Отрасль пищевой промышленности, объединяющая предприятия по производству молока и выработке из него различных молочных продуктов. В состав отрасли входят предприятия по производству цельномолочной продукции, животного масла, молочных консервов, сухого молока, сыра, брынзы, мороженого, казеина и другой молочной продукции. По питательным свойствам молоко представляет собой наиболее совершенный вид продовольствия; состав пищевых веществ в нем высоко сбалансирован.
В дореволюционной России переработка молока велась в основном кустарно. Молочная промышленность в СССР являлась крупной отраслью. Она получила свое развитие с 1930-х годов XX века, когда были созданы условия для организации государственных закупок и промышленной переработки молока. В этот период были построены крупные молочные комбинаты в Москве, Ленинграде, Сочи, Кисловодске, Свердловске, Куйбышеве и других городах, оснащенные новейшей техникой. До 90-х годов преобладали предприятия мощностью по переработке 50-200 тонн молока в сутки, имелись и более крупные (500-1000 тонн в сутки).
Современные молочные предприятия осуществляют комплексную переработку сырья, выпускают широкий ассортимент продукции. Они оснащены механизированными и автоматизированными линиями, пастеризаторами и охладителями, сепараторами, выпарными установками, сыроизготовителями, автоматами по расфасовке продукции. Основной выпускаемый молочный продукт – цельное молоко, доля которого на рынке составляет около 84 %. Следующими по значимости для потребления видами продукции являются сыр (около 8 %), затем сливочное масло (5 %).
В настоящее время все больший вклад в производство молочной продукции вносят мини-заводы, производящие молоко и кисломолочные продукты. Такие заводы можно разместить на территории небольшого поселения, военного городка или фермы. Подобные мини-заводы производятся на принципах модульности полностью готовыми к работе, снабженными системами холодного и горячего водоснабжения, электропитания, канализацией, отоплением, вентиляцией, кондиционированием, они сразу комплектуются всем необходимым оборудованием.
Современный российский молочный рынок активно расширяет ассортимент выпускаемой молочной продукции повышенного качества. Наблюдается тенденция снижения потребления традиционных молочных продуктов (сметана, ряженка, простокваша) в пользу обогащенных биологически активными веществами, пробиотиками и пребиотиками современных биопродуктов (биокефир, биомолоко, биойогурт).
Получение молочных биопродуктов построено на процессах микробной ферментации. В сквашивании молока обычно принимают участие стрептококки и молочнокислые бактерии. Основной питательной средой (субстратом) для микроорганизмов является молоко, которое содержит 82-88 % воды и 12-18 % сухих веществ. В состав сухих веществ входят белки (альбумин, казеин – 3,0-3,2 %), жиры (молочный жир – 3,3-6,0 %), углеводы (молочный сахар лактоза – 4,7 %), соли (0,9-1 %), минорные компоненты (0,01 %): ферменты, иммуноглобулины, лизоцим и т.д. Микроорганизмы за счет своих специфических ферментов сбраживают лактозу с образованием различных органических кислот (главным образом, молочной, пропионовой и др.), что является основным процессом при изготовлении всех кисломолочных продуктов. Так получают традиционные изделия (сметана, кефир, йогурт, творог, сыр и т.д.), а также новые продукты (ацидолакт, бифидолакт, биойогурт и др.).
Свойства конечного кисломолочного продукта зависят от вида микроорганизма, характера и интенсивности реакций ферментации. Первичные реакции, которым сопутствует образование молочной кислоты, определяют традиционные свойства продуктов (кефира, сметаны, творога). Вторичные реакции ферментации, идущие, например, при созревании сыров, определяют специфические аромат и вкус отдельных их сортов. При этом свойства готовых продуктов зависят от вида микроорганизмов, ферменты которых участвуют в образовании побочных продуктов молочнокислого брожения – пептидов, аминокислот, жирных кислот, спиртов.
Все технологические процессы переработки молока делятся на две части: первичная (уничтожение побочной микрофлоры) и вторичная (изготовление заданного вида продукции). При первичной обработке молоко очищают от механических примесей и охлаждают, чтобы замедлить развитие естественной микрофлоры. Затем молоко сепарируют (при производстве сливок) или гомогенизируют (для однородности консистенции). После этого проводят пастеризацию молока при температуре около 80 °С, и оно закачивается в танки или ферментеры. Вторичная переработка молока может идти двумя путями: с использованием микроорганизмов и с использованием ферментов. С использованием микроорганизмов выпускают кефир, сметану, творог, простокваши, казеин, сыры, бифидопродукты, с использованием ферментов – пищевой гидролизат казеина, сухую молочную смесь для коктейлей и т.д.
Молочнокислое брожение бывает гомоферментативным и гетероферментативным. При гомоферментативном брожении основным продуктом является молочная кислота. При гетероферментативном брожении образуются диацетил (придающий вкус сливочному маслу), спирты, эфиры, летучие жирные кислоты. Одновременно идут протеолитические и липолитические процессы, что делает белки молока более доступными и обогащает дополнительными вкусовыми веществами.
Для процессов ферментации молока используются чистые культуры микроорганизмов, называемые заквасками. Исключение составляют закваски для кефиров, которые представляют естественный симбиоз нескольких видов молочнокислых грибков и молочнокислых бактерий, которые выделяют из природных источников. Культуры для заквасок выделяются из природных источников, после чего проводится направленный мутагенез и отбор штаммов, отвечающих перечисленным выше требованиям.
При ферментации молока протекают шесть основных реакций, в результате которых образуются молочная, пропионовая, лимонная или масляная кислоты, спирт, а также может происходить колиформное газообразование. Главная из этих реакций – образование молочной кислоты. На ней основаны все способы ферментации молока. Под действием фермента микроорганизмов (лактаза или галактозидаза) лактоза молока гидролизуется с образованием галактозы и глюкозы. Затем галактоза превращается в глюкозу, а глюкоза – в молочную кислоту. Накопление молочной кислоты создает кислую среду, необходимую для образования сгустка основного белка молока – казеина, что наблюдается при достижении его изоэлектрической точки (рН 4,6). Этот процесс находится в основе получения творога и сыроварения.
В производстве кефира имеет место смешанное молочнокислое и спиртовое брожение, поскольку используется природная ассоциация микроорганизмов «кефирный грибок», в состав которого входят лактобактерии и дрожжи. Аналогичным путем получают и другие спиртосодержащие молочные продукты, такие как кумыс.
Маслянокислое брожение с образованием углекислого газа играет ключевую роль в производстве швейцарского сыра. Характерный вкус сметаны и сливочного масла формируется в результате лимоннокислого брожения, для чего используют закваски, позволяющие получать молочные продукты нужного качества и типа.
Процессы ферментации идут в ферментерах открытого типа и занимают, как правило, немного времени. Например, при производстве сметаны к сливкам добавляют 0,5-1 % закваски, используемой при производстве масла. Далее продукт выдерживают, пока концентрация кислоты не достигнет 0,6 %.
Современная молочная отрасль все больше ориентируется на выпуск функциональных продуктов, оказывающих оздоровительное действие на организм за счет специфических бактериальных культур, полезных для человека, которые вырабатывают ценные биологически активные вещества, или путем обогащения изделий в процессе их изготовления растительными и другими природными компонентами.
Разработаны технологии йогуртов на основе биогеля из морской капусты, обогащенные альгиновой кислотой, йодом, микроэлементами, пигментами и другими функциональными компонентами, которые благотворно влияют на пищеварительные органы человека, компенсируют дефицит йодной недостаточности. В другой серии готовому кефиру придают лечебно-профилактические свойства компоненты ганглий кальмаров, молоки лососевых рыб, гидролизат из кукумарии, которые способствуют восстановлению микроэкологического баланса в организме человека, повышению иммунного статуса, устранению дисбиотических нарушений.
К пребиотическим молочным продуктам относится молочная сыворотка (творожная, подсырная, казеиновая) и изделия на ее основе. Сыворотка – это белково-углеводное сырье, получаемое при производстве творога, сыра, казеина. По полезности она превосходит даже молоко, так как биологическая ценность белка сыворотки выше биологической ценности казеина. В молочной сыворотке содержится более 200 жизненно важных питательных и биологически активных веществ, необходимых для полноценного развития и функционирования организма. Сывороточные белки используются организмом для структурного обмена, регенерации белков печени, образования гемоглобина и плазмы крови.
Диетические свойства сыворотки используют при изготовлении функциональных напитков, сливок, мороженого. На ее основе разработаны напитки безалкогольные и слабоалкогольные, лечебно-профилактического и тонизирующего действия, в которых использованы отвары и настои трав или сборов, плодово-ягодные наполнители, усиливающие целенаправленные лечебные свойства сыворотки. С гидролизованной лактозой сыворотки выпускается ряд диетических продуктов, предназначенных для людей с непереносимостью лактозы: сыворотка гидролизованная сгущенная, сыворотка гидролизованная сгущенная нейтрализованная; сыворотка гидролизованная сгущенная деминерализованная. На основе белков подсырной сыворотки выпускается альбуминная биопаста, представляющая собой высокобелковый продукт, обогащенный про– и пребиотиками.
Спросом на рынке инноваций пользуются безалкогольные фруктовые напитки на основе обезжиренной молочной сыворотки с применением биополимеров (альгинатов, каррагинанов, хитозана). Хитозан, как природный полисахарид, способен образовывать стойкие гели, в том числе в молочном сырье. На этом свойстве основано производство структурированных многокомпонентных систем: пудингов, муссов, желе с различными натуральными или идентичными натуральным компонентами.
Пользуются спросом тонизирующие слабоалкогольные напитки на основе обезжиренного молока и молочной сыворотки с внесением ягодных морсов (из облепихи, черной смородины, красной и черноплодной рябины и др. ягод). Профилактический эффект оказывают ферментированные напитки на основе молочной сыворотки, обогащенной овощными добавками (сублимированными гранулятами из свеклы и моркови). Высокими органолептическими свойствами и повышенной пищевой ценностью отличаются взбитые десерты и пудинги, приготовленные на основе восстановленной молочной сыворотки. Из молочной сыворотки получают алкогольный напиток с ультрафильтратом творожной сыворотки и экстрактами растительного сырья (корневищ и корней кровохлебки, травы зверобоя продырявленного, гвоздики, коры корицы китайской, мускатного ореха). Такой напиток способствует регулированию деятельности желудочно-кишечного тракта, центральной нервной системы.
К функциональным молочным продуктам относятся изделия, обогащенные лактулозой (кефир, молоко, ацидофилин, варенец, простокваша). Популярности этих продуктов предшествовали клинические исследования, доказавшие их благотворное воздействие на организм человека. Особого внимания заслуживают симбиотические молочные продукты (кефир, напитки ацидофильные, простокваша, варенец, ряженка и др.), использующие рациональные комбинации пробиотиков и пребиотиков.
Ассортимент полезных продуктов расширяется за счет новых разработок творожно-растительных и растительно-творожных продуктов, молоко содержащих продуктов с заменой молочного жира на заменители растительных жиров. Применение растительных масел и жиров в молочной промышленности дает возможность расширить ассортимент, высвободить молочное сырье, снизить себестоимость продукции.
На основе молочного сырья с использованием белковых добавок растительного происхождения и растительного масла разработаны пастообразные продукты сбалансированного состава, предназначенные для питания дифференцированных групп населения. Основой таких паст служит эмульсия растительного масла в обезжиренном молоке или восстановленное молоко, в котором животный жир заменен на растительный. В молоко вносится также изолированный соевый белок, и система сквашивается закваской на основе бифидобактерий и ацидофильной палочки. Употребление такого продукта для школьного питания позволяет удовлетворить потребность в белке на 40% и в полиненасыщенных жирных кислотах (ПНЖК) на 25 % в сутки.
К функциональной десертной продукции относятся взбитые ягодные десерты на основе восстановленного молока, с черноплодной рябиной, клюквой и их смесью. Десерты содержат легко усвояемые углеводы (сахарозу и лактозу), полисахариды (клетчатку и пектин), обладающие терапевтическим эффектом, макро- и микроэлементы.
Одним из перспективных способов производства полезной молочной продукции является обогащение биологически активными добавками – нутрицевтиками, парафармацевтиками. Их использование позволяет достаточно быстро ликвидировать дефицит эссенциальных пищевых веществ, индивидуализировать питание конкретного здорового человека в зависимости от потребностей и условий обитания. Ассортимент данной продукции очень широк и разнообразен. Это – кисломолочные напитки, молоко, пудинги, желе, творожные сырки, творожные кремы и другие изделия, обогащенные витаминами (С, группы В, фолиевой кислотой, каротином), дефицит которых ярко выражен у многих групп населения, особенно детей и пожилых людей.
Для специализированных целей ученые предлагают различные кисломолочные напитки из обезжиренного коровьего молока, жидкой соевой основы и БАД к пище (биологически активный концентрат «Золотой шар», гречневая крупа и др.), предназначенные для детей и младших школьников.
Одними из древнейших молочных продуктов, получаемых методами биотехнологии, являются сыры. Это не только вкусные, но и чрезвычайно полезные молочнокислые продукты. Сыры довольно калорийны (300-400 ккал в 100 г), а усваиваются практически полностью. Они богаты легкоперевариваемыми белками, жирами, кальцием, фосфором, а также витаминами А и В.
Производство сыра или сыроделие (сыроварение) – это древнейший биотехнологический процесс, основанный на ферментации. Сыры бывают мягкие и твердые. Мягкие сыры содержат много воды (50-60 %), а твердые – мало (13-34 %). Существуют также плавленые сыры, которые готовят при высокотемпературной обработке (плавлении) с добавлением специальных плавительных солей.
При чрезвычайном многообразии сыров в процессе их выработки имеются общие этапы: подготовка культуры молочнокислых бактерий и засев ею молока; створаживание с помощью сычужного фермента реннина, получаемого из желудка теленка; термообработка, прессование и созревание. Реннин часто заменяют протеолитическими ферментами из грибов, в настоящее время его вырабатывают методом генной инженерии. Применяют также и другие ферменты животного и микробного происхождения (липазы, панкреатин, пептидазы и протеазы грибов), входящие в состав заквасок.
Производство сыра проходит такие стадии: подготовка молока к свертыванию (нормализация, пастеризация, внесение бактериальных заквасок), свертывание молока, удаление лишней сыворотки, разрезание полученного сгустка, формование, прессование, посолка и созревание сыра.
На первом этапе идет подготовка молока (первичная обработка). На втором – готовится культура молочнокислых бактерий. Микроорганизмы подбираются в определенной пропорции, обеспечивающей наилучшее качество. Набор бактерий также зависит от температуры термообработки. Третья стадия – стадия ферментации – в сыроварении в некоторых случаях происходит в 2 этапа, до и после стадии выделения. Сначала молоко инокулируют определенными штаммами микроорганизмов, приводящими к образованию молочной кислоты, а также добавляют сычужный фермент реннин. Реннин ускоряет превращение жидкого молока в сгусток (створаживание) в несколько раз. Эта реакция активируется молочной кислотой, вырабатываемой бактериями. Функции реннина могут выполнять и другие протеиназы, но реннин также участвует в процессах протеолиза, происходящих в сыре при созревании. После образования сгустка сыворотку отделяют, а полученную творожистую массу подвергают термообработке и прессуют в формах. Далее сгусток солят и ставят на созревание. Иногда полученная масса проходит дополнительную обработку (заражение спорами голубых плесневых грибов при производстве рокфора; нанесение на поверхность спор белых плесневых грибов при производстве камамбера и бри и др.) Некоторые сыры после выделения должны подвергнуться дальнейшей ферментации (стадия созревания). Микроорганизмы и ферменты в ходе этого процесса гидролизуют жиры, белки и некоторые другие вещества молодого сыра. В результате их распада образуются вещества, придающие сырам характерный вкус.
После формования сыр прессуют в куски (головки) и солят, погружая в 20 22%-ный раствор поваренной соли. Далее сыр (за исключением рассольных сортов) направляют в камеры для созревания с определенными температурой и влажностью воздуха. Здесь начинается деятельность разнообразных молочнокислых и пропионовокислых бактерий, в результате чего накапливаются органические вещества – пептиды, аминокислоты, амины, участвующие в создании органолептических свойств сыра.
Рассольные сыры (брынза, чанах и др.) созревают в рассоле, поэтому не имеют корки и отличаются остросоленым вкусом. Зеленый сыр приготовляется из обезжиренного молока, белок которого при созревании приобретает своеобразную остроту. Для придания сыру зеленого цвета и специфического запаха в сырную массу добавляют порошок, полученный из зеленых листьев пажитника голубого.
Плавленые сыры получают путем плавления натуральных при температуре 75-80 °С с использованием солей-плавителей (фосфатов, цитратов натрия и др.) и различных вкусовых наполнителей. В качестве сырья может использоваться не только коровье, но и козье, буйволиное и овечье молоко, а также их смеси.
К инновационным сырным продуктам относятся мягкие сыры с использованием ферментированного компонента молочной сыворотки («Адыгейский «Новый», «Белковый»), В результате повышается аминокислотная сбалансированность продукта, он обогащается жиро- и водорастворимыми витаминами.
В технологии плавленых сыров широко используются различные функциональные наполнители – гонады рыб (икра и молоки), растительные компоненты (пищевые волокна, водоросли, дикорастущие лекарственные травы, ягоды, грибы и т.д.), биологически активные вещества и добавки.
