<Desc/Clms Page number 1>
La présente invention a trait à un procédé de préparation de produits de lait évaporé, de couleur et de parfum améliorés, et plus spécifiquement à un procédé de stérilisation de haute température et de courte durée, pour la prépa- ration de'produits laitiers stérilisés de concentration supérieure à la normale.
Ordinairement, les produits laitiers concentrés, tels que le lait évaporé, sont stérilisés par ce qu'on appelle le procédé de stérilisation 'de lon- gue durée et de basse température,dans lequel le produit à stériliser est scellé dans une boîte et soumis ensuite à des températures allant d'environ 240 F à 250 F pendant environ 10 à 20 minutes. En plus de la stérilisation elle-même, la pratique commune dans l'industrie du lait évaporé est de pré-échauffer le lait fluide avant la concentration, afin de donner au lait concentré le degré voulu de stabilité à la chaleur de la stérilisation. La quantité de chaleur communiquée au lait fluide pendant le traitement de pré-échauffement varie considérablement de lait à lait et de région laitière à région laitière et elle dépend de la vis- cosité voulue du produit fini.
Dans certains cas, il est nécessaire d'ajouter des sels "stabilisateurs" tels que le citrate de sodium, le phosphate bisodique et analogues, tandis que, dans d'autres cas, on peut ajouter des sels "déstabili- sateurs", tels que le ohlorure de calcium, pour lui donner la stabilité requise à la'*; chaleur, ce qui empêche ,la coagulation ou le caillage pendant la stérilisa- tion. En tous cas, le degré de stabilisation requis pour empêcher la coagulation et atteindre tout de même la viscosité optimum, est déterminé en stérilisant des échantillons pilotes, contenant des quantités variables des sels nécessaires ou présentant des rapports variables de laits surstabilisés au lait sous-stabili- sé,' comme Parks le décrit dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique n 2.553.783.
Bien que ces procédés aient été bien adaptés par l'industrie du lait évaporé à l'obtention de caractéristiques'désirables telles que la viscosité op- timum, la résistance à la séparation de la graisse et la stabilité d'emmagasina- ge, c'est un fait bien reoonnu que le traitement ordinaire donne au produit fi- ni, dans une mesure indésirable,une couleur et un parfum caramélisé ou cuit.
Les efforts de nombreux chercheurs pour écarter'des défauts par des traitements de stérilisation de haute température et de courte durée ont été entravés par la tendance des produits, stérilisés à des températures supérieures et des durées plus brèves, à s'épaissir avec l'âge. Dans une mesure moindre, un second effet consiste en ce que les-produits de lait concentré, stérilisés par le procédé à haute température et courte durée n'ont pas une viscosité suffisant 'à inhiber la séparation des graisses pendant l'emmagasinage du produit fini.
Par exemple, Ball décrit, dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique n 2.087.962 concernant un procédé de réglage de la viscosité du lait évaporé, un procédé de stérilisation de haute température et de courte durée, où il pré- pare un produit contenant de 29% à 35% de solides au total, afin d'obtenir une viscosité suffisante à inhiber de manière satisfaisante la séparation des grais- ses qui limiterait autrement 1'acceptabilité commerciale du produit stérilisé à haute température et pendant de brèves durées, indépendamment de ses qualités améliorées de couleur et de parfum.
En dépit de ce progrès apparent dans le do- maine de la stérilisation de haute température et de courte durée de produits laitiers concentrés, Bail ne prévoit pas de mesure pour régler l'épaississement de vieillissement susdit ou effet de gélation et, de ce fait, les produits obte- nus par ce procédé ont une vue d'emmagasinage limitée à quelques semaines jus- 'qu'à pas plus d'environ trois mois.
Stewart et autres ont décrit un procédé destiné à résoudre le pro- blème de l'épaississement avec l'âge et de la séparation des graisses dans la de- mande en souffrance, n de série 389.151, déposée à United States Patent Office le 29 octobre 1953, pour "Procédé de préparation du lait évaporé stérile" qui fait usage d'un traitement de préchauffage du lait alors qu'il est dans un état surooncentré, de la dilution subséquente à la composition finale voulue et de la stérilisation par un procédé de haute température et de courte .durée.
Cette de-
<Desc/Clms Page number 2>
mande enseigne l'opération supplémentaire de traitement d'homogénisation stérile, qui suit la stérilisation, et qui permet d'obtenir la dispersion optimum des graisses, ce qui dispense de donner une viscosité excessive au lait évaporé fini.
Bien que ce procédé recule de manière satisfaisante le moment où. s'établit l'é- paississement de vieillissement ou gélation, il implique les désavantages d'une évaporation à une concentration supérieure d'eau moins 5% à la concentration fi- nale voulue.
La présente invention a trait à un procédé perfectionné de stérilisa- tion de haute température et de courte durée pour la préparation du lait concen- tré stérilisé, tel que le lait évaporé, avec le minimum d'odeur de cuit ou de caramélisé et de couleur brune, ayant néanmoins une vie d'emmagasinage convena- ble, particulièrement en ce qui concerne la résistance à l'épaississement de vieillissement.
Bien que la demande en souffrance de Stewart et autres enseigne un procédé visant à obtenir ce résultat, son application économique est souvent limitée par l'augmentation des frais dus à l'opération de surconcentration, au manque de capacité d'évaporation convenable et analogues ; parcontre, la présen- te invention propose un procédé de réglage de l'épaississement de vieillissement qui ne dépend pas d'une concentration à une teneur en solides supérieure à celle qu'on désire pour le produit fini.
La présente invention est basée sur la découverte qu'une stabilité oonvenable en ce qui concerne l'épaississement de vieillissement pendant l'emma- gasinage peut être obtenue sans recourir à la surconcentration, en proportion- nant convenablement l'ensemble du traitement thermique imposé au produit ooncen- tré: traitement de pré-échauffement du lait fluide, traitement de pré-chauffage du concentré et stérilisation. Le traitement thermique peut être augmenté dans l'une quelconque des trois opérations, indépendamment, afin de donner la stabi- lité d'emmagasinage voulue du produit laitier résultant. Ce procédé présente l'avantage supplémentaire d'une manutention plus facile du produit pendant le traitement.
Le dessin annexé représente schématiquement les opérations de ohauf- fage en vue de la production du lait évaporé par le procédé standard et par trois variantes différentes du présent procédé, décrites en détail ci-dessous.
La figure 1 représente schématiquement le procédé commercial actuel courant de production de lait évaporé ordinaire.
La figure 2 représente un procédé selon la présente invention (exem- ple 1).
Les figures 3 et 4 représentent respectivement des variantes du pré- sent procédé (exemples 2 et 3).
Les figures représentent des graphiques où le temps en minutes est porté en abscisses et la température en OF est portée en ordonnées.
Le procédé ordinaire de production du lait évaporé s'effectue en deux étapes qui sont représentées, figure 1, par les courbes 1 et 2 qui corres- pondent respectivement à l'étape 1, (fluide) et à l'étape 2 (concentré). Le pa- lier 3 de la courbe 2 indique une température de 245 F et une durée de 14 minu- tes.
Pour mettre la présente invention en oeuvre, on envisage de pré- échauffer le lait fluide pour réduire la tendance du produit concentré à se coa- guler pendant la stérilisation, L'opération du pré-échauffement est désirable pour une autre raison, plus subtile: pour certains laits, ce traitement contri- bue de manière significative à donner au lait la résistance recherchée à la gé- lation.
A la suite dudit traitement de préchauffement, la lait fluide est concentré par des moyens ordinaires à, sensiblement, la concentration finale, après quoi, il est soumis à un traitement de préchauffage dans l'intervalle d'en.
<Desc/Clms Page number 3>
viron l80F pendant 10 minutes à environ 250 F pendant une minute. Bien que les modifications exactes provoquées par le présent traitement soient inconnues, il est apparemment nécessaire pour donner au produit l'état physico-chimique qui permet une grande résistance à la gélation lorsqu'on pratique la stérilisation de haute température et de courte durée comme il est ici décrit.
Un autre ensei- gnement de la présente invention est que le lait concentré peut être refroidie après le traitement de préchauffage et avant la stérilisation finale, à une tem- pérature inférieure à au moins sensiblement 150 F et, de préférence, à une tempé- rature comprise entre 32 F à 100 F.
Ayant effectué une stabilisation partielle contre l'épaississement de vieillissement par ce traitement de préchauffage du lait concentré, à sensi- blement, sa concentration désirée finale, le produit concentré est ensuite sou- mis à la stérilisation de haute température et de courte durée, réglée quant au temps et à la température de manière à provoquer les modifications physico-chi- miques dues à la chaleur, nécessaires, supplémentaires, donnant au produit la résistance voulue à l'épaississement de vieillissement.
On effectue cela en uti- lisant une période de temps bien supérieure au minimum nécessaire pour produire une valeur de F d'au moins sensiblement 5 et, en tous cas, il est envisagé qu'une température soit choisie qui permet d'employer des durées de stérilisa- tion d'au moins environ une minute et de pas plus d'environ trois minutes.
Il est entendu que la stérilisation peut être conduite d'après la préférence du préposé quant au système particulier de stérilisation de haute température et de courte durée, car la stérilisation peut être effectuée en boî- te ou avant la mise en boîte. Dans ce dernier cas, le produit stérilisé peut être mis en boîte par un procédé et un moyen quelconque de mise aseptique en boî- te. Si l'on applique le procédé de mise en boîte aseptique, il est préférable d'homogénéiser dans des conditions stériles après la stérilisation, car l'homo- généisa,tion effectuée en ce point diminue notablement l'agglomération des parti- cules de graisse, qui se produit inévitablement lorsque l'homogénéisation pré- cède la stérilisation, ce qui contribue notablement à la stabilité à l'emmagasi- nage de l'émulsion de graisses.
Dans les deux cas, il est nécessaire que la du- rée et la température soient réglées pour donner un F. d'une valeur d'au moins sensiblement 5, de la manière décrite ci-dessus.
Le symbole F est bien connu et standardisé dans la technique de la mise en boîte et peut être défini par une fonction du temps et de la température, exprimée par la formule suivante :
F. m x antilog T-250/Z où Z =18, m = minutes, T = température en F
La formule ci-dessus montre que l'indice de stérilisation F est une fonction logarithmique de la durée et de la température, la durée requise pour la stérilisation augmentant dix fois avec chaque diminution de 18 F de tempéra- ture.
Par exemple, les durées et les températures suivantes donnent un indice de stérilisation F de 10 : o
EMI3.1
<tb> 232 F <SEP> 100 <SEP> minutes
<tb>
<tb> 250 F <SEP> 10 <SEP> minutes
<tb> 268 F <SEP> 1 <SEP> minute
<tb>
<tb>
<tb> 286 F <SEP> 0,1 <SEP> minute <SEP> ou <SEP> 6 <SEP> secondes
<tb>
<tb> 304 F <SEP> 0,01 <SEP> minute <SEP> ou <SEP> 0,6 <SEP> seconde
<tb>
Ce procédé mathématique de calcul des durées du traitement thermique des aliments en boite, dû au Dr Charles 0. Ball, est décrit dans le "Bulletin of
<Desc/Clms Page number 4>
the National Research Council", Volume 7 Partie 1, n 37;octobre 1923. Au mo- ment où ce bulletin a paru, le Dr Ball était employé par le Research Laboratory of the National Canners Association de Washington, D.C. Etats-Unis.
Les calculs du Dr Ball ont été subséquemment simplifiés et il est ac- tuellement tout à fait courant d'employer l'indice Fpris aux calculs du Dr Ball et dans lequel ce qu'il appelle la valeur "Z" est supposée égale à 18. Cela est exposé dans un article de C.R. Stumbo de Food Machinery Corporation, intitulé "Bacteriological Considérations Relating to Process Evaluation", publié dans Food Technology, Volume 2, n 2, avril 1948.
A titre d'illustration, mais non à titre de limitation, des exemples typiques du présent procédé appliqué à la production du lait évaporé sont donnés ci-après.
Un premier exemple est représenté schématiquement figure 2 du dessin; le lait entier est pré-échauffé à une température de 240 F pendant environ deux minutes (courbe 4, étape 1 lait fluide) lorsqu'il entre dans l'évaporateur où il est concentré à, sensiblement, la concentration finale voulue, soit environ 26% de solides au total. Le produit concentré est préchauffé à 200 F pendant cinq minutes (courbe 5, étape 2, lait concentré et palier 5') et refroidi à 40 F, point auquel il est standardisé à la composition normale du lait évaporé de 7,9% de graisses et 25,9% de solides au total.
Le produit standard est alors traité continûment dans un préchauffeur où il est amené à la température de 180 F, dans un chauffeur stérilisant de gran- de vitesse et un tube de maintient où la température est amenée à 264 F et main- tenue pendant une période de deux minutes (courbe 6, étape 3, lait concentré, et palier 7) dans un refroidisseur tubulaire où la température est réduite à 150 F dans un homogénéiseur fonctionnant à une pression de 4000 livres anglaises par pouce carré, et un refroidisseur tubulaire final qui fait descendre la tempéra- ture à 75 F avant la mise en boîte aseptique.
Le procédé décrit ci-dessus représente des conditions effectives de la production du lait évaporé à partir d'un lait moyen. Toutefois, il doit être observé que certaines modifications peuvent être désirables selon les variations de la composition du lait au cours de saisons différentes de l'année et pour dif- férentes régions laitières. En outre, il doit être entendu que l'on peut appor- ter certaines modifications dans les limites indiquées si l'on désire stériliser des produits laitiers concentrés contenant plus d'environ 26 % de solides au to- tal, par le procédé de stérilisation de haute température et de courte durée.
Ces modifications portent principalement sur les températures et les durées du traitement de préchauffage et de la stérilisation. Le lait concentré contenant plus de 26% de solides ou produit pendant des périodes ou dans des régions où la composition du lait est telle qu'il est plus instable de manière inhérente, peut être traité de manière à donner une quantité supérieure de chaleur au produit fi- ni, de la manière réglée ici décrite, pour obtenir les avantages recherchés quant à la couleur et à l'odeur.
Dans ces cas, la stabilité voulue à l'épaissis. sement de vieillissement peut être obtenue en ohoississant des périodes de pré- chauffage plus longues, telles, par exemple, que 185 F pendant dix minutes et en choississant une température de stérilisation quelque peu plus basse et une pé- riode de stérilisation plus longue de manière correspondante, ainsi qu'il est requis pour obtenir la valeur voulue de Fqui, dans tous les cas, doit être su- périeure à au moins sensiblement la valeur F = 5. Un tel traitement est repré- senté schématiquement figure 3.
Figure 3, l'étape 1 (fluide) est représentée par la courbe B. Les étapes 2 et 3 (concentré) sont respectivement représentées par les courbes 9 et 11 qui comportent les paliers respectifs 10 (185 F, 10 minutes) et 12 (261 F, 3 minutes).
Il arrive assez souvent que l'on rencontre des laits exceptionnelle-
<Desc/Clms Page number 5>
ment favorables pour la fabrication de ce produit. Ces laits permettent une va- riante du procédé) d'un autre type, représenté figure 4, où l'on fait usage des mêmes trois étapes du procédé, une étape 1 (fluide) représentée par la courbe 13 et des étapes 2 et 3 (concentré) représentées respectivement par les courbes 14 et 16, ayant respectivement les paliers 15 et 17, mais où le traitement de pré- chauffage 15 du concentré est fait à une température supérieure et pendant un temps plus court, par exemple 250 F pendant une minute, l'étape subséquente de la stérilisation utilisant la température de 270 F, pendant seulement environ une minute (palier 17).
Bien que le terme de "lait évaporé" ait été employé pour décrire la présente invention, il doit être entendu que cela ne limite nullement l'inven- tion ici révélée. Il doit être entendu que les enseignements de la présente in- vention sont applicables aux produits laitiers concentrés en présence ou en l'ab- sence de la graisse et qui ont des concentrations comprises entre environ 16% et 35% de solides au total. Il est aussi prévu que l'on puisse modifier à volonté la teneur du lait en solides minéraux et autres pour faire face à des exigences spéciales présentées à certains produits diététiques (principalement le lait ou le produit laitier évaporé à faible teneur en sodium).
Il faut observer aussi que lorsqu'on désire la présence de la graisse dans le produit, on peut l'y in- troduire sous la forme de graisse du beurre, de graisses animales ou de graisses végétales.
Comme il est indiqué ci-dessus, le produit selon la présente inven- tion est perfectionné et présente une qualité inhabituelle du fait que, pour la première fois, il possède une stabilité élevée à la gélation pendant l'emmagasi- nage, à cause des modifications provoquées dans les protéines et les sels et, en même temps, peu d'odeur de cuit et de couleur, dues à la fragmentation caramé- lisante de la lactose, produite par le traitement thermique. Le produit se dis- tingue aisément par sa couleur et son odeur du lait évaporé ordinaire. L'odeur de cuit et la couleur se développent parallèlement au cours d'un traitement.
La couleur donnée au produit est un indicateur sûr de l'odeur. Le meilleur lait évaporé ordinaire possède une couleur due à la fragmentation caramélisante de la lactose par le traitement, de 400% à 600% supérieure à celle du présent produit.
Le présent produit peut être avantageusement comparé en couleur au lait évaporé ordinaire de la manière suivante.
On emploie le lait brut entier initial en tant qu'étalon de couleur.
On met une portion du lait fluide brut dans une éprouvette de taille convenable.
On met une portion égale du produit selon l'invention dans une éprouvette iden- tique, après l'avoir d'abord dilué à la teneur en solides du lait brut fluide.
On met dans une éprouvette identique une partie égale d'un lait évaporé ordinai- re provenant du même lait brut, dilué de la même manière par l'eau distillée. On ajoute alors peu à peu, en mélangeant,aux deux échantillons de lait évaporé, du lait écrémé fluide, jusqu'à ce que l'intensité de la couleur de chaque lait évaporé s'appareille à celle du lait fluide lorsqu'on les compare à la lumière du ciel du Nord ou sous une lumière artificielle équivalente. On note le volume final des deux laits évaporés résultant de la dilution par le lait écrémé flui- de. Le rapport des couleurs est calculé en divisant le volume de correspondance finale par le volume de la dilution initiale par l'eau 1 :1 lait évaporé.
Les résultats typiques obtenus par ce test figurent ci-dessous.
<Desc/Clms Page number 6>
EMI6.1
<tb> Produit <SEP> selon <SEP> le <SEP> présent <SEP> procédé <SEP> Lait <SEP> évaporé <SEP> ordinaire <SEP> dilué <SEP> 1:1
<tb> dilué <SEP> 1:1 <SEP> par <SEP> l'eau <SEP> par <SEP> l'eau
<tb>
<tb> Bohan- <SEP> Volume <SEP> Volume <SEP> après <SEP> Rapport <SEP> Echan- <SEP> Volume <SEP> Volume <SEP> Raptillon <SEP> avant <SEP> dil. <SEP> pour <SEP> ap- <SEP> des <SEP> tillon <SEP> avant <SEP> après <SEP> dil. <SEP> port
<tb> dilu- <SEP> pareiller <SEP> à <SEP> vol. <SEP> dilu- <SEP> pour <SEP> appa- <SEP> des
<tb> tion <SEP> coul. <SEP> lait <SEP> tion <SEP> reiller <SEP> à <SEP> vol.
<tb> fluide <SEP> coul <SEP> .
<SEP> lait
<tb>
EMI6.2
¯¯¯¯ ¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯ ¯¯¯¯¯ ¯¯¯¯ ¯¯¯¯ fluide
EMI6.3
<tb> 1 <SEP> 20 <SEP> ml <SEP> 30 <SEP> ml <SEP> 1,5 <SEP> 1 <SEP> 10ml <SEP> 87 <SEP> ml <SEP> 8,7
<tb> 2 <SEP> 20 <SEP> ml <SEP> 35 <SEP> ml <SEP> 1,75 <SEP> 2 <SEP> 10ml <SEP> 110 <SEP> ml <SEP> Il,0
<tb>
Les résultats figurant dans le tableau illustrent clairement la dif- férence marquée de l'intensité de la couleur des deux produits. Les deux produits accusent clairement une différence de couleur de six fois. Les résultats mon - trent aussi que la couleur du produit selon la présente invention est très voisi- ne de celle du lait fluide initial.
La demanderesse trouve utile d'évaluer les degrés de modification dans le produit final de certaines concentrations d'ions métalliques et de pro- téines, provoquées par le présent procédé. A cet effet, la demanderesse a employé une résine d'échange d'ions en tant qu'indicateur des concentrations des ions calcium et magnésium dans le présent produit final et dans le lait initial. La demanderesse compare ces valeurs avec les valeurs correspondantes pour le lait évaporé ordinaire, obtenues par la même technique à indicateur de résine. Le présent test suit les détails les plus importants de la technique décrite par Christiansen, Jenness et Coulter dans "Analytical Chemistry" Volume 26 (1954), pages 1923 à 1927 et par A. Van Kreveld et G. Van Minnen, "The Netherlands Milk and Dairy Journal", 1955, Volume 9, Numéro 1, pages 1 à 29.
Le présent procédé diffère de ceux qui sont indiqués ci-dessus par les points suivants: (1) La ré- sine Chempro C-20 fut tamisée par voie humide pour choisir des particules d'un diamètre de 0,0093 à 0,0329 pouce et fut ensuite séchée jusqu'à poids constant à 35 0. (2) Trois gr de résine sèche furent employés pour chaque analyse. Après exposition des trois gr de résine au lait soumis à l'essai, la résine est sépa- rée du produit et la charge d'équilibre sur la résine est déterminée pour les divers ions, et tout spécialement pour les charges d'ions calcium et magnésium.
Pour illustrer les espèces de modifications que l'on rencontre dans cet essai, la demanderesse a obtenu les résultats suivants:
EMI6.4
<tb> Echantillon <SEP> Milliéquivalents <SEP> de <SEP> Ca <SEP> et <SEP> de <SEP> Mg
<tb>
<tb>
<tb> sur <SEP> 3 <SEP> gr <SEP> de <SEP> résine <SEP> équilibrée
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Ca <SEP> Mg <SEP> Ca <SEP> et <SEP> Mg
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Lait <SEP> brut <SEP> 6,56 <SEP> 1,08 <SEP> 7,64
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Produit <SEP> selon <SEP> le <SEP> présent <SEP> procédé <SEP> 3,96 <SEP> 0,76 <SEP> 4,72
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Lait <SEP> évaporé <SEP> ordinaire <SEP> 3e9O <SEP> 0,73 <SEP> 4,63
<tb>
<tb>
<tb> Produit <SEP> selon <SEP> le <SEP> présent <SEP> procédé,
<tb>
<tb>
<tb> dilué <SEP> à <SEP> la <SEP> concentration <SEP> du <SEP> lait
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> brut <SEP> 5,
92 <SEP> 1,04 <SEP> 6,96
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Lait <SEP> évaporé <SEP> ordinaire <SEP> dilué <SEP> à
<tb>
<tb>
<tb> la <SEP> concentration <SEP> du <SEP> lait <SEP> ordinaire <SEP> 5,68 <SEP> 1,00 <SEP> 6,68
<tb>
Il faut observer que les charges d'équilibre de la résine de Ca et de Mg du produit du présent procédé sont voisines de celles du lait évaporé or.
<Desc/Clms Page number 7>
dinaire et diffèrent notablement des valeurs obtenues lorsque la résine est équi- librée vis-à-vis du lait brut. Ainsi, on voit que le nouveau procédé effectue une réduction des concentrations ioniques du calcium et du magnésium, correspon- dante à un degré élevé de la résistance à la gélation du produit stérilisé con- centré.
Les données portant sur les concentrations ioniques des produits di- lués furent obtenues en diluant les laits concentrés stérilisés finis par l'eau distillée à la teneur totale en solides du lait brut standardisé original-* Les produits laitiers ainsi dilués furent gardés pendant environ 20 heures à environ 35 F et ensuite chauffés à la température ordinaire pendant environ quatre heures avant de déterminer la charge d'équilibre de la résine de la même manière que pour le lait brut.
La comparaison des concentrations ioniques de calcium et de magné- sium dans le lait évaporé ordinaire ainsi dilué avec le produit résultant du pré- sent procédé, pareillement dilué, révèle une différence distincte du degré de ré-équilibrage ionique. On estime que cela constitue une preuve concluante du fait que le présent procédé donne un produit dans lequel des modifications physi- co-chimiques irréversibles , normalement associées aux processus de stérilisa- tion ordinaires, sont empêchées ou réglées de manière à obtenir un produit lai- tier dans lequel les caractéristiques du lait naturel sont gardées dans une mesu- re optimum.
Le degré de la modification provoquée dans l'albumine et la globuline est déterminé notamment par le procédé de Harland-Ashworth, publié dans "Food Research", Volume 12, pages 247 à 251, mais adapté à un photélomètre de Cenoo- Sheard-Sanford au lieu de l'appareil d'Evelyn Une analyse appropriée du lait initial et du produit fini détermine la proportion d'azote de protéine de petit lait qui a été dénaturé. Des échantillons typiques du produit du présent procédé présentent ainsi 90 % ou davantage d'azote de protéine de petit lait dénaturé.
Le degré des modifications désirables provoquées dans la caséine, modifications qui sont associées à la rupture ou à la fragmentation de la caséi- ne, peut être mesuré par un essai de tension du lait caillé. "The American Dairy Science Association Method for Curd Tension Determination" est employé tel qu''il est présenté dans "Laboratory Manual of the Milk Industry Foundation", édition de 1949, chapitre 27, avec certaines modifications: Sous appareil, numéro 2, la pipette est amenée à débiter 100 ml en 4 à 5 secondes.
L'appareil de mesure de la tension du lait caillé, qui est employé, est celui de Submarine Signal Company, numéro de série 728.211. Sous procédé, numéro 5, la lecture à noter est la valeur obtenue après que le couteau a pénétré dans la surface et s'est stabilisé à une valeur.
Le lait évaporé à soumettre à l'essai est d'abord dilué par l'eau à une teneur totale en solides de 12,5 % ou à une teneur en solides sans graisses de 8,50%. On trouvé que la tension du lait caillé pour ce produit est réduite à des valeurs bien inférieures à 5 gr et descend généralement jusqu'à 2 gr., ce qui reflète la modification très extensive de la caséine, provoquée par le traite- ment spécial particulier au présent procédé.
Bien que certaines manières préférées de mise en oeuvre du procédé aient été décrites en détail, il est entendu qu'elles ne servent qu'à l'illus- tration et que, donc, les variantes nécessaires pour faire face aux conditions et exigences différentes sont envisagées comme tombant dans le domaine et l'es- prit des revendications annexées.
REVENDICATIONS.
**ATTENTION** fin du champ DESC peut contenir debut de CLMS **.
<Desc / Clms Page number 1>
The present invention relates to a process for the preparation of evaporated milk products, of improved color and flavor, and more specifically to a high temperature, short time sterilization process, for the preparation of sterilized milk products. concentration above normal.
Ordinarily, concentrated dairy products, such as evaporated milk, are sterilized by the so-called long-term, low-temperature sterilization process, in which the product to be sterilized is sealed in a box and then submitted. at temperatures ranging from about 240 F to 250 F for about 10 to 20 minutes. In addition to the sterilization itself, it is common practice in the evaporated milk industry to preheat fluid milk prior to concentration, in order to give the condensed milk the desired degree of heat stability of sterilization. The amount of heat imparted to the fluid milk during the preheating treatment varies considerably from milk to milk and from dairy region to dairy region and is dependent on the desired viscosity of the finished product.
In some cases it is necessary to add "stabilizer" salts such as sodium citrate, bisodium phosphate and the like, while in other cases it is necessary to add "destabilizer" salts, such as calcium chloride, to give it the required stability at '*; heat, which prevents coagulation or curdling during sterilization. In any case, the degree of stabilization required to prevent coagulation and still achieve the optimum viscosity is determined by sterilizing pilot samples, containing varying amounts of the necessary salts or exhibiting varying ratios of overstabilized milk to under-stabilized milk. - Sé, 'as Parks described in US Pat. No. 2,553,783.
Although these processes have been well suited by the evaporated milk industry to achieve desirable characteristics such as optimum viscosity, resistance to fat separation and storage stability, they are It is a well-known fact that ordinary processing gives the finished product, to an undesirable extent, a caramelized or cooked color and flavor.
The efforts of many researchers to rule out defects through short, high temperature sterilization treatments have been hampered by the tendency of products, sterilized at higher temperatures and for shorter durations, to thicken with age. . To a lesser extent, a second effect is that the condensed milk products sterilized by the high temperature and short time process do not have sufficient viscosity to inhibit the separation of fat during storage of the finished product. .
For example, Ball describes in US Pat. No. 2,087,962 relating to a method of controlling the viscosity of evaporated milk, a method of high temperature sterilization of short duration, where he prepares a process for controlling the viscosity of evaporated milk. product containing 29% to 35% solids in total, in order to obtain a viscosity sufficient to satisfactorily inhibit the separation of fats which would otherwise limit the commercial acceptability of the product sterilized at high temperature and for short periods of time, regardless of its improved color and fragrance qualities.
Despite this apparent progress in the field of high temperature, short-term sterilization of concentrated dairy products, Bail does not foresee any action to control the aforesaid aging thickening or freezing effect and, therefore, the products obtained by this process have a storage view limited to a few weeks to no more than about three months.
Stewart et al. Have described a process for overcoming the problem of thickening with age and separation of fat in backlog, Serial No. 389.151, filed in the United States Patent Office on October 29. 1953, for "Process for the preparation of sterile evaporated milk" which makes use of a treatment of preheating the milk while it is in an over-concentrated state, of the subsequent dilution to the desired final composition and of sterilization by a process of high temperature and short duration.
This de-
<Desc / Clms Page number 2>
mande teaches the additional operation of sterile homogenization treatment, which follows sterilization, and which makes it possible to obtain the optimum dispersion of the fats, which dispenses with giving excessive viscosity to the finished evaporated milk.
Although this process satisfactorily postpones the time when. Aging thickening or freezing takes place, it involves the disadvantages of evaporation at a higher concentration of water minus 5% at the desired final concentration.
The present invention relates to an improved, high temperature, short time sterilization process for the preparation of sterilized condensed milk, such as evaporated milk, with the minimum of cooked or caramelized odor and color. brown, nevertheless having a suitable storage life, particularly with regard to resistance to aging thickening.
Although the overdue application of Stewart et al teaches a method to achieve this result, its economic application is often limited by the increase in costs due to the overconcentration operation, lack of suitable evaporation capacity and the like; however, the present invention provides a method of controlling aging thickening which is not dependent on a higher solids concentration than that desired for the finished product.
The present invention is based on the discovery that suitable stability with respect to aging thickening during storage can be obtained without resorting to overconcentration, by properly proportioning the total heat treatment imposed on the material. concentrated product: pre-heating treatment of fluid milk, pre-heating treatment of concentrate and sterilization. The heat treatment can be increased in any of the three operations, independently, in order to provide the desired storage stability of the resulting dairy product. This process has the additional advantage of easier handling of the product during processing.
The accompanying drawing schematically shows the heating operations for the production of evaporated milk by the standard process and by three different variations of the present process, described in detail below.
Figure 1 shows schematically the current commercial process for producing ordinary evaporated milk.
FIG. 2 represents a method according to the present invention (example 1).
FIGS. 3 and 4 respectively represent variants of the present process (examples 2 and 3).
The figures represent graphs where the time in minutes is plotted on the abscissa and the temperature in OF is plotted on the ordinate.
The ordinary process for producing evaporated milk is carried out in two stages which are represented, in figure 1, by curves 1 and 2 which correspond respectively to stage 1, (fluid) and to stage 2 (concentrated). . Step 3 of curve 2 indicates a temperature of 245 F and a duration of 14 minutes.
In order to practice the present invention, it is contemplated to preheat fluid milk to reduce the tendency of the concentrated product to coagulate during sterilization. The operation of preheating is desirable for another, more subtle reason: for certain milks, this treatment contributes significantly to giving the milk the desired resistance to freezing.
Following said preheating treatment, the fluid milk is concentrated by ordinary means to substantially the final concentration, after which it is subjected to a preheating treatment in the interval of.
<Desc / Clms Page number 3>
about 180F for 10 minutes to about 250F for one minute. Although the exact changes caused by the present treatment are unknown, it is apparently necessary to give the product the physicochemical state which allows high resistance to freezing when the high temperature and short duration sterilization is practiced as it is. is described here.
Another teaching of the present invention is that the condensed milk can be cooled after the preheating treatment and before the final sterilization, to a temperature below at least substantially 150 F and, preferably, to a temperature. between 32 F to 100 F.
Having effected partial stabilization against aging thickening by this preheating treatment of the condensed milk, to substantially its final desired concentration, the concentrated product is then subjected to high temperature and short-term sterilization, adjusted as to time and temperature so as to bring about the necessary additional physico-chemical changes due to heat, giving the product the desired resistance to aging thickening.
This is done using a period of time much greater than the minimum necessary to produce a value of F of at least substantially 5 and, in any event, it is contemplated that a temperature be chosen which permits the use of times. sterilization time of at least about one minute and not more than about three minutes.
It is understood that sterilization can be carried out according to the preference of the attendant with respect to the particular high temperature, short duration sterilization system, as the sterilization can be carried out in can or before canning. In the latter case, the sterilized product can be canned by any aseptic canning method and means. If the aseptic canning process is applied, it is preferable to homogenize under sterile conditions after sterilization, since the homogenization carried out at this point significantly decreases the agglomeration of the fat particles. , which inevitably occurs when homogenization precedes sterilization, which contributes significantly to the storage stability of the fat emulsion.
In either case, it is necessary that the time and temperature be adjusted to give an F. of a value of at least substantially 5, as described above.
The symbol F is well known and standardized in the canning art and can be defined as a function of time and temperature, expressed by the following formula:
F. m x antilog T-250 / Z where Z = 18, m = minutes, T = temperature in F
The above formula shows that the sterilization index F is a logarithmic function of time and temperature, the time required for sterilization increasing tenfold with each 18 F decrease in temperature.
For example, the following times and temperatures give a sterilization index F of 10: o
EMI3.1
<tb> 232 F <SEP> 100 <SEP> minutes
<tb>
<tb> 250 F <SEP> 10 <SEP> minutes
<tb> 268 F <SEP> 1 <SEP> minute
<tb>
<tb>
<tb> 286 F <SEP> 0.1 <SEP> minute <SEP> or <SEP> 6 <SEP> seconds
<tb>
<tb> 304 F <SEP> 0.01 <SEP> minute <SEP> or <SEP> 0.6 <SEP> second
<tb>
This mathematical method of calculating the times of heat treatment of canned foods, due to Dr Charles 0. Ball, is described in the "Bulletin of
<Desc / Clms Page number 4>
the National Research Council ", Volume 7 Part 1, No. 37, October 1923. At the time of this publication, Dr Ball was employed by the Research Laboratory of the National Canners Association in Washington, D.C., USA.
Dr Ball's calculations were subsequently simplified and it is now quite common to employ the Fpris index in Dr Ball's calculations and in which what he calls the "Z" value is assumed to be 18. This is discussed in an article by CR Stumbo of Food Machinery Corporation, entitled "Bacteriological Considerations Relating to Process Evaluation", published in Food Technology, Volume 2, No. 2, April 1948.
By way of illustration, but not by way of limitation, typical examples of the present process applied to the production of evaporated milk are given below.
A first example is shown schematically in FIG. 2 of the drawing; whole milk is preheated to a temperature of 240 F for about two minutes (curve 4, step 1 fluid milk) when it enters the evaporator where it is concentrated to, substantially, the desired final concentration, i.e. about 26 % total solids. The concentrated product is preheated to 200 F for five minutes (curve 5, step 2, condensed milk and stage 5 ') and cooled to 40 F, point at which it is standardized to the normal composition of evaporated milk of 7.9% fat. and 25.9% total solids.
The standard product is then processed continuously in a preheater where it is brought to the temperature of 180 F, in a high speed sterilizing heater and a holding tube where the temperature is brought to 264 F and held for a period. two minutes (curve 6, step 3, condensed milk, and step 7) in a tube cooler where the temperature is reduced to 150 F in a homogenizer operating at a pressure of 4000 pounds per square inch, and a final tube cooler which lower the temperature to 75 F before aseptic canning.
The process described above represents actual conditions for producing evaporated milk from average milk. However, it should be observed that certain modifications may be desirable depending on variations in the composition of the milk during different seasons of the year and for different dairy regions. In addition, it should be understood that certain modifications can be made within the limits indicated if it is desired to sterilize concentrated milk products containing more than about 26% total solids by the sterilization process. high temperature and short duration.
These changes mainly relate to the temperatures and times of the preheating and sterilization treatment. Condensed milk containing more than 26% solids or produced during periods or in regions where the composition of the milk is such that it is inherently more unstable, may be processed so as to impart a greater amount of heat to the product. finished, as set forth herein, to obtain the desired color and odor advantages.
In these cases, the desired stability to the thickens. The aging rate can be achieved by choosing longer preheating periods, such as, for example, 185 F for ten minutes and choosing a somewhat lower sterilization temperature and longer sterilization period so corresponding, as is required to obtain the desired value of F which, in all cases, must be at least substantially greater than the value F = 5. Such a processing is shown schematically in FIG. 3.
Figure 3, step 1 (fluid) is represented by curve B. Steps 2 and 3 (concentrate) are respectively represented by curves 9 and 11 which comprise the respective stages 10 (185 F, 10 minutes) and 12 ( 261 F, 3 minutes).
It happens quite often that we meet exceptional milks-
<Desc / Clms Page number 5>
favorable conditions for the manufacture of this product. These milks allow a variant of the process) of another type, shown in FIG. 4, where use is made of the same three stages of the process, stage 1 (fluid) represented by curve 13 and stages 2 and 3. (concentrate) represented by curves 14 and 16 respectively, having the stages 15 and 17 respectively, but where the preheating treatment of the concentrate is carried out at a higher temperature and for a shorter time, for example 250 F for one minute, the subsequent step of sterilization using the temperature of 270 F, for only about one minute (step 17).
Although the term "evaporated milk" has been used to describe the present invention, it should be understood that this in no way limits the invention disclosed herein. It should be understood that the teachings of the present invention are applicable to concentrated dairy products in the presence or absence of fat and which have concentrations between about 16% and 35% total solids. It is also provided that the content of milk in mineral and other solids can be varied at will to meet special requirements placed on certain dietetic products (mainly low sodium milk or evaporated milk product).
It should also be observed that when the presence of fat in the product is desired, it can be introduced therein in the form of butter fat, animal fat or vegetable fat.
As indicated above, the product according to the present invention is improved and exhibits an unusual quality because, for the first time, it has a high freezing stability during storage, due to the changes caused in proteins and salts and, at the same time, little smell of cooked and color, due to the caramelizing fragmentation of lactose, produced by the heat treatment. The product is easily distinguished by its color and odor from ordinary evaporated milk. The cooked smell and color develop in parallel during processing.
The color given to the product is a sure indicator of the smell. The best regular evaporated milk has a color due to caramelizing fragmentation of lactose by processing which is 400% to 600% higher than that of the present product.
The present product can be advantageously compared in color to ordinary evaporated milk as follows.
The initial whole raw milk is used as a color standard.
A portion of the raw fluid milk is placed in a test tube of suitable size.
An equal portion of the product according to the invention is placed in an identical test tube, after having first diluted it to the solids content of fluid raw milk.
An equal part of an ordinary evaporated milk from the same raw milk, diluted in the same manner with distilled water, is placed in an identical test tube. Fluid skimmed milk is then added little by little, by mixing the two samples of evaporated milk, until the intensity of the color of each evaporated milk matches that of the fluid milk when compared. in northern sky light or equivalent artificial light. The final volume of the two evaporated milks resulting from the dilution with the fluid skimmed milk is noted. The color ratio is calculated by dividing the final match volume by the volume of the initial dilution by water 1: 1 evaporated milk.
Typical results obtained by this test are shown below.
<Desc / Clms Page number 6>
EMI6.1
<tb> Product <SEP> according to <SEP> the <SEP> present <SEP> process <SEP> Regular <SEP> evaporated <SEP> milk <SEP> <SEP> <SEP> 1: 1
<tb> diluted <SEP> 1: 1 <SEP> by <SEP> water <SEP> by <SEP> water
<tb>
<tb> Bohan- <SEP> Volume <SEP> Volume <SEP> after <SEP> Report <SEP> Echan- <SEP> Volume <SEP> Volume <SEP> Raptillon <SEP> before <SEP> dil. <SEP> for <SEP> after <SEP> of <SEP> tillon <SEP> before <SEP> after <SEP> dil. <SEP> port
<tb> dilu- <SEP> match <SEP> to <SEP> vol. <SEP> dilu- <SEP> for <SEP> appa- <SEP> of
<tb> tion <SEP> col. <SEP> milk <SEP> tion <SEP> reiller <SEP> to <SEP> vol.
<tb> fluid <SEP> color <SEP>.
<SEP> milk
<tb>
EMI6.2
¯¯¯¯ ¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯ ¯¯¯¯¯ ¯¯¯¯ ¯¯¯¯ fluid
EMI6.3
<tb> 1 <SEP> 20 <SEP> ml <SEP> 30 <SEP> ml <SEP> 1.5 <SEP> 1 <SEP> 10ml <SEP> 87 <SEP> ml <SEP> 8.7
<tb> 2 <SEP> 20 <SEP> ml <SEP> 35 <SEP> ml <SEP> 1.75 <SEP> 2 <SEP> 10ml <SEP> 110 <SEP> ml <SEP> Il, 0
<tb>
The results shown in the table clearly illustrate the marked difference in the color intensity of the two products. The two products clearly show a six-fold color difference. The results also show that the color of the product according to the present invention is very close to that of the initial fluid milk.
Applicants find it useful to assess the degrees of modification in the final product of certain concentrations of metal ions and proteins caused by the present process. For this purpose, the Applicant has employed an ion exchange resin as an indicator of the concentrations of calcium and magnesium ions in the present final product and in the initial milk. The Applicant compares these values with the corresponding values for ordinary evaporated milk, obtained by the same resin indicator technique. The present test follows the most important details of the technique described by Christiansen, Jenness and Coulter in "Analytical Chemistry" Volume 26 (1954), pages 1923 to 1927 and by A. Van Kreveld and G. Van Minnen, "The Netherlands Milk and Dairy Journal ", 1955, Volume 9, Number 1, pages 1 to 29.
The present process differs from those stated above in the following: (1) Chempro C-20 resin was wet sieved to select particles with a diameter of 0.0093 to 0.0329 inch. and was then dried to constant weight at 350. (2) Three grams of dry resin was used for each assay. After exposure of the three grams of resin to the milk under test, the resin is separated from the product and the equilibrium charge on the resin is determined for the various ions, and especially for the calcium ion charges and magnesium.
To illustrate the types of modifications that are encountered in this test, the Applicant has obtained the following results:
EMI6.4
<tb> Sample <SEP> Milliequivalents <SEP> of <SEP> Ca <SEP> and <SEP> of <SEP> Mg
<tb>
<tb>
<tb> on <SEP> 3 <SEP> gr <SEP> of <SEP> resin <SEP> balanced
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Ca <SEP> Mg <SEP> Ca <SEP> and <SEP> Mg
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Raw <SEP> milk <SEP> 6.56 <SEP> 1.08 <SEP> 7.64
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Product <SEP> according to <SEP> the <SEP> present <SEP> process <SEP> 3.96 <SEP> 0.76 <SEP> 4.72
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Evaporated <SEP> milk <SEP> regular <SEP> 3e9O <SEP> 0.73 <SEP> 4.63
<tb>
<tb>
<tb> Product <SEP> according to <SEP> the <SEP> present <SEP> process,
<tb>
<tb>
<tb> diluted <SEP> to <SEP> the <SEP> concentration <SEP> of the <SEP> milk
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> raw <SEP> 5,
92 <SEP> 1.04 <SEP> 6.96
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Regular <SEP> evaporated <SEP> milk <SEP> diluted <SEP> to
<tb>
<tb>
<tb> the <SEP> concentration <SEP> of the <SEP> regular <SEP> milk <SEP> 5.68 <SEP> 1.00 <SEP> 6.68
<tb>
It should be observed that the equilibrium loadings of the Ca and Mg resin of the product of the present process are close to those of the gold evaporated milk.
<Desc / Clms Page number 7>
dinar and differ significantly from the values obtained when the resin is balanced with respect to raw milk. Thus, it is seen that the new process effects a reduction in the ionic concentrations of calcium and magnesium, corresponding to a high degree of the freeze resistance of the sterilized concentrate.
Data on ionic concentrations of diluted products were obtained by diluting the finished sterilized condensed milks with distilled water to the total solids content of the original standardized raw milk- * Dairy products thus diluted were kept for about 20 hours at about 35 F and then heated at room temperature for about four hours before determining the equilibrium load of the resin in the same manner as for raw milk.
Comparison of the ionic concentrations of calcium and magnesium in the ordinary evaporated milk thus diluted with the product resulting from the present process, similarly diluted, reveals a distinct difference in the degree of ionic re-equilibration. This is believed to be conclusive evidence that the present process results in a product in which irreversible physicochemical changes normally associated with ordinary sterilization processes are prevented or controlled so as to obtain a milk product. tier in which the characteristics of natural milk are kept to an optimum extent.
The degree of the modification caused in albumin and globulin is determined in particular by the Harland-Ashworth method, published in "Food Research", Volume 12, pages 247 to 251, but adapted to a Cenoo-Sheard-Sanford photelometer. instead of Evelyn's device Proper analysis of the initial milk and the finished product determines the proportion of whey protein nitrogen that has been denatured. Typical samples of the product of the present process thus exhibit 90% or more denatured whey protein nitrogen.
The degree of desirable changes caused in the casein, changes which are associated with the breaking or fragmentation of the casein, can be measured by a curd stress test. "The American Dairy Science Association Method for Curd Tension Determination" is employed as presented in "Laboratory Manual of the Milk Industry Foundation", 1949 edition, chapter 27, with certain modifications: Under apparatus, number 2, the pipette is made to deliver 100 ml in 4 to 5 seconds.
The curd tension meter which is used is that of Submarine Signal Company, serial number 728.211. Under process number 5, the reading of note is the value obtained after the knife has penetrated the surface and stabilized at a value.
The evaporated milk to be tested is first diluted with water to a total solids content of 12.5% or to a non-fat solids content of 8.50%. It has been found that the tension of the curdled milk for this product is reduced to values well below 5 g and generally goes down to 2 g., Which reflects the very extensive modification of the casein, caused by the particular special treatment. to the present process.
Although certain preferred ways of carrying out the method have been described in detail, it is understood that they are for illustration only and that, therefore, the variations necessary to meet the different conditions and requirements are. contemplated as falling within the scope and spirit of the appended claims.
CLAIMS.
** ATTENTION ** end of DESC field can contain start of CLMS **.