Стерилизация – это тепловая обработка молочного сырья при температурах выше 100 °С. Цель стерилизации – уничтожение всех вегетативных и споровых форм бактерий и инактивация ферментов.

В производстве стерилизованных молочных продуктов учитывают такой показатель, как термоустойчивость молока. Термоустойчивость, в свою очередь, зависит от стойкости казеина и сывороточных белков и сохранения коллоидной суспензии при воздействии высоких температур. Все это связано с химическим составом молока, который зависит от периода лактации, времени года, породы и индивидуальных особенностей коров и т. д. Так, молозиво и стародойное молоко обладают низкой термоустойчивостью. Термоустойчивость молока, полученного весной и осенью, низкая, поэтому для производства стерилизованных молочных продуктов наиболее оптимальным по термоустойчивость будет молоко, полученное летом.

Минеральный состав молочного сырья является определяющим для его тепловой стабильности, в особенности содержание цитрата и фосфата кальция или магния. Действие солей кальция и магния противоположно действию цитратов и фосфатов. Излишек или недостаток любой из этих солей способствует быстрому свертыванию молока. При оптимальном их соотношении молоко наиболее устойчиво к высоким температурам. В большинстве случаев коагуляция белков происходит при излишке солей кальция или магния. Добавление цитратов или фосфатов делает молоко более термоустойчивым.

На термоустойчивость сгущенного молока влияет массовая Доля сухих веществ. С ее повышением до 26 - 30 % термоустойчи­вость снижается. Для цельного молока этот фактор большого значения не имеет.

Важнейшую роль в термоустойчивость молока играет размер частиц казеина и его фракционный состав. Более устойчив к нагреванию -казеин. Мелкие частицы ККФК содержат больше -казеина, чем крупные, поэтому чем мельче мицеллы ККФК, тем более он стабилен к нагреванию. Молоко с крупными частицами казеина, с низким содержанием -фракции и высоким содержанием коллоидного фосфата кальция и -казеина быстрее свертывается при нагревании. На термоустойчивость влияет также количество сывороточных белков в молоке, особенно термолабильного -лактоглобулина.

Термоустойчивость свежевыдоенного молока быстро ухудшается при неблагоприятных условиях его получения, первичной обработки, хранения, доставки на молочные заводы и переработки. Важнейшей причиной тепловой неустойчивости молока при переработке является повышение его кислотности вследствие молочнокислого брожения, происходящего в недостаточно охлажденном молоке с высокой бактериальной и механической загрязненностью. Только при условии строгого соблюдения санитарно-ветеринарных правил получения, хранения молока на фермах и во время его транспортирования можно обеспечить сохранность качества молока, его свежесть и термоустойчивость. Поэтому предназначенное для стерилизации молоко хранят только очищенным и глубоко охлажденным (4 - 5 °С). При производстве стерилизованного молока и стерилизованных молочных продуктов нужно проводить подготовительные технологические операции таким образом, чтобы сохранить или повысить термоустойчивость молока.

Если молоко перед стерилизацией подлежит длительному хранению (более 4 ч), то для сохранения термоустойчивость его рекомендуется пастеризовать при температуре 74–76⁰С с последующим охлаждением и хранением при температуре 4-6 °С. Это позволит резервировать молоко и иметь его определенный запас для обеспечения бесперебойной работы стерилизационных установок.

Кислотность молока после пастеризации и охлаждения снижается на 1-1,5 ⁰Т, в то время как кислотность сырого охлажденного молока при хранении повышается на 1 - 1,5 °Т и более. Сырое охлажденное молоко после 24 ч хранения не выдерживает кальциевой и алкогольной проб и непригодно для производства стерилизованного молока, тогда как термоустойчивость пастеризованного молока удовлетворительна.

Перед стерилизацией рекомендуется также предварительно нагревать молоко для стабилизации его белков. Однако в этом случае при хранении готового продукта появляется осадок или гель. Для того чтобы дестабилизированные белки не откладывались в виде жесткого, плохо смывающегося осадка на пластинах стерилизатора в пластинчатых стерилизационных установках, для удаления дестабилизированных белков после секции подогрева молоко поступает в сепаратор-очиститель. Деаэрация молока при температурах 75-85 ⁰С в течение 3-5 мин перед стерилизацией также способствует стабилизации белков и уменьшению осадка на греющей поверхности стерилизационной установки.

Роль предварительного нагрева в стабилизации белков связана главным образом с образованием комплекса между -лактоглобулином и -казеином. При нагревании молока на поверхности мицелл казеина образуется комплекс -лактоглобулин- -казеин, который защищает их от внешнего воздействия, и термоустойчивость молока повышается. Если связь комплекса -лактоглобун -казеин с мицеллой ККФК непрочна или -лактоглобулин остается в растворимом состоянии, термоустойчивость молока понижается Прочность связи комплекса -лактоглобулин- -казеин с мицеллой зависит от режима тепловой обработки и рН. Диапазон оптимальных рН 6,5-6,7 и температуры 80-90 С. За счет этого взаимодействия повышается поверхностный заряд и степень гидратации казеиновых мицелл, т. е. усиливается их стабильность при тепловой обработке. Вместе с тем при тепловой обработке снижается рН молока из-за перехода гидро- и дигидрофосфатов кальция в коллоидное состояние и дефосфорилирования казеина. Чтобы уменьшить концентрацию ионов кальция, коллоидного фосфата кальция и денатурированных сывороточных белков, вносят соли-стабилизаторы.

Режимы предварительной тепловой обработки находятся в широких пределах от 70 до 135 °С с выдержкой от нескольких секунд до 30 мин. Это зависит от вида конечного продукта, качества исходного сырья и вида стерилизационных установок. Считается, что достаточным для стабилизации белков режимом предварительного нагревания молока перед стерилизацией является температура 75 - 85 ºС с выдержкой 20 с.

Для восстановления солевого равновесия молока при производстве стерилизованных продуктов в него добавляют соли-стабилизаторы, в качестве которых используют фосфаты или цитраты натрия или калия. Кроме того, восстановить солевой баланс в нетермоустойчивом молоке можно, пропустив его через ионообменную колонку с катионитовыми и анионитовыми фильтрами. При этом удаляется избыток ионов кальция и магния из молока и происходит частичная замена их в казеиновом комплексе натрием и калием, что способствует лучшему диспергированию казеиновых частиц и повышению их коллоидной устойчивости.

Контроль термоустойчивости молока проводят при поступлении его на предприятие и затем - после нормализации перед направлением на стерилизацию. Термоустойчивость определяют с помощью алкогольной, тепловой, кальциевой и фосфатной проб.

Приостановке всех проб молоко считают пригодным для стерилизации если оно не свертывается по алкогольной пробе при концентрации спирта 75 % и выше; по тепловой пробе - при нагревании до 130 °С в течение 30 - 60 мин; по кальциевой пробе - при добавлении в него (10 см³) 1%-ного раствора хлорида кальция (до 0,5 см³); по фосфатной пробе - при добавлении в него (10 см³) дигидрофосфата калия (до 1 см³) и кипячении на водяной бане в течение 5 мин.

Термоустойчивость молока можно контролировать с помощью приборов «Термол-1» и КСМК «Луч», разработанных во ВНИМИ. Работа с помощью прибора «Термол-1» осуществляется следую­щим образом. Пробу молока в ячейке ступенчато нагревают до заданной температуры, выдерживают, после чего подвергают ана­лизу гидромеханическим методом для выявления коагуляции бел­ка. Диапазон от 80 до 140 °С с дискретностью 10 °С и продолжи­тельностью выдержки 0,5; 1,0 и 2,0 мин. Общее время контроля одной пробы — 23 мин. Прибор выдает информацию в цифровой форме и в виде звукового сигнала в момент термокоагуляции. Тер­моустойчивость молока с помощью прибора КСМК «Луч» контро­лируют по массовой концентрации ионного кальция. В термоус­тойчивом молоке при температуре 140 °С по прибору «Луч» кон­центрация ионного кальция должна находиться в пределах от 3,2 до 7,0 мг/100 см³. Количество растворимого кальция при этом со­ставляет от 3,1 до 2,75 мг/100 см³.

В соответствии с требованиями ГОСТ 31449-2013 [4] и Технического регламента Таможенного союза «О безопасности молока и молочной продукции» (ТР ТС - 033 - 2013) [35] молоко, предназначенное для производства стерилизованного молока, выдерживать алкогольную пробу с 75%-ным этиловым спиртом и иметь следующие показатели: кислотность 16 – 18 °Т; степень чистоты по эталону - не ниже 1-й группы; КМАФАнМ в 1 см³ - не выше 300 тыс. КОЕ; количество соматических клеток в 1 см³ - не выше 500 тыс.

Сливки и обезжиренное молоко, также предназначенные для стерилизации, должны быть не ниже первого сорта, выдерживать алкогольную пробу с 75%-ным этиловым спиртом. Сливки долж­ны иметь кислотность в плазме не выше 22 Т, массовую долю жира не более 30 %. Обезжиренное молоко должно иметь кислотность не выше 19 °Т.