Машинное доение, охлаждение и хранение

Машинное доение значительно облегчает работу с козами на крупных фермах.

Предыдущая информация об овцах, оборудовании для доения, охлаждении, мойке и хранении в основном применима и к козам.

Биохимия молока

Основными компонентами молока являются вода, жир, белки, лактоза (молочный сахар) и минеральные вещества (соли). Молоко содержит также следы таких веществ, как пигменты, ферменты, фосфолипиды (вещества с жироподобными свойствами) и газы.

Остаток молока после удаления из него воды и газов называется сухими веществами,или сухим остатком молока.

Молоко является очень сложным продуктом. Для описания различных компонентов молока и того, как на них воздействуют различные стадии переработки молока, необходимо обратиться к химической терминологии. Поэтому эта глава по биохимии молока начинается с кратких сведений о некоторых основных химических понятиях.

Основные химические понятия

Атомы

Атом является наименьшим строительным блоком всех веществ в природе и не может быть разделен химическим путем. Вещество, у которого все атомы однотипны, называется элементом. В настоящее время известно более 100 элементов. Их примерами являются кислород, углерод, медь, водород и железо. Однако большинство встречающихся в природе веществ состоит из нескольких различных элементов. Например, вода является химическим соединением элементов – водорода и кислорода.

Ядро атома состоит из протонов и нейтронов. Протоны несут единичный положительный заряд, в то время как нейтроны электрически нейтральны. Электроны, которые вращаются по орбитам вокруг ядра, несут отрицательный заряд, равный по величине и противоположный по знаку заряду протонов.

Атом содержит равное число протонов и электронов с равным числом положительных и отрицательных зарядов. Поэтому атом электрически нейтрален. Атом очень мал. В маленькой медной монете имеется столько же атомов, сколько секунд в миллионе миллиардов лет! Даже при этом атом состоит главным образом из пустого пространства. Если мы примем диаметр ядра за единицу, то диаметр всего атома составит около десяти тысяч.

Ионы

Атом может терять или приобретать один или несколько электронов. Такой атом больше не будет электрически нейтральным и будет называться ионом. Если ион содержит больше электронов, чем протонов, он будет отрицательно заряженным, а если он потеряет один или больше электронов, то он будет заряжен положительно.

Положительно и отрицательно заряженные ионы всегда присутствуют одновременно; например, в растворах в виде катионов (положительный заряд) и анионов (отрицательный заряд) или в твердом состоянии в виде солей. Обычная соль состоит из ионов натрия (Na) и хлора (Cl) и имеет формулу NaCl (хлористый натрий).

Молекулы

Атомы одного и того же элемента или разных элементов могут объединяться в более крупные соединения, которые называются молекулами. Молекулы могут затем образовывать твердые вещества – например, железо (Fe) или кремнистый песок (SiO₂); жидкости – например, воду (H₂O) – и газы – например, водород (Н₂).

Если молекула состоит в основном из атомов углерода, водорода и кислорода, то говорят, что образуемое соединение является органическим, то есть имеет органическую природу. Примером такого соединения является молочная кислота (С₃Н₆О₃).

Химические символы некоторых общеизвестных элементов, присутствующих в органических веществах:

С Углерод

N Азот

Cl Хлор

Na Натрий

Н Водород

O Кислород

I Йод

P Фосфор

К Калий

S Сера

Таблица 2.1

Физико-химическое состояние коровьего молока

Эта формула означает, что ее молекула образована тремя углеродными, шестью водородными и тремя кислородными атомами.

Число атомов в молекуле может изменяться очень сильно. Существуют молекулы с двумя связанными атомами, в то время как другие состоят из сотен атомов.

Основные физико-химические свойства коровьего молока

Коровье молоко состоит примерно на 87% из воды и на 13% из сухих веществ.

Эти вещества суспендированы или растворены в воде. Сухие вещества молока образуют различные дисперсионные системы.

Органическиесоединения состоят в основном из углерода, кислорода и водорода.

Неорганическиесоединения состоят в основном из других атомов.

В молоке сывороточные белки образуют коллоидный раствор, а казеин – коллоидную суспензию.

Таблица 2.2

Относительные размеры частиц, содержащихся в молоке

Определения

Эмульсии: суспензия капель одной жидкости в другой. Молоко является эмульсией жира в воде, масло – эмульсией воды в жире. Тонко измельченную жидкость называют дисперсной фазой, а другую жидкость – дисперсионной средой.

Коллоидный раствор: когда вещество имеет степень деления, промежуточную между истинным раствором (например, сахар в воде) и суспензией (например, мел в воде), то говорят, что оно находится в коллоидном растворе или в коллоидной суспензии. Типовыми характеристиками коллоида являются:

• Мелкие частицы

• Электрический заряд

• Притяжение частиц к молекулам воды.

Такие вещества, как соли, дестабилизируют коллоидные системы, связывая воду и понижая тем самым растворимость белков, а такие факторы, как нагревание, вызывают разворачивание сывороточных белков и повышенное взаимодействие между белками. В свою очередь спирт может привести к дегидратации коллоидных частиц.

Истинные растворы могут образовываться при смешивании вещества с водой или другой жидкостью и делятся на:

• Неэлектролиты образуются, например, когда лактоза растворяется в воде без каких-либо заметных изменений в ее молекулярной структуре

• Электролиты образуются, например, когда обычная соль растворяется в воде с образованием электролита при распределении в воде катионов натрия (Na⁺) и анионов хлора (Cl^–).

Кислотность растворов

Когда кислота (например, соляная – НСl) смешивается с водой, она выделяет ионы водорода (протоны) с положительными зарядами (Н⁺), которые быстро присоединяются к молекулам воды с образованием ионов гидроксония (Н3О⁺).

Когда основание (оксид или гидроксид металла) вводят в воду, оно образует основной или щелочной раствор. При этом в растворе выделяются гидроксидные (ОН^–) ионы.

• Раствор, который содержит равные числа гидроксидных ионов и ионов гидроксония, является нейтральным

• Раствор, который содержит больше гидроксидных ионов, чем ионов гидроксония, является щелочью

• Раствор, который содержит больше ионов гидроксония, чем гидроксидных ионов, является кислотой.

pH

Кислотность раствора определяют концентрацией ионов водорода. Однако эта концентрация очень сильно меняется от раствора к раствору. Поэтому для ее обозначения применяют показатель pH. Математически он представляет собой отрицательный десятичный логарифм молярной концентрации водородных ионов, то есть pH = –log[H⁺].

На этой основе построена следующая градация (при 25 °C)

pH > 7 – щелочной раствор

Кислотный раствор с pH ниже 7.

pH = 7 – нейтральный раствор

pH < 7 – кислотный раствор

Щелочной раствор с pH выше 7.

Нейтральныйраствор с pH 7.

Нейтрализация

При смешивании кислоты со щелочью гидроксидные ионы реагируют с ионами гидроксония с образованием воды. Если смешать кислоту и щелочь в определенной пропорции, можно получить нейтральную смесь без избытка ионов гидроксония или гидроксидных ионов, которая имеет pH 7. Этот процесс называется нейтрализацией, а химическая формула Н₃О⁺ + ОН^– преобразуется в Н₂О + Н₂О

Нейтрализация приводит к образованию соли. Когда соляную кислоту (HCl) смешивают с гидроксидом натрия, она при реакции с ним образует хлористый натрий (NaCl) и воду (Н₂О). Соли соляной кислоты называются хлоридами, а другие соли называются подобным же образом на основании тех кислот, из которых они образованы: лимонная кислота образует цитраты, азотная – нитраты и так далее.

Диффузия

Частички, присутствующие в растворах (ионы, молекулы или коллоидные частицы), испытывают воздействие сил, под влиянием которых они мигрируют (диффундируют) с участков с высокой концентрацией на участки с низкой концентрацией. Процесс диффузии протекает до тех пор, пока весь раствор не станет однородным с одной и той же концентрацией во всем своем объеме. Растворение сахара в чашке кофе является примером диффузии.

Сахар быстро растворяется в горячем напитке, и его молекулы диффундируют до однородногоих распределения.

Скорость диффузии определяется скоростью перемещения частиц, которая, в свою очередь, зависит от температуры, размера частиц и разности концентраций в разных частях раствора.

Применяемая U-образная трубка разделена на 2 половины проницаемой мембраной. Левую половину трубки заполняют водой, а правую раствором сахара, молекулы которого проходят через мембрану. Через некоторое время благодаря диффузии концентрация сахара выравнивается по обе стороны мембраны.

Осмос

Термин “осмос” применяют для описания спонтанного течения чистой воды в водный раствор или из менее концентрированного раствора в раствор с большей концентрацией при разделении этих растворов подходящей мембраной.

Явление осмоса. U-образная трубка разделена на 2 половины полупроницаемой мембраной. Левая половина трубки заполнена водой, а правая – раствором сахара, молекулы которого не могут пройти через мембрану. В этом случае молекулы воды будут диффундировать через мембрану в раствор сахара и разбавлять его. Этот процесс и называют осмосом.

Объем раствора сахара при разбавлении растет. Уровень сахарного раствора в правой части трубки повышается, а гидростатическое давление «а» раствора на мембрану становится больше, чем давление воды с другой ее стороны. В этом неравновесном состоянии вода начинает диффундировать обратно, в противоположном направлении, под влиянием более высокого гидростатического давления в растворе. Когда диффузия воды в обоих направлениях выравнивается, система приходит в состояние равновесия.

Если же гидростатическое давление изначально приложить к раствору сахара, прохождение воды через мембрану может быть уменьшено. Гидростатическое давление, необходимое для предотвращения выравнивания концентрации за счет диффузии воды в раствор сахара, называют осмотическим давлением этого раствора.

Обратный осмос

При приложении к раствору сахара давления, превышающего осмотическое давление, молекулы воды смогутдиффундировать из раствора в воду, вызывая повышение концентрации раствора.

Этот процесс, применяется в промышленности для повышения концентрации растворов и называется обратным осмосом.

Диализ

Диализ является процессом применения разности концентраций в качестве движущей силы для разделения в растворе крупных и небольших частиц – например белков и солей. Обрабатываемый раствор помещают по одну сторону мембраны, а растворитель (воду) – по другую. Мембрана имеет поры с диаметром, допускающим прохождение через нее небольших молекул соли, но препятствующим прохождению крупных молекул белка.

Скорость диффузии зависит от разности концентраций, так что диализ можно ускорить частой заменой растворителя по другую сторону мембраны.

Состав коровьего молока

Содержание различных составных компонентов молока может сильно различаться у разных особей коров, как разных пород, так и одной и той же породы. Поэтому могут быть приведены лишь пределы, в которых может изменяться содержание этих компонентов. Цифры в таблице 2.3 приведены только в качестве примера. При обсуждении состава молока помимо общего сухого остатка применяют и термин “твердые вещества без жира”. Он означает обезжиренный общий сухой остаток. Средняя величина этого показателя, согласно таблице 2.3, составляет 13,0–3,9 (9,1%). У обычного молока величина pH лежит между 6,5 и 6,7 при наиболее типичном значении 6,6 (измеряется при температуре около 25°С).

Молочный жир

Молоко и сливки являются примерами эмульсий “жир (масло) в воде”. Молочный жир существует в виде небольших шариков или капель, диспергированных в молочной плазме. Их диаметр составляет 0,1–20 мкм (1 мкм = 0,001 мм). Средний их размер равен 3–4 мкм, и они присутствуют в количестве порядка 15 млрд в 1 мл. Данные эмульсии стабилизированы наличием очень тонкой оболочки толщиной 5–10 нм (1 нм = 10^–9 м), окружающей шарики и имеющей сложный состав.

Молочный жир состоит из триглицеридов (в качестве доминирующих компонентов), ди- и моноглицеридов, жирных кислот, стероидов, каротиноидов (обусловливающих желтый цвет жира), жирорастворимых витаминов (A, D, E и К) и других компонентов, являющихся второстепенными и присутствующих в незначительном количестве.

Оболочка состоит из фосфолипидов, липопротеинов, цереброзидов, белков, нуклеиновых кислот, ферментов, элементов в следах (металлов) и связанной воды.

Необходимо отметить, что состав и толщина оболочки не являются постоянными, так как ее компоненты находятся в постоянном обмене с окружающей молочной плазмой.

Так как шарики молочного жира являются не только самыми крупными частицами, но и самыми легкими (с плотностью 0,93 г/см³ при 15,5°С), они имеют тенденцию всплывать к поверхности, если молоку дать в течение некоторого времени отстояться.

Скорость подъема жировых шариков подчиняется закону Стокса, но их маленькие размеры замедляют процесс выделения сливок.

Однако этот процесс может быть ускорен вследствие агрегации жировых шариков посредством белка, называемого агглютинином. Эти агломераты поднимаются значительно быстрее, чем отдельные шарики, и легко разрушаются нагреванием или механической обработкой. Агглютинин денатурируется за 10 минут при 65°С или за 2 минуты при 75°С.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту: