В молочной промышленности молочное сырье стерилизуют по трем принципиальным схемам:

- одноступенчатая в упаковке – после розлива молока в упаковку и ее герметичной укупорки при температуре 115 - 120 °С с выдержкой 15 -30 мин;

- двухступенчатая – предварительная стерилизация молочного сырья в потоке при температуре 130 - 150 °С в течение нескольких

секунд, а затем вторичная стерилизация после розлива молока или молочных продуктов в упаковку и ее герметичной укупорки при температуре 115 –120 ºС в течение 15 - 20 мин;

- одноступенчатая с асептическим розливом – косвенная или прямая стерилизация молочного сырья при температуре 135 –150 °С в течение нескольких секунд с последующим фасованием в асептических условиях в стерильную тару.

В зависимости от особенностей производства и фасования готового продукта молочное сырье стерилизуют периодическим и непрерывным способами.

Стерилизацию периодическим способом проводят, помещая продукт в упаковке (стеклянных или пластмассовых бутылках) в автоклав и создавая в нем разрежение 0,08 МПа, что соответствует температуре 121 °С. При этой температуре продукт выдерживается 15–30 мин. Затем температуру снижают до 20 °С. На стерилизацию молоко поступает нормализованным, гомогенизированным, прошедшим предварительный нагрев.

Стерилизация непрерывным способом в упаковке осуществляется в гидростатических башенных стерилизаторах. Фасованный в бутылки продукт подается в первую башню стерилизатора, где нагревается до (86±1) °С.

Во второй башне продукт в бутылках нагревается до температуры 115–125 ⁰С и выдерживается в зависимости от объема бутылки 20-30 мин. В третьей башне стерилизатора бутылки охлаждаются до температуры (65 ± 5) ⁰С, в четвертой-до (40 + 5) ⁰С. Дальнейшее охлаждение идет в камере хранения продукта. Весь цикл обработки в башенном стерилизаторе составляет приблизительно 1ч. Такое молоко хранится при температуре 1-20 ⁰С не более 2 мес. со времени выработки.

Стерилизация молочного сырья после розлива в упаковку в горизонтальном ротационном стерилизаторе с клапанным затвором

осуществляется при температуре 132-140 ⁰С в течение 10-12 мин. Весь цикл обработки составляет 30-35 мин. Для более длительного хранения молока и молочных продуктов применяют ультравысокотемпературную обработку молочного сырья в потоке (УВТ-обработка), проводимую при температурах 135-145 ⁰С с выдержкой 2-4 с с обязательным проведением технологического процесса после стерилизации и фасовки в асептических условиях.

УВТ-обработка молока обеспечивает уничтожение в нем бактерий и их спор, инактивацию ферментов при минимальном изменении его вкуса, цвета и пищевой ценности. Требуемые для этого температура и продолжительность нагревания находятся в зависимости от количества и вида спорообразующей микрофлоры в исходном сырье. Обычно присутствие большого числа спорообразующей микрофлоры в молоке связано с повышенным общим бактериальным обсеменением молока. При отборе молока для УВТ-обработки этот факт следует принимать во внимание и использовать сырье с общим количеством бактерий не более 3 10⁵ КОЕ в 1 см ³.

УВТ - обработку молочного сырья в потоке с асептическим розливом проводят с использованием двух способов нагрева:

Прямого (пароконтактного) нагрева впрыскиванием (инжекцией) пара в молоко либо подачей молока в среду пара;

косвенного (непрямого) нагрева молока через теплопередающую поверхность.

Прямой нагрев молочного сырья эффективен в случае необходимости моментального его нагрева до температур стерилизации. Молоко мгно­венно нагревается до температуры 140 - 145 ⁰С и поступает в выдерживатель на 1—3 с. При этом воздействие на молочное сырье минимальное вследствие мгновенных нагрева и охлаждения. К недостаткам такого способа можно отнести то, что в системах прямого воздействия продукт вступает в прямое сопри­косновение с нагревающей средой. Этот факт заставляет предъявлять более высокие требования к сырью и пару, который применяют для нагрева. Молочное сырье должно обладать высокой термоустойчивостью, а пар должен подвергаться особой очистке, чтобы не быть источником загрязнения стерилизованного молока. Кроме того, в результате прямого нагрева молочное сырье имеет повышенную влажность из-за попадания в него конденсата, в который превращается пар при соприкосновении с более холодным молоком. Конденсат удаляется из молока в вакуум-камере, куда поступает стерилизованное молоко из выдерживателя. В вакуум-камере поддерживается разрежение 0,04 МПа, при котором молоко кипит при температуре около 80 °С. Конденсат, попавший в молоко в камере стерилизации, удаляется вместе с паром из молока при кипении.

При косвенном способе нагрев молочного сырья осуществляется от нагревающей среды через теплопередающую поверхность в теплообменных установках. Наиболее распространенными в мо­лочной промышленности установками, предназначенными для стерилизации молочного сырья и охлаждения стерилизованного продукта, являются пластинчатые и трубчатые теплообменные установки.

Пластинчатый теплообменник состоит из набора (пакета) пластин из нержавеющей стали, стянутых в одну конструкцию. Такая конструкция может состоять из нескольких пакетов пластин, составляющих отдельные секции, в которых осуществляются различные этапы обработки молока и молочных продуктов. Например, секция для первичного нагрева до температуры 75—80  °С, секция для основного нагрева до температуры стерилизации (137 ± 1) °С и секция охлаждения до температуры 4—20 ⁰С. Нагревающей средой в этих теплообменниках является горячая вода, а охлаждающей — холодная (ледяная) вода или пропиленгликоль в зависимости от конечной температуры продукта на выходе.

Примером пластинчатой стерилизационной установки может служить установка Steritherm шведской фирмы Tetra-Pak.

Подогрев молока с 7 до 66°С. осуществляется в 3-й секции пластинчатого теплообменника за счет регенерации от стерилизованного молока, поступающего туда из асептического гомогенизатора. Во 2-й секции теплообменника молоко нагревается до температуры (76 ± 2) °С, выдерживается в выдерживателе спирального типа 120 с и подается в саморазгружающийся сепаратор-молокоочиститель для удаления дестабилизированного белка. Затем молоко подвергается деаэрации и гомогенизации, поступает в 1-ю секцию теплообменника для стерилизации при температуре (140 ± 2) °С за счет теплообмена с циркулирующей под давлением нагретой водой, выдерживается в трубчатом выдерживателе 4 с, откуда направляется во 2-ю и 3-ю секции для охлаждения до тем­пературы не выше 20 ⁰С (во 2-й секции - до 70 "С, в 3-й — до 20 ⁰С). Охлажденное молоко поступает по асептическому молокопроводу в асептический резервуар, из которого под давлением очищенного стерилизованного воздуха оно подается на автомат для асептического розлива.

Температура воды, предназначенной для стерилизации, должна быть 157 ⁰С. Это достигается за счет впрыскивания пара в воду при прохождении ее через паровой инжектор. В стерилизаторе горячая вода отдает теплоту молоку, и ее температура падает до 75⁰С. Дальнейшее охлаждение воды происходит в 4-й и 5-й секциях теплообменника за счет подачи водопроводной воды.

Трубчатые теплообменники бывают многоканальные и одноканальные, многотрубные и однотрубные. В молочной промышленности наибольшее применение нашли последние.

Многотрубный теплообменник работает по классической схеме трубы в кожухе, когда жидкий продукт течет по параллельным трубам, а нагревающая или охлаждающая жидкости — между ними и вокруг них противотоком. Теплопередающая поверхность теплообменника состоит из набора прямых гофрированных или гладких труб. Эффективность теплопередачи создается спиральным рифлением оболочки. Трубы вварены в пластины с обоих концов, которые, в свою очередь, крепятся к наружному кожуху с использованием двойных уплотнительных колец. Такая «плавающая» конструкция при необходимости позволяет извлекать трубы продуктопровода, отвернув торцевые болты. Таким образом можно разбирать узел для осмотра. «Плавающая» конструкция также поглощает тепловое расширение и позволяет заменять наборы труб в кожухе и устанавливать их в различном сочетании в зависимости от назначения.

Однотрубный теплообменник состоит из одной внутренней трубы, способной пропускать частицы, диаметром до 50 мм.

Трубчатые стерилизационные установки Steretub и Tetra-therm aseptic Flex так же выпускает шведская фирма Tetra-Pak. Они включают в себя теплообменные секции для подогрева, стерилизации и охлаждения продукта, а также для подогрева воды.

Максимальная температура стерилизации, которую могут обеспечить данные установки, — 160 °С. Технологический цикл состоит из следующих операций: стерилизация установки, стерилизация продукта в режиме «производство», асептическая промежуточная мойка, окончательная мойка.

Стерилизация трубчатой стерилизационной установки осуществляется горячей водой температурой 137—140 ⁰С, циркулирующей под давлением в течение 30 мин. Температуру контролируют датчики температуры, один из которых находится в трубе для выдержки. В асептической части стерилизация осуществляется при этих же температурах. В случае падения температуры в асептическом резервуаре таймер автоматически возвращается в исходное положение и процесс запускается повторно, когда заданная величина достигается.

Когда начинается подача продукта в установку, закрывается вход воды в установку. Вода вытесняется к стоку из-за наполнения уравнительного бака продуктом.

При режиме «производство» в первой секции происходит нагрев продукта с 5—15 до 55—75 ⁰С в течение 30 с. Во второй секции установки продукт нагревается до 120—130 ⁰С и в третьей—до температуры стерилизации 138—140 ⁰С в течение 3—4 с. В 4-й и 5-й секциях продукт охлаждается до 20⁰С и вытесняется из установки стерильной водой. При подаче продукта в стерилизатор давление должно быть не менее 0,2 МПа, но не более 0,3 МПа, при выпуске продукта нормальное давление – 0,1 МПа.

После стерилизации продукт поступает либо в асептический резервуар, либо в асептический упаковочный автомат. Идущая к ним выпускная труба должна быть короче и с минимальным количеством соединений или без них. Причем эти соединения должны быть сварными и отполированными или протравленными химическими веществами.

Установка марки Steritub предназначена для производства стерилизованных продуктов низкой вязкости (молока и сливок), но более модифицированные установки можно использовать для стерилизации вязких продуктов, таких, как пудинги.

Для установки проведения процесса стерилизации на установке Steritub используют питьевую воду, воду для продукта и воду для технических нужд. Питьевая вода служит для очистки (мойки) и промывки продукта. Качество этой воды должно соответствовать требованиям Всемирной организации здравоохранения (ВОЗ) или директивным указаниям по качеству питьевой воды Европейского экономического сообщества (ЕЭС). Водой для продукта разбавляют концентрированные продукты. Качество воды должно также соответствовать требованиям ВОЗ и ЕЭС. Вода для технических нужд используется для охлаждения, создания напора и питания котла. Она не должна содержать твердых частиц железа или марганца, излишнего хлора. Такую воду умягчают, доводя рН до 7,0-8,5.

Стерилизованные молочные продукты, полученные одноступенчатым способом с асептическим проведением процесса после стерилизации, имеют большой срок хранения, но это не значит, что они совсем не содержат микроорганизмов. В силу разных причин могут остаться даже споры мезофильных бактерий. Специалисты шведской фирмы Tetra-Pak рекомендуют следующий вариант проверки стерильности продукта. Чтобы проверить продукт на наличие спор, образцы стерилизованного продукта нужно хранить 2 недели при температуре 30⁰С. За это время должны развиться любые сохранившиеся микроорганизмы. После этого проводят бактериологический анализ на проверку вегетативных клеток и спор, как аэробных, так и анаэробных микроорганизмов.

Наличие клеток аэробных вегетативных микроорганизмов определяют чашечным методом. Можно использовать субстрат следующего состава (г/л): мясной экстракт - 1, дрожжевой экстракт - 2, пептон - 5, NaCl - 5, агар - 15. Инкубация - 3 дня при температуре 37 ⁰С и рН 7,4.

Наличие спор определяют только после предварительного нагрева пробы на водяной бане до температуры 80 °С в течение 6 мин. Мазок пробы можно наносить на вышеуказанный субстрат. Инкубация - от 3 до 5 дней при температуре 37 °С.

Любые колонии, которые могут вырасти, можно проверить на наличие спор в следующем бульоне (г/л): мясной экстракт - 10, пептон - 10, NaCl - 5, рН 7,5. Чтобы уничтожить вегетативные клетки, этот бульон после инкубирования нагревают на водяной бане в течение 6 мин при температуре 80 ⁰С, после этого проба хранится 3 - 6 сут при температуре 37 ⁰С. Любой рост в таком бульоне указывает на наличие спор.

Анализ вегетативных клеток и спор анаэробных микроорганизмов можно выполнить, культивируя их на том же субстрате в пробирке, закрытой пробкой из хлопчатобумажной ткани, смоченной пирогалловой кислотой для поглощения кислорода воздуха. Герметизация пробирки достигается резиновой пробкой. Инкубирование продолжается около 7 сут. при температуре 37 °С. Если в результате анализа обнаруживается, что продукт, фасованный в пакеты,— нестерильный, то нестерильность можно отнести за счет плохого отбора проб и бактериологических исследований. Кроме того, нельзя исключать микробиологическое инфицирование в наполнительной установке или на асептических участках стерилизационной установки. Исследования нужно провести в разных точках асептического участка установки.

Если проверяют стерильность продукта в упаковке, то пакеты следует вскрывать в асептических условиях. Пакет лучше открывать с помощью электрической реостатной проволоки, нагретой до покраснения. Такое молоко нельзя использовать для органолептической оценки, так как оно приобретает характерный запах.

В отечественной молочной промышленности качество готового стерилизованного продукта определяют на соответствие требованиям промышленной стерильности. Промышленно стерильным является продукт, определяемый как не содержащий микроорга­низмы, рост которых происходит при широко распространенных условиях. Для определения продукта на соответствие требованиям промышленной стерильности отобранные упаковки со стерилизованным молоком выдерживают в течение 3 сут при температуре 37 °С, а со стерилизованными сливками - в течение 5 сут при температуре 55 °С. После этого проводят визуальный осмотр упаковки. При вздутии упаковки продукт считают не отвечающим требованиям промышленной стерильности. Упаковку без внешних признаков порчи продукта вскрывают и проводят органолептический анализ. Продукт отвечает требованиям промышленной стерильности, если не установлено изменений консистенции и вкуса.