Обеспечение человека высококачественным молоком
Скотоводы должны стремиться к тому, чтобы продукция их ферм была безусловно высшего качества. Затраты на повышение качества молока зачастую ниже, чем кажется, поскольку многие меры, направленные на улучшение качества, повышают также эффективность производства.
Необходимость в определении качества вызвана главным образом тем, что технологические требования производства и переработки соблюдаются не всегда и не везде. Чем лучше поставлено производство, тем меньше надобность в определении качества.
Качество молока и молочных продуктов может быть определено различными методами: 1) микробиологическими (выявление наличия микроорганизмов); 2) химическими (исследование химического состава); 3) тестами на выявление фальсификации (наличия добавленной воды); 4) тестами на аномальность молока и на наличие посторонних примесей и 5) органолептическими исследованиями. Эти исследования требуют значительных затрат на их проведение и высокой квалификации персонала, поэтому квалифицированные кадры - непременное условие производства высококачественного молока.
Первейшей задачей предприятий по производству, переработке, транспортировке и торговле молоком и молочными продуктами является обеспечение потребителей продуктами высокого качества. Создание и успешное функционирование таких предприятий зависит от коллективной способности их работников производить такие продукты.
Молоко высшего качества обладает следующими свойствами:
1) нежный, мягко-сладкий и слегка солоноватый привкус и аромат; 2) низкое число бактерий (несколько тысяч в 1 мл сырого молока и несколько сот в 1 мл пастеризованного); 3) отсутствие патогенных микробов; 4) низкая концентрация соматических клеток; 5) отсутствие признаков значительной ферментативной активности; 6) отсутствие ядовитых, вредных веществ и посторонних примесей и 7) наличие всех присущих ему питательных и функциональных свойств.
Только немногие пищевые продукты проверяются и контролируются так тщательно, как молоко и молочные продукты, ввиду их быстрой порчи и важного значения в питании человека. Тесты качества относятся к цельному молоку как к сырому, так и пастеризованному. Определенные методы установления качества специфических продуктов молока рассматриваются в главах, посвященных этим продуктам.
Основными методами (тестами) определения качества молока являются: 1) микробиологические, 2) химические, 3) тесты на фальсификацию (разбавление водой), 4) тесты на аномальное молоко и 5) сенсорная (органолептическая) оценка.
Микробиологические методы определения качества молока
В большинстве случаев порча молока и молочных продуктов вызывается микроорганизмами. Обычно это бактерии, но иногда могут быть дрожжи или плесневые грибы. Кроме того, через молоко человеку от животных могут передаваться некоторые патогенные микроорганизмы. Таким образом, для предупреждения порчи продукции и исключения передачи болезней через молоко необходимо определить содержание и состав его микрофлоры. Это очень широкая проблема, и она может быть рассмотрена здесь лишь в общих чертах. Важность ее подтверждается тем фактом, что разработка и применение микробиологических методов предшествовали ее разработке практически во всех других отраслях пищевой промышленности.
Стандартное чашечное число
Стандартное чашечное число в течение длительного времени было основным тестом качества сырого или пастеризованного молока качества А.
С помощью этого метода определяют общее число аэробных микроорганизмов. Поэтому первым и важнейшим условием является оптимизация среды, в которой обычно растут микроорганизмы, присутствующие в молоке. Чтобы не допустить чрезмерного скучивания колоний микроорганизмов на площади чашки, имеет значение и соответствие питательной среды, необходимой для роста, и температуры, и длительность инкубации, и правильное разбавление пробы молока. Пробы должны соответствовать проверяемому продукту, должны быть получены без загрязнения другими микроорганизмами и храниться в условиях, не допускающих рост или гибель бактерий.
Пробы помещают в прозрачные стеклянные или пластмассовые чашки Петри. Жидкую (расплавленную) питательную среду при 45° С выливают в чашку, после чего пробу и питательную среду тщательно перемешивают. По мере остывания среды гель агара (1,5%) принимает консистенцию желатина. Это предотвращает передвижение бактерий, но дает возможность размножаться им в одном месте. Скорость размножения многих видов бактерий такова, что в течение периода инкубации (48 ч при 32° С) образуются видимые невооруженным глазом колонии, состоящие из нескольких миллиардов клеток каждая. Число колоний и число бактерий на 1 мл подсчитывают путем умножения числа колоний на величину, обратную разбавлению.
Площадь поверхности чашки достаточна для образования 300 колоний, но поскольку многие молочные продукты содержат более чем 300 микробов на 1 мл, или на грамм, то на поверхности чашки Петри необходимо распределить разбавленный образец. Для молока качества А обычно применяют разбавление 1:100 и 1:1000. В последнем случае получаются более надежные данные о качестве молока с высоким содержанием бактериальных тел, то есть 300000 в 1 мл и выше (эту величину получаем умножением 300 на 1000, другими словами, умножением на величину, обратную к фактору разбавления). В настоящее время приняты стандарты на количество бактерий, определяемых чашечным методом, для молока различных сортов и видов, сухого молока, мороженого и других молочных продуктов. Обычно максимальное число бактерий в сыром молоке качества А и в пастеризованном молоке аналогичного качества должно быть не выше 100000 и 20000 на 1 мл соответственно.
Была разработана автоматизированная система посева жидких проб на чашках, в частности молока. Неразбавленный или разбавленный образец вытекает из тефлоновой трубки по архимедовой спирали на поверхность агаровой чашки. Плунжер распылителя (шприца), несущий образец, движется с равномерно снижающейся скоростью по мере того, как распылитель перемещается от центра к наружному краю агара. Посев бактерий ограничен дорожкой спирали. Колонии развиваются в наибольших концентрациях вблизи центра и реже встречаются к краю чашки. Поскольку количество образца и скорость его внесения известны, то объем в любой части чашки будет одинаковым. Поэтому можно определить число бактерий в любой части чашки при помощи обычного счетчика колоний с модифицированной счетной сеткой. Разработан также счетчик с использованием лазера для автоматического подсчета и регистрации колоний.
Подсчет психротропных бактерий
Технология производства молока претерпела существенные изменения, что привело к изменению его обычной микрофлоры. Охлаждение и хранение молока в больших емкостях и увеличение использования различного оборудования на фермах привели к тому, что преобладающими видами микроорганизмов в сыром молоке стали психрофильные и психротропные бактерии. Из-за этого, а также вследствие использования более высоких температур при пастеризации в процессе первичной обработки возросло значение подсчета психрофильных и психротропных микробов. Поскольку эти микроорганизмы не могут расти или же плохо растут при относительно высоких температурах (32° С), подсчет их количества стандартным чашечным методом невозможен. Таким образом, желательно иметь методику, по которой можно было бы подсчитывать число микробов, растущих при температуре охлаждения молока (7°С). Подсчет их заключается в определении так называемого психротропного числа. Определение проводят таким же образом, что и по стандартному чашечному методу, за исключением того, что образцы на чашках инкубируются при 7° С в течение 10 дней. Австралийские исследователи получили сходные показатели подсчета этих микробов по этому методу и при модификации его, которая заключалась в том, что инкубацию образцов молока на чашках они проводили вначале при 15° С в течение 24 ч, а затем продолжали ее еще 3 дня при 7° С.
Предварительный инкубационный тест
Экспресс-метод, который дает непрямую оценку показателя числа психротропных бактерий, называется предварительным инкубационным тестом. Образцы молока инкубируются при 13° С в течение 18 ч до посева их по стандартному чашечному методу. В период предварительной инкубации психротропные бактерии растут, в то время как с другими видами, попавшими в молоко из внутренней полости вымени (эндогенные), этого не происходит.
Таким образом, молоко, полученное в антисанитарных условиях, будет иметь бактериальное число выше допустимых норм.
Подсчет термостойких бактерий
Бактерии, которые переносят специфическую термообработку, обычно называются термостойкими. Температура обработки молока обычно равна 62,8° С в продолжение 30 минут, и эти параметры являются минимальными для пастеризации в цистернах. Некоторым переработчикам молока разрешено принимать молоко, имеющее максимальное число термостойких бактерий, не превышающее 1000 на 1 мл. Для подсчета термостойких бактерий используется стандартный чашечный метод, по которому выявляются бактерии, выжившие после лабораторной пастеризации.
Бактерии группы кишечной палочки
Эти бактерии молока и молочных продуктов имеют значение по двум причинам: 1) они легко уничтожаются при пастеризации и 2) многие из них попадают в молоко в конечном счете из кишечника человека и животных. Поэтому наличие этих бактерий в пастеризованных молочных продуктах следует рассматривать как показатель антисанитарных условий производства, переработки или хранения. Допускается не более 10 микробных тел на 1 мл или 1 г пастеризованного молока или молочных продуктов.
Определение числа бактерий группы кишечной палочки отличается от стандартного чашечного метода только по составу используемой среды и времени инкубации. Среда - желчный агар с фиолетово-красным красителем - содержит ингибиторы для многих бактерий, не относящихся к группе кишечной палочки. Бактерии группы кишечной палочки растут быстро, поэтому предусмотрена только 24-часовая инкубация. Это предотвращает рост других бактерий, которые могут стать причиной ложной положительной реакции. Далее бактерии группы кишечной палочки ферментируют лактозу, которая содержится в питательной среде. При ферментации лактозы в колониях образуется молочная кислота в высоких концентрациях, ввиду чего в колониях бактерий группы кишечной палочки и около них образуется красная зона осадка, что облегчает идентификацию. Результаты проверки выражают числом бактерий группы кишечной палочки на 1 мл или 1 г образца.
Если возникает необходимость в проведении анализа молочных продуктов на содержание в них малых количеств бактерий группы кишечной палочки, то можно применять относительно большие образцы с использованием жидкой среды и проводить подсчет по методике наиболее вероятной численности с параллельными пробами.
Упрощенные методики для подсчета жизнеспособных бактерий в сыром молоке
В качестве метода, заменяющего редукционный тест, прямой подсчет под микроскопом и стандартный чашечный метод, привлекают внимание овально-пробирочный и чашечно-петельный методы. Эти методы дают более надежные оценки численности бактериальной популяции, чем редукционный и микроскопический методы, и в то же самое время менее трудоемки и дорогостоящи, чем стандартный чашечный метод, хотя менее точны при исследовании образцов с высокой микробной загрязненностью. Чашечно-петельный метод принят в штате Айова в 1970 г. для определения качества молока, используемого для переработки.
Метод основан на том же принципе, что и стандартный чашечный, за исключением того, что посев образцов производят платиново-родиевой проволочной петлей, а не пипеткой. Петли стандартизованы на захват 0,01 или 0,001 мл образца и стерилизуются на пламени. При использовании овально-пробирочного метода образец вносят в пробирку с расплавленным агаром, приготовленным в соответствии с требованиями стандартного метода. После перемешивания пробирку с содержимым оставляют в горизонтальном положении и агар застывает. Подсчитывают колонии, которые образовались за время инкубации при 32° С в течение 48 ч. Чашечно-петельный метод аналогичен предыдущему, за исключением того, что петля присоединяется к шприцу Корнуолла непрерывного действия через укороченную подкожную иглу 13-го калибра, конструкции Луер-Лока. Образец вымывается из петли в чашку Петри стерильным буферным раствором из пипетки Корнуолла. В остальном методика такая же, что и в стандартном чашечном методе.
Прямой подсчет бактерий под микроскопом
Когда есть подозрение, что в молоке количество бактерий велико, то для оценки бактериальной концентрации или установлении качества молока пригодны два метода - прямой подсчет под микроскопом и редукционный тест.
Прямой подсчет бактерий под микроскопом осуществляется практически так же, как и прямой микроскопический подсчет соматических клеток. Имеются лишь небольшие различия по типу предметных стекол и процедуре подсчета. Конечно, здесь подсчитывают бактерии (и дрожжи и плесневые грибы, если они имеются), а не соматические клетки. Бактерии обычно образуют скопления в цепи, но поскольку эти группы при стандартном чашечном методе образовали бы только по одной колонии, то при микроскопии их считают как колониеобразующие единицы. Микроскопический метод позволяет быстро определять степень бактериальной загрязненности сырого молока или сливок, образцы которых были взяты непосредственно на ферме, или же из сборного молока в перевозных цистернах, или же из цистерн для хранения. На исследование одной пробы затрачивается 10-15 минут. Морфология микробов (размер, форма и расположение) в окрашенных мазках могут указать на возможный источник загрязнения. Метод нельзя использовать для определения качества (сортности) пастеризованного молока или сливок, так как мертвые клетки могут все еще окрашиваться в течение некоторого времени после того, как они были убиты теплом. Способность к окрашиванию мертвых клеток используется при исследованиях сухого молока, поскольку этот метод дает возможность установить «историю» молока, использованного при сушке. Правительственными учреждениями и лабораториями молочной промышленности разработаны и приняты стандарты, основанные на числе бактерий из мазков регенерированного молока. Например, обезжиренное сухое молоко не получит сортности МСХ США, если количество бактериальных групп по микроскопическому методу превышает 100 млн. на грамм.
Результаты микроскопического исследования можно использовать только для ориентировочной оценки количества бактерий в молоке, поскольку могут иметь место многочисленные источники ошибок. Факторами, определяющими точность, воспроизводимость и достоверность результатов, являются квалификация и опыт работы специалиста, проводившего анализ. Однако наличие большого количества бактерий, равномерно распределенных на мазках, является показателем низкого качества, в то время как образцы молока высокого качества содержат очень небольшое количество бактерий или же во многих полях их совсем нет. Достоверные показатели содержания бактерий можно получить только тогда, когда исследуются достаточно большие участки мазка; количество бактерий в одном поле определяет общую площадь подсчета. Чем больше число бактерий в одном поле, тем меньше полей требуется исследовать.
Редукционный тест
Большинство бактерий в процессе роста используют кислород. В процессе дыхания они переносят электроны на молекулярную форму кислорода, образуя воду (Н2О). Когда концентрация молекулярного кислорода становится достаточно малой, бактерии начинают использовать в качестве акцептора электрона другие соединения. Такими акцепторами электронов могут быть метиленовая синь и диазорезорцин. Эти вещества при получении электронов восстанавливаются, в результате чего меняется их цвет. Окисленная метиленовая синь имеет синий цвет, а восстановленная бесцветна. Диазорезорцин обычно пурпурно-синий, но по мере принятия электронов цвет меняется до розового и бесцветного. Поэтому эти вещества называют индикаторами восстановления. При внесении их в молоко они его окрашивают, но по мере роста бактерий цвет меняется описанным выше образом.
Скорость расходования молекулярного кислорода и восстановления индикаторов зависит от количества бактерий в молоке, скорости их роста и восстанавливающей активности. Условия оценки количества бактерий по редукционному тесту стандартизованы, но метод дает вариабельные результаты. В частности, как термостойкие, так и психротропные бактерии менее активны по восстановлению, чем многие другие бактерии, обычно загрязняющие молоко. Однако образование скоплений не влияет на восстанавливающую активность бактерий, в то время как при определении количества бактерий по стандартному чашечному и прямому микроскопическому методам скопления занижают результаты. Поэтому представление результатов редукционного теста в виде числа бактерий неоправданно. Вместо этого указывается время восстановления, и категория качества или сортность молока присваивается в зависимости от этого показателя.
Вкратце метод заключается в смешивании 9 мл сырого молока с 1 мл раствора метиленовой сини или резорцина (приготовленных растворением одной таблетки специально изготовленного красителя в кипяченой воде). Пробирки инкубируют при 36±1° С и периодически проверяют изменение цвета. Проба на метиленовую синь считается завершенной, когда образец обесцветился по меньшей мере на четыре пятых, и это называется временем восстановления метиленовой сини (ВВМС), которое определяется путем сравнения цвета исследуемых пробирок со стандартным набором (компаратором).
Как тот, так и другой метод применяются почти исключительно для оценки сырого молока производственного качества. Время восстановления пробы высококачественного молока настолько велико, что оно имеет лишь небольшую корреляцию с числом бактерий. Основные преимущества редукционной пробы по сравнению с микроскопией следующие: 1) требуется минимальный набор оборудования и реактивов; 2) простота; 3) можно исследовать одновременно большое количество проб. Однако, эти методы не объясняют причину высокой бактериальной загрязненности.
Качество хранения молока (тесты на длительность хранения)
Работники, занятые в переработке, распределении и продаже, а также потребители имеют все основания беспокоиться о продолжительности срока хранения свежего молока без утраты им хороших вкусовых качеств и аромата. Обычно молочная промышленность не стерилизует и не применяет асептической упаковки молочных продуктов, за исключением сбитых сливок, сливок для кофе и молока для коктейлей. Поэтому есть все основания предполагать, что большинство молочных продуктов может подвергаться микробной порче, и в связи с этим необходимо знать предельные сроки и температуру хранения. Эти пределы предопределяют методы и способы распределения, продажи и обработки.
Излюбленным тестом большинства специалистов по качеству продукции является инкубация первоначальных проб конечного продукта в течение 5 суток при 7° С. Инкубированные таким путем пробы затем оцениваются органолептически (вкус, запах и вид) или же микробиологически (количество бактерий стандартным чашечным методом), или же одновременно и тем и другим способом. Обычно количество бактерий в течение первых нескольких часов хранения остается постоянным (фаза относительно спокойного роста), затем число бактерий начинает увеличиваться (логарифмическая фаза роста). Время, которое необходимо для достижения заданного значения, зависит от: 1) начальной концентрации бактерий, 2) длительности фазы относительно спокойного роста и 3) времени генерации или срока удвоения бактерий (в пробе могут быть бактерии одного или нескольких видов или штаммов).
Тест на срок хранения ставится в течение 5 дней при 7° С, ввиду того что: 1) указанная температура наиболее близка к предполагаемой температуре хранения молока; 2) при этой температуре размножаются психротропные бактерии и 3) за относительно короткий срок могут быть получены данные, применимые в целях контроля качества. Однако качество упаковочного материала (картона) может быть самым различным, поэтому окончательное суждение должно быть вынесено на основании повторного исследования вторично взятых проб. Наибольшая вариабельность (в днях) наблюдается в пробах, которые загрязнены бактериями в незначительной и умеренной степени, в то время как сильно загрязненные партии молока портятся столь быстро, что время окончательной порчи с момента последнего взятия образца составляет всего несколько часов.
Существует вариабельность результатов анализа проб, взятых из двух емкостей, заполненных одним и тем же пастеризованным молоком. Бактерии из емкости А при 7° С росли медленно. В образцах из емкости В, где обнаружена более высокая начальная концентрация, численность бактерий возрастала быстрее. Тем не менее пробы из одной и той же емкости отличались друг от друга по содержанию бактерий.
Тест на срок хранения в течение 5 суток при 7° С может дать информацию об источнике загрязнения молока в технологической цепи. Пробы были взяты в различных точках цепи переработки, проинкубированы и подвергнуты анализу по стандартному чашечному методу. Например, в случае со сбитыми сливками наиболее значительным местом загрязнения была задвижка крана.
Олсон модифицировал указанный тест на срок хранения путем добавления резорцина в пробы молока и предварительной инкубации в течение 16 ч при 21°С до начала хранения их при 7°С.
Такая модификация позволяет осуществлять визуальное наблюдение хода реакции восстановления, которая происходит во время хранения.
Предварительная инкубация ускоряет наступление у бактерий логарифмической фазы роста. Утверждают, что изменение вкуса и запаха молока происходят только тогда, когда резорцин восстанавливается до ярко-розового цвета или даже до бесцветного состояния.
Тест на бактериальную загрязненность молочного оборудования
Небольшое число психротропных бактерий (в пределах от одной до нескольких сотен в пакете молока) может увеличиться до нескольких миллионов за несколько дней при температуре бытового холодильника. Поэтому возникает необходимость в удалении или уничтожении всех таких микроорганизмов в молочном оборудовании. Для этого проводят промывку и дезинфекцию оборудования. Однако определение степени эффективности очистки и дезинфекции были затруднительны. Недавно разработан и внедрен новый метод, по которому продезинфицированное молочное оборудование промывается еще раз большим количеством стерильной воды. Эту воду собирают в определенных точках линии переработки, и пробы ее (большого объема) фильтруют, осаждая бактерии на целлюлозо-ацетатной мембране и затем подсчитывают их по методу подсчета на фильтрах.
Стерильную воду для заключительной промывки оборудования получают на специальном аппарате. Этот аппарат состоит из фильтра предварительной очистки (хлопковое волокно) и микрофильтра из целлюлозо-ацетата с порами одинакового диаметра (0,45 мкм). Производительность аппарата в обычных условиях 20-26 л/мин.
Емкость для хранения пастеризованного молока промывают стерильной водой совместно с нейтрализующим раствором (тиосульфат натрия), применяемым обычно после дезинфекции молочного оборудования химическими препаратами. После тщательного перемешивания берут пробы воды для исследования.
Затем промывочная вода выкачивается или же стекает под действием собственной тяжести через все узлы разливного устройства, где также забирают пробы для исследования. Каждая емкость заполняется промывочной водой, откуда она поступает в пакеты, точно так же, как и в случае наполнения их молоком. Для исследования отбирают определенное число пакетов. Все пробы затем подвергаются мембранной фильтрации. Для определения общего числа бактерий используют пробы по 100 мл, а для бактерий группы кишечной палочки - по 250 мл. Мембраны с бактериями, которые были удалены из системы в процессе фильтрации, помещают на стерильные абсорбентные подушечки, пропитанные соответствующей бульонной средой, на которой будут расти колонии бактерий. После инкубации в течение 24 ч колонии подсчитывают под микроскопом при небольшом увеличении.
Результаты эксперимента, проведенного на 12 молочных заводах, дают основание полагать, что разливочные устройства являются основными источниками бактериального загрязнения молока после пастеризации, а не емкости для хранения. Приблизительно в 40% проб, взятых из пакетов на этих заводах, содержалось менее одного бактериального тела и в 63% - менее одной бактериальной клетки группы кишечной палочки из расчета на 100 мл молока.