ВАК

3. Роль некоторых диких птиц и млекопитающих в природной очаговости Крымской геморрагической лихорадки в Ставропольском крае / М. П. Григорьев, Ю. М. Евченко, С. А. Емельянов, Л. И. Шапошникова, К. В. Шенетц, Н. В. Ермолова, Н. И. Тихенко, Б. И. Левченко // Журнал микробиологии, эпидемиологии и иммунобиологии. - 2001. - № 6, ноябрь - декабрь. - С. 92 - 95.

4. Емельянов, С. А. Обзор эффективности альтернативных методов бактериальной санации молока-сырья / С. А. Емельянов // Вестник Северо-Кавказского государственного технического университета. - 2006. - № 1(5). - С. 66 - 70.

5. Влияние температуры на развитие микроорганизмов в молоке и молочных продуктах / С. А. Емельянов, А. Г. Храмцов, О. А. Суюнчев, Е. Н. Хворостина, Г. П. Овчарова, А. Т. Белашев, Т. А. Черевко // Вестник Северо-Кавказского государственного технического университета. - 2006. - № 2(6). - С. 54 - 57.

6. Емельянов, С. А. Микробиологические аспекты использования тепловой обработки молока-сырья / С. А. Емельянов // Вестник Саратовского госагроуниверситета им. Н. И. Вавилова. - 2006. - № 6. - Вып. 2. - С. 15 - 20.

7. Емельянов, С. А. Поиск способов удаления споровых форм микроорганизмов из молока-сырья / С. А. Емельянов, А. Г. Храмцов, И. А. Евдокимов, Е. Р. Смирнов // Вестник Северо-Кавказского государственного технического университета. - 2007. - № 1(10). - С. 75 - 79.

8. Экспериментальное обоснование технологии пребиотических и синбиотических концентратов на основе анионообменной обработки лактозосодержащего сырья / С. В. Лодыгина, А. С. Бессонов, Н. Н. Абакумов, С. А. Рябцева, А. Д. Лодыгин, С. А. Емельянов // Вестник Северо-Кавказского государственного технического университета. - 2007. - № 1(10). - С. 71 - 74.

9. Изменение микробиологических показателей сыворотки в процессе переработки / С. А. Рябцева, С. А. Емельянов, Ю. Г. Гетман, О. В. Кузнецова, А. П. Поверин, В. К. Топалов // Молочная промышленность. - 2006. - № 6. - С. 26 - 27.

10. Обеспечение микробиологической безопасности молока / С. Н. Слипченко, А. В. Оноприйко, В. А. Оноприйко, С. А. Емельянов // Молочная промышленность. - 2007. - № 3. - С. 36 - 37.

11. Смирнов, Е. Р. Низкотемпературная обработка сыворотки : технологические и микробиологические аспекты / Е. Р. Смирнов, С. А. Емельянов, И. А. Евдокимов // Молочная промышленность. - 2007. - № 8. - С. 53 - 55.

12. Теоретическое обоснование необходимости бактериальной санации молока-сырья в условиях интеграции с Европейским Сообществом и вступления во Всемирную торговую организацию // А. Г. Храмцов, С. А. Емельянов, И. А. Евдокимов, С. А. Рябцева, О. А. Суюнчев, В. Д. Харитонов, О. Б. Федотова, О. А. Гераймович, С. В. Анисимов, Л. Е. Давыдянц, В. И. Ефременко, В. Н. Савельев, Е. И. Еременко, Н. П. Буравцева // Вестник СевКавГТУ. - 2005. - № 2. - С. 75 - 79.

13. Необходимость бактериальной санации молока-сырья / А. Г. Храмцов, С. А. Емельянов, И. А. Евдокимов, С. А. Рябцева, О. А. Суюнчев, В. Д. Харитонов, Т. Л. Остроумова, С. В. Анисимов, Л. Е. Давыдянц, В. И. Ефременко, В. Н, Савельев, Е. И. Еременко, Н. П. Буравцева // Молочная промышленность. - 2006. - № 2. - С. 18 - 21.

14. Необходимость бактериальной санации молока-сырья / А. Г. Храмцов, С. А. Емельянов, И. А. Евдокимов, С. А. Рябцева, О. А. Суюнчев, В. Д. Харитонов, Т. Л. Остроумова, С. В. Анисимов, Л. Е. Давыдянц, В. И. Ефременко, В. Н, Савельев, Е. И. Еременко, Н. П. Буравцева // Молочная промышленность. - 2006. - № 3. - С. 11 - 16.

15. Необходимость бактериальной санации молока-сырья / А. Г. Храмцов, С. А. Емельянов, И. А. Евдокимов, С. А. Рябцева, О. А. Суюнчев, В. Д. Харитонов, Т. Л. Остроумова, С. В. Анисимов, Л. Е. Давыдянц, В. И. Ефременко, В. Н, Савельев, Е. И. Еременко, Н. П. Буравцева // Молочная промышленность. - 2006. - № 4. - С. 58 - 61.

Материалы научных трудов институтов

16. Зараженность клещей Hyalomma marginatum вирусом Крымской геморрагической лихорадки на Юге России в 2001 г. / Н. Ф. Василенко, И. Н. Емельянова, Е. Н. Афанасьев, Е. А. Горобец, С. А. Емельянов, К. В. Шенетц // Проблемы особо опасных инфекций. - Вып. 1 (83). - Саратов, 2002. - С. 120 - 128.

17. Емельянов, С. А. Технологические аспекты микробиологической очистки и резервирования сыворотки низкотемпературной тепловой обработкой / С. А. Емельянов, Е. Р. Смирнов, И. А. Евдокимов, А. Г. Храмцов // Сборник научных трудов СевКавГТУ. Серия «Продовольствие». - 2007. - № 3. - С. 32 - 34.

18. Емельянов, С. А. Роль птиц и млекопитающих в прокормлении преимагинальных фаз Hyalomma marginatum (Ixodidae) / С. А. Емельянов, И. Н. Емельянова, Л. И. Шапошникова // Сборник научных трудов. К 50-летию Дагестанской ПЧС. - Махачкала : ДПЧС, 2002. - С. 153 - 157.

19. Разработка технологии бактериальной санации молока-сырья / С. А. Емельянов, А. Г. Храмцов, И. А. Евдокимов, Е. Р. Смирнов, В. Д. Харитонов, Е. Н. Хворостина, Г. П. Овчарова, А. Т. Белашев, Т. А. Черевко // Переработка молока. - 2008. - № 5. - С. 6 - 8.

20. Эпидситуация по ККГЛ районах Ставропольского края, подвергшихся наводнению / В. И. Ефременко, Г. Д. Брюханова, Г. И. Лямкин, Ю. М. Евченко, И. В. Чумакова, М. П. Григорьев, А. П. Бейер, Н. И. Тихенко, С. А. Емельянов, А. В. Груба, И. Н. Емельянова, Л. Н. Марчукова, В. М. Французов // Актуальные проблемы эпидемиологической безопасности. - Ставрополь, 2002. - С. 94 - 96.

21. Вспышка лептоспироза в Красногвардейском районе Ставропольского края в 2002 г. / В. М. Мезенцев, Н. Г. Ковалев, В. В. Бинатова, С. А. Емельянов, Л. А. Соколова, Ю. М. Евченко, М. В. Фоменко, Г. В. Сысолятина, Г. А. Джаимеди, И. В. Ковальчук, В. П. Надеина, Е. А. Тюрикова, Ю. М. Тохов, А. П. Бейер, Т. И. Егшатян // Актуальные проблемы эпидемиологической безопасности. - Ставрополь, 2002. - С. 173 - 177.

22. Смирнов, Е. Р. Технологические аспекты микробиологической очистки и резервирования сыворотки низкотемпературной тепловой обработкой / Е. Р. Смирнов, С. А. Емельянов, И. А. Евдокимов. - Ставрополь : СевКавГТУ, 2007. - 18 с. - Библиогр. 4 назв. - Рус. - Деп. в ВИНИТИ 16.04.2007, № 427.

23. Микробиология сыворотки и практические аспекты ее хранения / А. Г. Храмцов, С. А. Емельянов, С. А. Рябцева, А. Г. Варданян, О. В. Кузнецова, Е. Р. Смирнов // Современные направления переработки сыворотки. - Ставрополь, 2006. - С. 160 - 161.

Материалы конгрессов, симпозиумов, конференций

24. Результаты исследования крови млекопитающих и птиц на Крымскую-Конго геморрагическую лихорадку / Н. Ф. Василенко, И. Н. Емельянова, Е. Н. Афанасьев, Е. А. Горобец, А. П. Бейер, С. А. Емельянов // Эпидемиологическая безопасность на Кавказе. Итоги и перспективы / Материалы юбилейной научно-практической конференции, посвященной 50-летию Ставроп. научно-исследовательского противочумного инстит. (15 - 16 октября 2002 г.) - Ставрополь, 2002. - С. 69 - 70.

25. Lactose and its Derivatives in Nobel Prize winners researching works / S. A. Emelyanov, S. A. Ryabceva, V. K. Topalov, A. G. Khramtsov // Lactose and its Derivatives / Theses International Dairy Federation Symposium. Moscow, 14 - 16 May 2007. - М. : Not state educational establishment «The Educational scientific and technical center of the dairy industry», 2007. - P. 79.

26. Emelyanov, S. A. Microbiological raw-milk safety during sour-milk products production / S. A. Emelyanov, E. R. Smirnov // Fermented Milks - Technologies and Nutrition / Theses of regional conference International Dairy Federation. Moscow, 14 - 16 May 2007. - М. : Not state educational establishment «The Educational scientific and technical center of the dairy industry», 2007. - P. 281.

27. Реализация безотходных технологий сыров и творога путем организации производства кормовых средств на основе молочной сыворотки с яичной скорлупой / С. А. Емельянов, А. Г. Храмцов, Д. Н. Лодыгин, А. Д. Лодыгин, С. А. Киселев // Современный взгляд на производство творога, творожных паст и сыров: расширение ассортимента, совершенствование технологии и оборудования / Межд. науч.-практ. конф. - М. : НОУ «Образовательный научно-технический центр молочной промышленности», 2008. - С. 100 - 102.

28. Научно-техническое обоснование и изучение термической бактериальной санации молочной сыворотки / С. А. Емельянов, А. Г. Храмцов, И. А. Евдокимов, Е. Р. Смирнов, А. Г. Варданян // Современный взгляд на производство творога, творожных паст и сыров: расширение ассортимента, совершенствование технологии и оборудования / Межд. науч.-практ. конф. - М. : НОУ «Образовательный научно-технический центр молочной промышленности», 2008. - С. 102 - 104.

29. Принципиальные основы обеспечения безопасности производства сыров и творога в условиях реального биоценоза / С. А. Емельянов, А. Г. Храмцов, И. А. Евдокимов, С. А. Рябцева, О. А. Суюнчев, Д. В. Харитонов // Современный взгляд на производство творога, творожных паст и сыров: расширение ассортимента, совершенствование технологии и оборудования / Межд. науч.-практ. конф. - М. : НОУ «Образовательный научно-технический центр молочной промышленности», 2008. - С. 173 - 174.

30. Емельянов, С. А. Теоретическое обоснование технологии бактериальной санации молочного сырья / С. А. Емельянов // Современный взгляд на производство творога, творожных паст и сыров: расширение ассортимента, совершенствование технологии и оборудования / Межд. науч.-практ. конф. - М. : НОУ «Образовательный научно-технический центр молочной промышленности», 2008. - С. 174 - 176.

31. Результаты практической апробации по бактериальной санации молока-сырья на базе ЗАО «Сахаро-сыродельный комбинат «Ленинградский» Краснодарского края / С. А. Емельянов, А. Г. Храмцов, И. А. Евдокимов, О. А. Суюнчев, Е. Р. Смирнов, В. Д. Харитонов, Е. Н. Хворостина, А. Г. Белашев, Г. П. Овчарова, Т. А Черевко // Современный взгляд на производство творога, творожных паст и сыров: расширение ассортимента, совершенствование технологии и оборудования / Межд. науч.-практ. конф. - М. : НОУ «Образовательный научно-технический центр молочной промышленности», 2008. - С. 177 - 180.

32. Эффективность термизации молока-сырья при производстве сыров на базе ОАО «Маслосыродельный завод «Александровский» / С. А. Емельянов, А. Г. Храмцов, И. А. Евдокимов, А. В. Оноприйко, О. А. Суюнчев, В. А. Оноприйко // Современный взгляд на производство творога, творожных паст и сыров: расширение ассортимента, совершенствование технологии и оборудования / Межд. науч.-практ. конф. - М. : НОУ «Образовательный научно-технический центр молочной промышленности», 2008. - С. 180 - 181.