На этой стадии производства йогурта подготовленное молоко (нормализованное/обогащенное, гомогенизированное и подвергнутое тепловой обработке) охлаждается до температуры сквашивания, составляющей 40-45 °С (при быстрой ферментации — 2,5-3 ч) или 30 °С (при длительной ферментации: «на ночь»). Существуют различные типы резервуаров для ферментации. Обычно оборудование конструируют для обеспечения и поддержания необходимых условий, в частности, температуры, и вид оборудования зависит от типа производимого йогурта (с нарушенным или ненарушенным сгустком).
3.3.6.1 Оборудование для производства йогурта с ненарушенным сгустком
Ферментация/сквашивание молочной основы происходит в индивидуальной таре (для розничной продажи). Процесс может включать следующие основные стадии:
• охлаждение обработанной молочной основы до 40—45 С или 30 С;
• добавление к молоку закваски и, при желании, ароматизаторов и/или красителей; для производства фруктового йогурта (типа «сандэй» — сливочное мороженое с фруктами, сиропом, орехами, сбитыми сливками и т. п.) в индивидуальную тару помещаются фрукты, а затем — заквашенное молоко;
• герметизация (укупорка) индивидуальной розничной тары, термостатирование, охлаждение и отгрузка;
Очевидно, что та же установка, которая обрабатывает молочную основу может быть использована для производства йогурта как с ненарушенным, так и с нарушенным сгустком, и, как следствие, затраты на монтаж могут быть снижены.
Закваска дозируется в обработанную молочную основу (при необходимой температуре) в потоке при подаче молока из промежуточного/буферного резервуара-хранилища в расфасовочную машину. Ароматизаторы также могут непрерывно дозироваться в поток молока до расфасовки. Как указывалось ранее, кусочки фруктов и другие добавки должны вноситься в стаканчики для йогурта до заполнения их заквашенным молоком.
При небольшом ежедневном производстве йогурта с ненарушенным сгустком может использоваться другая система производства, которая лучше приспособлена к гибкому планированию производства, поскольку размер установки
не обязательно должен соответствовать объемам предварительной обработки молочной основы или производительности фасовочных машин. Обработанное молоко охлаждается до температуры <10 °С и тщательно перемешивается с закваской (например, с закваской типа DVS). Смесь молока и закваски в количестве, cоответствующем производительности выбранной машины, подогревается в пластинчатом теплообменнике до температуры сквашивания, смешивается с ароматизаторами и расфасовывается. По другому способу производственная закваска может вноситься в подогретое молоко в потоке одновременно с ароматизаторами [34].
Необходимые условия ферментации обеспечиваются использованием одного из следующих подходов.
Водяные бани или резервуары. В этой системе тара для йогурта, которая зачастую представляет собой стеклянные бутылки, помещается в металлические лотки, погруженные в неглубокие емкости с теплой водой (подробная информация об этом старом методе приведена в работе [43]). Чтобы избежать загрязнения продукта, уровень воды поддерживается почти у верха бутылок, и после периода коагуляции теплая вода заменяется холодной, которая очень быстро охлаждает сгусток. Когда йогурт уже частично охлажден, лотки извлекаются и переносятся в холодильную камеру для окончательного охлаждения. Поскольку этот метод требует использования стеклянных бутылок, его популярность ограничена.
Термостатные камеры. В этом случае сквашивание молока происходит в небольших изолированных камерах средней емкостью от 250 до 750 л. Тебуемая температура поддерживается за счет принудительной циркуляции горячего воздуха, который по окончании сквашивания заменяется холодным. Для улучшения коэффициента
теплопередачи камеры оборудованы средствами увлажнения горячего воздуха; если индивидуальная тара для розничной торговли чувствительна к влаге, рекомендуется использовать сухой горячий воздух.
Быстрое охлаждение в конце стадии ферментации достигается циркуляцией холодного воздуха. Затем йогурт поступает на отгрузку или отправляется в холодильную камеру для хранения. Все системы такого типа электрические, и некоторые камеры для термостатирования и охлаждения оборудуются регуляторами рН, так что
цикл ферментации/охлаждения может быть автоматизирован; во многих случаях выдерживается заданная длительность операций цикла. Для поддержания качества йогурта постоянным необходимо учитывать следующие аспекты:
• камеры должны быть относительно небольшого размера — так, чтобы поддоны можно было быстро установить в штабель; время между помещением первых и последних контейнеров с йогуртом в камеру должно быть минимальным;
• по всей камере должен равномерно циркулировать воздух;
• в камере должны быть предусмотрены надежные средства точного поддержания температуры.
В некоторых случаях камеры используются только для сквашивания, и йогурт охлаждают в другой камере или в холодтльном хранилище.
Недостаток этого подхода заключается в том, что сгусток перемещается, пока он еще теплый, и поэтому возможно некоторое нарушение его структуры и отделение сыворотки. Однако установка такой системы может быть дешевле.
Туннель. Большие количества йогурта с ненарушенным сгустком могут быть произведены в комплексе отдельных камер, но для непрерывного производства этот процесс может быть механизирован путем применения туннельной системы. Поддоны с йогуртом в индивидуальной таре помещают на конвейерную ленту и перемещают через туннель, состоящий из двух секций. Теплый воздух циркулирует в части туннопределяется скоростью конвейера, которая в свою очередь определяется скоростью образования молочной кислоты в молоке. В конце периода ферментации, что соответствует достижению рН 4,5, поддоны проходят через охлаждающую секцию, где продувка горячего воздуха сменяется продувкой холодного. В этой секции йогурт охлаждается частично, а окончательное охлаждение происходит в камере хранения. Поскольку йогурт движется во время сквашивания и охлаждения, необходимо быть крайне осторожными, чтобы не повредить сгусток.
Преимуществом комбинированной системы для производства йогурта с ненарушенным сгустком, состоящей из термостатных камер и охлаждающего туннеля, является то, что когда стаканчики с йогуртом находятся во время сквашивания в покое, скорость охлаждения йогурта в туннеле гораздо выше по сравнению сдругими способами. На практике молоко сквашивают до рН 4,5 в термостатной камере, а затем транспортируют в охлаждающий туннель, где температура йогурта достигает 10 °С примерно за 1,5 ч. Охлаждающий туннель соединяется непосредственно с камерой хранения, так что продукт может подаваться в нее с помощью транспортера.
Различные системы, используемые для производства густого йогурта, были рассмотрены в работе [42], и их основные характеристики приведены в табл. 3.2. Можно сделать следующие выводы: системы водяных бань раньше были популярны в Европе для производства йогурта с ненарушенным сгустком. В настоящее время наблюдается тенденция к использованию системы камер (на средних производствах) и туннелей (на крупных производствах).
Одна из модификаций туннельной системы описана так. Пакеты с заквашенным молоком помещаются в открытые контейнеры (ящики) на некотором расстоянии друг от друга — так, чтобы циркулирующий теплый и холодный
воздух на стадиях сквашивания и охлаждения соответственно мог проходить к отдельным пакетам и обеспечивать точное поддержание температуры. При достижении определенного опытным путем оптимального значения рН (обычно 4,5) начинается охлаждение. Обычно охлаждение ведется до температуры 18-20 °С, и при этом важно быстро остановить процесс. Это означает, что температура около 35 °С должна достигаться в пределах 30 мин, а 18-20 °С — еще за 30-40 мин.
Таблица 3.2. Системы «термостат/охладитель», используемые для производства густого йогурта
Окончательное охлаждение (обычно до 5 °С) осуществляется в камере хранения г низкими положительными температурами, где продукт находится до отгрузки. Эффективность охлаждения зависит от размера индивидуальной тары, ее констуркции и материала, высоты контейнера, расстояния между пакетами в каждом контейнере и конструкции самого контейнера. При высоте контейнера один метр, например, площадь поперечного сечения, не препятствующая свободному движению воздуха, должна составлять не менее 25% общей площади этого сечения. Меньшая доля свободного поперечного сечения потребует более, мощного потока воздуха, что означает более высокое энергопотребление.
Контейнеры при сквашивании неподвижны. Их помещают в термостатную секцию туннеля так, чтобы облегчить работу с ними по системе «первым прибыл, первым вышел». Очень важно, чтобы в процессе сквашивания, продолжительность которого составляет как правило 3-3,5 ч, продукт не подвергался механическим воздействиям в течение последних 2-2,5 ч, когда риск отделения сыворотки наиболее высок.
Производительность холодильной установки должна бьпь достаточной для реализации описанной выше температурной программы. Ориентировочно общая продолжительность охлаждения составляет около 65-70 мин для небольших стаканчиков (0,175-0,2 кг) и около 80-90 мин для больших пакетов (0,5 кг). В конечном счете, независимо от типа камеры термостатирования/охлаждения йогурт с ненарушенным сгустком охлаждается примерно до 5 °С в камере хранения.
3.3.6.2 Оборудование для производства йогурта с нарушенным сгустком (перемешанного)
Йогурт с нарушенным сгустком (перемешанный) производится в больших объемах, чем густой йогурт, и до или во время стадий охлаждения и расфасовки его гелевая структура разрушается. Обработка молочной основы для производства перемешанного йогурта подобна описанной выше (см. рис. 3.13). Типичная установка для получения
такого йогурта приведена на рис. 3.36 — обработанная молочная основа охлаждается до 40-45 °С до поступления в резервуары для ферментации (сквашивания).
Можно выделить несколько видов резервуаров, используемых в промышленное ти для производства перемешанного йогурта.
Универсальный резервуар. Этот тип резервуара был рассмотрен выше. Он предназначен для работы в качестве многоцелевого устройства для: а) подогрева и сквашивания молока; б) то же, но с охлаждением полученного сгустка; в) только для сквашивания и охлаждения. Резервуары снабжаются водяной рубашкой, так что на стадии нагрева может быть использован пар, а при охлаждении молока до 40-45 °С — циркуляция холодной воды. При сквашивании температура поддерживается равной 42 °С, а для охлаждения сгустка в конце процесса используется холодная вода.
Резервуары для сквашивания (ферментации). Для поддержания постоянной температуры в процессе сквашивания эти резервуары имеют только теплоизоляцию. Система перемешивания в таких резервуарах не является обязательной, поскольку конусообразное основание облегчает удаление сгустка. Однако мешалки в резервуаре для сквашивания молока могут понадобиться. Если используется закваска прямого внесения, необходимо обеспечить ее восстановление и/или тщательное смешивание с молоком; если используется производственная закваска, она подается в подготовленное молоко с помощью насоса-дозатора, и поэтому перемешивание не нужно.
Резервуар для сквашивания и охлаждения. Этот тип резервуара снабжен водяной рубашкой, и в период сквашивания в ней циркулирует теплая вода при 40-45 °С, а для частичного охлаждения сгустка — холодная вода (см. раздел 3.3.7); эти и другие упомянутые выше резервуары описаны в работах [146, 161].
Асептический резервуар для сквашивания. Этот тип резервуара является модифицированным вариантом стандартного устройства для ферментации и используется хля производства йогурта в асептических условиях. Этот резервуар:
• теплоизолирован;
• оборудован двумя электродами для измерения рН и термометром сопротивления;
• воздух на входе и выходе фильтруется;
• для снижения опасности загрязнения мешалка имеет двойное уплотнение вала с паровым барьером.
Основная цель использования асептического резервуара — сведение к минимуму возможности загрязнения йогурта дрожжами и плесенями. Как указывалось выше, в асептическом резервуаре с помощью стерильного воздуха постоянно поддерживается избыточное давление. Подобная система используется для получения производственной
закваски в асептическом резервуаре. В состав системы фильтрации воздуха, необходимой для четырех таких резервуаров, входят:
• один вентилятор, подающий 400 м3/ 4 профильтрованного воздуха (около 100 м3/ч на резервуар);
• один фильтр, способный улавливать частицы размером > 0,3 мкм,
• один кожух для фильтра и один базовый воздуховод;
• четыре соединительных трубы, клапаны и манометры.
Для безопасности каждый резервуар оборудован дополнительной трубой для воздуха и системой защиты для предотвращения разрушения резервуара в результате образования вакуума из-за падения температуры после мойки. Скорость воздуха составляет около 0,5 м/с, и в резервуаре поддерживается избыточное давление около
5—10 м водяного столба, что соответствует 0,005—0,01 МПа.
Важно отметить, что все вышеупомянутые резервуары снабжены входными патрубками, предотвращающими пенообразование, что уменьшает проблему образования пены в резервуаре. Кроме того, в производстве йогурта для контроля динамики накопления молочной кислоты микроорганизмами закваски большая часть современных
резервуаров для сквашивания оборудована датчиками кислотности.
