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.