Молоко как истинный раствор

После выделения из молока жира и осаждения белков остается молочная сыворотка, представляющая собой истинный раствор, в котором находятся остальные растворенные в воде компоненты либо в молекулярно-дисперсном, либо в ионно-дисперсном состоянии. В виде ионно- или ионно-молекулярного дисперсного раствора в молоке содержатся соли калия, натрия, кальция, магния. В состоянии молекулярно-дисперсного раствора находятся лактоза, водорастворимые витамины, небелковые азотистые соединения, органические кислоты, некоторые ароматические вещества.

Все соли калия и натрия (хлориды, гидро-, дигидрофосфаты, цитраты) диссоциированы практически полностью, то есть содержатся в ионно-дисперсном состоянии. Хлориды калия и натрия обусловливают осмотическое давление и электропроводность молока, а фосфаты входят в состав его буферной системы.

В ионно-молекулярном состоянии в молоке содержится часть цитратов и фосфатов кальция и магния. Остальная часть этих солей находится в коллоидном состоянии. Между ними устанавливается равновесие. Соотношение этих форм играет важную роль в стабилизации белковых частиц молока. Так, фосфаты кальция в форме истинного раствора являются источниками образования ионов кальция, от активности которых зависят размер и устойчивость мицелл казеина при тепловой обработке, а также скорость сычужной коагуляции.

По концентрации отдельных ионов в молоке нельзя судить об их активности, что объясняется действием ионов друг на друга, а также их взаимодействием с дисперсионной средой (водой) и дисперсными фазами других дисперсных систем. В таких растворах ионы и в меньшей степени молекулы не могут полностью проявлять свое действие. Оно тормозится взаимным влиянием, так как другие ионы экранируют их. Это явление называется «межионным взаимодействием».

Определить коэффициенты активности ионов в молоке невозможно, поэтому их рассчитывают по величине ионной силы молока. Под ионной силой молока понимают полусумму произведений концентраций всех ионов (катионов и анионов) С_i на квадрат их заряда Z_i.

I = ½Σ C_i Z_i²

Рассчитать ионную силу молока трудно, так как неизвестен состав фосфатов и цитратов кальция, а также степень их диссоциации. Ее рассчитывают условно принимая, что анионы цитратов и фосфатов находятся в форме одновалентных ионов Н₂РО₄^- и С₆Н₇О₇^-. Ионная сила молока по данным различных авторов составляет от 0,079 до 0,089.

Лактоза в молоке образует молекулярный раствор двух изомерных форм: α-гидратной и β-формы, которые при 20^оС находятся в соотношении 37,75% (α-форма) и 62,25 (β-форма). Знание физико-химических свойств изомерных форм лактозы необходимы в практике производства сгущенных молочных консервов, а также молочного сахара (см.тему 7, раздел 7.2. Структура лактозы, ее изомерные формы и физические свойства).

Соотношение всех истинно растворимых веществ в молоке имеет определенную закономерность, при которой молоко имеет соответствующее осмотическое давление, температуру замерзания и кипения, и другие физико-химические свойства. Изменение содержания одного из компонентов в фазе истинного раствора влечет за собой изменение концентрации другого, чтобы сохранить физико-химические свойства биологической системы. Причем эта «корректировка» происходит на стадии синтеза молока. Например, для поддержания постоянного для молока осмотического давления при повышении содержания хлоридов в молоке в конце лактации происходит снижение содержания лактозы.

Таким образом в молоке содержатся несколько взаимно влияющих друг на друга систем с различными физико-химическими видами равновесий. Равновесные отношения между различными фазами обусловливают сложную структуру молока и ее чувствительность к физическим, химическим и биологическим воздействиям. Наиболее четко выражены равновесные отношения между коллоидной системой и истинным раствором.

На практике стоит задача выбрать такой щадящий режим обработки молока, чтобы влияние на равновесные отношения в нем было по возможности незначительным.

В то же время при производстве ряда продуктов необходимо провести разделение полидисперсной системы молока на ее главные составные части, причем с минимальным влиянием на свойства компонентов молока. Чем лучше удается разделение системы на отдельные фазы, тем выше выход продукта.

Контрольные вопросы

1. Какие системы называют дисперсными и по каким признакам их классифицируют?

2. Почему молоко называют сложной полидисперсной системой?

3. Почему молоко характеризуют как коллоидную систему?

4. Каковы современные представления о структуре мицелл казеина, обусловливающей коллоидное состояние золя?

5. Обозначить факторы устойчивости мицелл казеина с позиции теории ДЛФО.

6. При каких условиях возможен переход белковой фазы из золя в гель?

7. В чем заключается механизм кислотной коагуляции казеина?

8. Как объясняется механизм сычужной коагуляции с позиции гидролитической теории?

9. В чем заключается совместное осаждение казеина и сывороточных белков и какие способы совместной коагуляции используются в промышленных условиях?

10.Какие факторы обусловливают агрегативную устойчивость жировой эмульсии?

11.Каковы особенности строения оболочки жирового шарика?

12.При каких условиях возможно нарушение устойчивости жировой эмульсии?

13.Является ли процесс отстаивания жировой фазы в молоке дестабилизацией состояния эмульсии?

14.Обосновать факторы нарушения устойчивости жировой эмульсии.

15.Какие компоненты молока находятся в состоянии истинного раствора?

16.Какое значение имеют истинно растворимые компоненты в определении физико-химических свойств молока?

17.Какие растворимые компоненты оказывают стабилизирующее действие на белковую фазу?

18.Каковы основные физико-химические свойства изомерных форм лактозы, имеющие практическую значимость при выделении ее из молочной сыворотки в производстве молочного сахара?

Тема 11. ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ, ОРГАНОЛЕПТИЧЕСКИЕ И ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА МОЛОКА

Физико-химические свойства молока обусловливаются концентрацией, степенью дисперсности и другими характеристиками его составных компонентов, присутствующих в различных фазах молока, и взаимодействующих между собой в единой полидисперсной системе. Все физико-химические свойства в зависимости от влияния на них дисперсных фаз можно условно разделить на свойства, на которые существенно влияют частицы всех дисперсных фаз и свойства, зависящие от истинно растворимых составных компонентов молока. Частицы всех дисперсных фаз молока влияют на плотность, кислотность и окислительно-восстановительный потенциал. Вязкость и поверхностное натяжение определяются составными компонентами, находящимися в эмульгированном и коллоидном состояниях. Компоненты молока в состоянии молекулярной и ионно-молекулярной дисперсии обусловливают осмотическое давление, электропроводность, температуру замерзания.

Физико-химические свойства используют для оценки качества молока-сырья, отдельные характеристики свойств используют при теплофизических расчетах, при создании современного оборудования и приборов контроля состава и свойств молока, для расчета скорости разделения в центробежном поле сепаратора и в других случаях.

По изменениям физико-химических свойств сырого молока можно судить об изменении его качества и последствиях внешних воздействий на него. Например, при фальсификации молока водой изменяется содержание сухих веществ в молоке и понижается его плотность; при нарушениях функции молочной железы повышается содержание хлоридов и увеличивается электропроводность; при низком санитарно-гигиеническом уровне получения молока увеличивается содержание в нем бактерий, следствием чего является повышение титруемой кислотности молока и т.д.

Под органолептическими свойствами молока понимают свойства, воспринимаемые органами чувств: внешний вид, цвет, консистенция, вкус и запах, которые зависят от содержания всех составных компонентов молока и его физико-химических показателей.

К технологическим свойствам молока видимо можно отнести свойства, которые в значительной степени определяют проведение тех или иных технологических процессов в производстве молочных продуктов. Например, термоустойчивость молока отражает способность молока сохранять стабильность белковой фазы при нагревании; сычужная свертываемость – способность молока свертываться под действием сычужного фермента, что очень важно в производстве сыров, творога, белковых концентратов. В производстве взбитых молочных продуктов одним из основных технологических свойств исходного сырья является его способность к пенообразованию.

Все свойства молока: физико-химические, органолептические и технологические обусловлены составляющими его компонентами и, следовательно, зависят от тех же факторов, что и состав молока (см. тему 4). В процессе обработки молока (центробежная очистка, пастеризация, гомогенизация и др.) и при переработке молока на различные молочные продукты возможны изменения физико-химических и органолептических свойств. Следовательно по отдельным физико-химическим и органолептическим показателям можно контролировать степень энергетических и механических воздействий, направленность и скорость физико-химических и биохимических процессов, а также состав, свойства и качество готовых продуктов и их соответствие требованиям стандартов.

Плотность

Плотность это величина, определяемая для однородного вещества его массой в единице объема, выражается в кг/м³ ( по международной системе единиц).

Плотность молока, как сложной биологической системы зависит от содержания сухих веществ молока и от соотношения основных компонентов, так как каждый из них имеет определенную величину плотности. При 20^оС плотность воды составляет 1000, белков – 1391, жира – 921, лактозы – 1610, минеральных солей – 2857 кг/м³. Плотность молока в среднем составляет 1029-1030 кг/м³, пределы колебаний – от 1027 до 1032 кг/м³.

Плотность молока, определяемая сразу же после доения, ниже плотности, измеренной через несколько часов на 0,8-1,5 кг/м³, что объясняется частичным отвердеванием триацилглицеринов, улетучиванием части газов, увеличением плотности белков при охлаждении молока. Поэтому плотность молока – сырья определяется не ранее, чем через два часа после доения.

В молоке плотность определяют ареометром (лактоденсиметром), который градуирован в г/см³. В некоторых расчетах, где используется величина этого показателя, плотность выражают в градусах ареометра (А^о). За градус ареометра принимают две последние цифры показаний (например, 1029 кг/м³ соответствует 29^оА).

Плотность молока, как и другие его физико-химические свойства зависит от породной принадлежности животного, его физиологического состояния, рационов кормления, стадии лактации и др. (см. тему 4).

При фальсификации молока, например, при добавлении воды, плотность молока понижается (каждые 10% добавленной воды снижают этот показатель в среднем на 3 кг/м³. При разбавлении обезжиренным молоком плотность молока несколько повышается, так как плотность обезжиренного молока выше и составляет от 1033 до 1035 кг/м³. Поэтому величина плотности молока служит косвенным показателем натуральности молока и в некоторой степени полноценности его химического состава относительно содержания основных компонентов.

Титруемая кислотность

Титруемая кислотность – это показатель, обусловленный содержанием в молоке компонентов кислотного характера: органических кислот, как в диссоциированном, так и в недоссоциированном виде, кислых солей, белков, растворенного в воде углекислого газа и некоторых других соединений.

В России титруемую кислотность молока и молочных продуктов, кроме сливочного масла, выражают в условных единицах – градусах Тернера (^оТ). Под градусами Тернера понимают объем (см³) раствора гидроксида натрия (калия) с концентрацией 0,1 моль/дм³, необходимого для нейтрализации кислых соединений в 100 см³ (100 г) молока (или продукта), разбавленного в два раза водой, в присутствии индикатора фенолфталеина.

Механизм определения титруемой кислотности следующий.

Содержащаяся в молоке молочная кислота является слабой кислотой и диссоциирует незначительно. При добавлении гидроксильных ионов (титрование щелочью) ионы водорода связываются в недиссоциированную воду. Для сохранения условий равновесия распадаются другие молекулы молочной кислоты и вновь образовавшиеся ионы водорода опять связываются добавлением ОН-ионов. Этот процесс продолжается до тех пор, пока не диссоциируют все присутствующие в молоке молекулы кислоты. Таким образом, при титровании раствором гидроокиси натра связывается все количество содержащейся в молоке кислоты.

При титровании молока щелочью наряду с молочной кислотой нейтрализуются гидрофосфаты, гидроцитраты и кислотные группы казеина, а также другие органические кислоты, присутствующие в молоке. Таким образом, при титровании молока гидроксидом натрия в молоке нарушается динамическое равновесие между недиссоциированными молекулами (АН) и ионами (А^-, Н⁺): АН ↔ А^- + Н⁺. Добавляемые при титровании гидроксильные ионы (ОН^-) связывают ионы водорода в слабодиссоциированные молекулы воды: Н⁺ + ОН^- →Н²О.

В результате удаления из раствора ионов водорода диссоциионное равновесие сдвигается вправо – в сторону распада молекул на ионы. То есть, по мере добавления гидроксида натрия все молекулы кислых соединений постепенно распадаются на ионы, при этом ионы водорода нейтрализуются гидроксилами. Кислотность свежего молока составляет 16-18^оТ. Она обусловлена наличием в молоке кислых солей: гидро- и дигидрофосфатов, дигидроцитратов – около 9-13^оТ, белков – около 4-6^оТ; углекислоты, молочной кислоты, лимонной, аскорбиновой, СЖК – около 3^оТ. Повышение титруемой кислотности при хранении молока обусловлено развитием в нем микроорганизмов, сбраживающих продукты гидролиза лактозы (моносахара) с образованием молочной кислоты. Повышение кислотности вызывает нежелательные явления, например снижение устойчивости белков к нагреванию. Поэтому показатель – титруемая кислотность – служит для определения свежести молока.

Титруемая кислотность молозива на 5-6 ^оТ выше, чем кислотность нормального молока за счет значительного повышения содержания в нем сывороточных белков. Стародойное молоко и молоко от больных животных имеет кислотность на несколько градусов ниже (на 5-8^оТ) по сравнению с нормальным, в основном за счет повышенного содержания основных солей – хлоридов.

Кроме названных факторов – состояние здоровья и стадия лактации – на титруемую кислотность молока влияют породная принадлежность, рационы кормления и др.

Так, например, при недостатке солей кальция в кормах нарушается минеральный обмен в организме коров, следствием чего является повышение титруемой кислотности молока до 23-25^оТ.

По величине титруемой кислотности контролируют все технологические процессы производства молочных продуктов, основой которых является молочнокислое брожение: кисломолочные напитки, сметана, кисломолочные белковые продукты. Кроме этого, титруемая кислотность многих продуктов (пастеризованного и стерилизованного молока, сливок, различных напитков как свежих, так и кисломолочных, творога и др.) является одним из критериев соответствия их требованиям, регламентированным нормативными документами.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту: