Mleko i śmietana (14)

Podczas bezpośredniej obróbki cieplnej ważnym problemem jest rozcieńczanie produktu wywołane przez kondensację pary wodnej. Zakładając,; że np. podczas sterylizacji temperatura przed zmieszaniem z parą wodną wynośi 80°C, a temperatura sterylizacji 140°C, to energia wprowadzona przez parę; wodną musi wynosić 60 (różnica temperatur)0.004 MJ/kg (entalpia) = 0.24 MJ/kg produktu, natomiast energia uwalniana podczas kondensacji pary wodnej w temp. >100°C wynosi 2.2 MJ/kg pary, zatem ilość pary wodnej, która skondensuje się w produkcie, wyniesie ok. 0.1 kg, czyli 11%. Tak znaczne rozcieńczenie sterylizowanego produktu jest efektem niepożądanym. W większości urządzeń znaczna część pary zostaje oddzielona podczas ochładzania rozprężnego, dzięki czemu rozcieńczenie produktu jest minimalne, jednakże w urządzeniach, w których nie można tego dokonać, rocieńczenie może być istotne. Rozcieńczenie produktu może być też pośrednim wynikiem wahań temperatury lub ciśnienia pary wodnej w urządzeniu sterylizacyjnym.

Para wodna stosowana w urządzeniach do bezpośredniej obróbki cieplnej musi odpowiadać specjalnym wymaganiom mikrobiologicznym i chemicznym stawianym tzw. parze konsumpcyjnej.

Specyficznym przykładem zastosowania bezpośredniej obróbki cieplnej mleka jest system Pure-Lac®, opracowany przez firmy produkujące urządzenia do pakowania mleka w opakowania kartonowe oraz urządzenia do sterylizacji mleka. Koncepcja Pure-Lac® została opracowana z myślą o krajach, w iktórych łańcuch chłodniczy podczas dystrybucji mleka spożywczego jest słabo rozwinięty. Proces technologiczny został tak opracowany, aby uzyskać przedłużoną wysoką jakość mleka spożywczego, przy zachowaniu jego cech smakowo-zapa-chowych charakterystycznych dla mleka poddanego pasteryzacji HTST. Technologia mleka Pure-Lac® przewiduje bezpośrednią (metoda infuzyjna) obróbkę cieplną mleka w wysokiej temperaturze (tzw. obróbka HTT - ang. High Temperaturę Treatment) nieco niższej niż w przypadku UHT, zastosowanie dzystych mikrobiologicznie materiałów opakowaniowych i odpowiednią techniki pakowania aspetycznego i nieaseptycznego. Termin trwałości mleka Pure-Lac®, przechowywanego w temp. 10°C, zapakowanego nieaseptycznie wynosi ok. 115 tygodnia, a zapakowanego aseptycznie 3-5 tygodni.

Spośród systemów bezpośredniego i pośredniego ogrzewania mleka należy wymienić również systemy niekonwencjonalne. Są to układy wykorzystujące do ogrzewania mleka elektryczne elementy grzejne, ciepło przewodzenia ojraz ciepło tarcia. Do sterylizacji mleka na niewielką skalę stosuje się także urządzenia wykorzystujące do ogrzewania promieniowanie gamma.

Urządzenia przeponowe i beżprzeponowe mają wiele zalet orąz wad. W tabeli 1.5 zestawiono niektóre cechy obu grup urządzeń. Ogrzewanie w systemie bezpośrednim daje niewielkie korzyści w porównaniu z syśtemami do obróbki pośredniej. Całkowite koszty eksploatacyjne urządzeń do sterylizacji bezpośredniej są w przybliżeniu 2-krotnie wyższe niż urządzeń do sterylizacji pośredniej. Systemy do sterylizacji bezpośredniej są stosowane rzadko i tylko wtedy, gdy niemożliwa jest obróbka cieplna w urządzeniach do sterylizacji po-

Tabela 1.5. Porównanie urządzeń do pośredniej i bezpośredniej obróbki cieplnej mleka (Burton 1988)

Cecha	Urządzenia do ogrzewania
	bezpośredniego	pośredniego
Obróbka cieczy o wysokiej lepkości	nieograniczona	ograniczona
Tworzenie osadów	nie są wrażliwe na zakłócenia wywołane powstającymi osadami: czas pracy dłuższy w porównaniu z wymiennikami płytowymi	wrażliwe na zmiany ciśnienia wywołane powstającymi osadami; j wymagają częstego mycia w celu usunięcia tych osadów
Regeneracja ciepła	zwykle 50-54%, a przy podwyższeniu temperatury wstępnego ogrzewania nawet do 64%	90% i więcej
Urządzenia towarzyszące	wymagana duża ilość pomp, dlatego koszty energetyczne związane z przepompowywaniem są o 20-25% wyższe niż w urządzeniach do pośredniego ogrzewania	niektóre mogą pracować z zastosowaniem tylko jednej pompy |
Mycie	stosowane rzadziej niż w urządzeniach pośrednich, ale mimo to koszty mycia są wyższe ze względu na dużą liczbę urządzeń towarzyszących	częste mycie, ale całkowity koszt mycia niski
Zużycie wody	dochodzi nawet do 1.5 dm^3 na 1 kg produktu	nieznaczne

średniej. W ostatnich latach pojawiły się kombinowane urządzenia do sterylizacji UHT, w których stosuje się zarówno bezpośrednie, jak i pośrednie ogrzewanie produktu.

Zmiany wywołane obróbką cieplną

W procesach cieplnych energia cieplna jest czynnikiem, który reguluje zarówno przebieg procesów biochemicznych, fizykochemicznych (tab.1.6), jak i rozwój oraz aktywność drobnoustrojów.

Wpływ ten może być określony przez współczynnik temperaturowy Q₁₀, który informuje o tym, ile razy zwiększy się prędkość reakcji, gdy temperaturą wzrośnie o 10°C. Oprócz współczynnika Q_ł0 często stosuje się tzw. wartość z, która wskazuje o ile stopni należy zwiększyć temperaturę, aby uzyskać 10-krotny wzrost tempa reakcji. Między tymi dwiema wielkościami występuje następująca zależność matematyczna:

z(°C) = 10/logO₁₀ lub Q₁₀ = 10^10/z    (1.6)

W tabeli 1.7 przedstawiono wartości współczynników Q₁₀ i z dla niektórych zmian zachodzących w mleku wywołanych działaniem ciepła.