Молочное дело

2.Физические свойства молока.

Молоко обладает определенными физическими свойствами, которые обусловлены присутствием в нем и взаимодействием его составных частей. Показатели физических свойств молока в последнее время во все большей мере используются для оценки его качества. Следовательно, они представляют большой интерес не только для специалистов молочной промышленности, но и для зооинженеров и других работников молочных ферм. Физические свойства являются отражением  взаимосвязей между изменениями количественного и энергетического характера компонентов и дают представление о молоке через измеряемые величины. По изменению физических свойств можно судить о качестве сырого молока и последствиях воздействия на него определённых факторов. Согласно национальным стандартам различных стран, некоторые физические свойства используются как показатели качества молока и молочных продуктов. С введением техники автоматического измерения, управления и регулирования процессов физические показатели молока приобретают еще большее практическое значение. Особо в этом отношении следует подчеркнуть измеряемые прямым путем электрические величины. Физические свойства перерабатываемого молока и получаемых из него молочных продуктов необходимо знать для создания и эксплуатации современных устройств и оборудования с оптимальной производительностью при одновременном строгом контроле за свойствами сырья.

К физическим свойствам молока относятся плотность, вязкость, поверхностное натяжение, точки замерзания и кипения, электропроводность, удельная теплоемкость, окислительно-восстановительный потенциал, число рефракции.

2.1 Плотность.

По ГОСТ 3625—71,плотность – это масса при 20оС, заключенная в единице объема(г/см³). Показатель плотности используется для пересчета молока, выраженного в килограммах, в литры и наоборот, для установления натуральности молока, расчета по формулам количества сухого вещества и сухого обезжиренного остатка и других компонентов молока при использовании специальных коэффициентов.

Плотность, или объемная масса, молока при 20°С колеблется от 1027 до 1032 кг/м3. Средняя величина плотности заготовляемого в РФ молока низкая и составляет 1028,5 кг/м3(или 28,5 градусов ареометра). Плотность молока зависит от температуры (понижается с ее повышением) и химического состава (понижается при увеличении содержания жира и повышается при увеличении количества белков, лактозы и солей).

Между плотностью, содержанием жира и сухого обезжиренного остатка существует прямая связь. Так как содержание жира определяют традиционным методом, а плотность измеряют быстро ареометром, то можно быстро и просто рассчитать содержание сухих веществ в молоке без трудоемкого и длительного определения сухих веществ путем сушки при 105оС. Для чего используют формулы пересчета:

С=4,9Ж+А + 0,5; СОМО=Ж+А+ 0,76,

где С — массовая доля сухих веществ, %

СОМО — массовая доля сухого обезжиренного молочного остатка, %; Ж — массовая доля жира, %; А — плотность в градусах ареометра, (оА); 4.9, 4, 5; 0.5; 0.76 — постоянные коэффициенты.

2.2 Вязкость и поверхностное натяжение.

Сопротивление, которое испытывают и оказывают частицы молока при перемещении их относительно друг друга, называется вязкостью. Единицей измерения вязкости молока служит сантипуаза.

Вязкость, или внутреннее трение, нормального молока при 20°С в среднем составляет 1,8 · 103 Па · с   с  колебаниями от 1,3 · 10 ̄3 до 2,2 · 10-3 Па · с. Она зависит главным образом от содержания белков и жира, дисперсности мицелл казеина и шариков жира, степени их гидратации и агрегирования. Сывороточные белки и лактоза незначительно влияют на вязкость молока.

В процессе хранения и обработки молока (перекачивание, гомогенизация, пастеризация и т.д.) вязкость молока повышается. Это объясняется увеличением степени диспергирования жира, укрупнением белковых частиц, адсорбцией белков на поверхности шариков жира и т.д.

Практический интерес представляет вязкость сильноструктурированных молочных продуктов — сметаны, кисломолочных напитков и пр. Вязкость этих продуктов, обусловленная образованием внутренних структур, отличается от истинной вязкости ньютоновских жидкостей (к которым можно условно отнести цельное молоко). При течении неньютоновских жидкостей вязкость зависит от напряжения сдвига и градиента скорости. Для них введено понятие «эффективная вязкость», которое характеризует равновесное состояние между процессами восстановления и разрушения структуры в установившемся потоке. Эффективная вязкость простокваши, ацидофилина и сметаны 30%-й жирности составляет 445,1791 и 305 Па · с · 10-3, соответственно.

Поверхностное натяжение молока (сила, действующая вдоль поверхности жидкости, определяется сталагмометром) ниже поверхностного натяжения воды (72,7 • 10-3 Н/м) и при 20°С равно около 44 • 10-3 Н/м. Более низкое по сравнению с водой значение поверхностного натяжения объясняется наличием в молоке поверхностно-активных веществ (ПАВ) — фосфолипидов, белков, жирных кислот и т.д. Поверхностное натяжение молока зависит от его температуры, химического состава, состояния белков, жира, активности липазы, продолжительности хранения, режимов технологической обработки и т.д. Так, поверхностное натяжение снижается при нагревании молока и особенно сильно при его липолизе, так как в результате гидро­лиза жира образуются ПАВ — жирные кислоты, ди- и моноацилглицерины, понижающие величину поверхностной энергии.

Натяжение в молоке возникает также на границе раздела других фаз — жир—плазма и воздух—плазма, способствуя образованию гидратных оболочек шариков жира и пены. Пенообразование имеет большое значение для некоторых процессов переработки молока, например для процесса маслообразования, фризерования смеси при производстве мороженого и др. Вместе с тем пенообразование при получении, транспортировке, перекачивании, сепарировании и сгущении молока отрицательно влияет на качество получаемых молочных продуктов, так как способствует дестабилизации жировой эмульсии, липолизу и окислению свободного жира.

2.3 Осмотическое давление и температура замерзания.

Осмотическое давление молока близко по величине к осмотическому давлению крови животного и в среднем составляет 0,66 МПа. Температура замерзания нормального молока в среднем равна -0,54°С.

Осмотическое давление молока (и понижение температуры замерзания по сравнению с водой) обусловливается главным образом вы­сокодисперсными веществами: лактозой (на молочный сахар приходится около 50-60% всей величины давления) и ионами солей — пре­имущественно хлоридами и фосфатами калия и натрия. Белковые вещества и коллоидные соли незначительно влияют на осмотическое давление молока, жир практически не влияет.

Осмотическое давление обычно рассчитывают по температуре замерзания молока. Согласно законам Рауля и Вант-Гоффа:

где ∆t

— понижение температуры замерзания исследуемого раствора, °С; 2,269 — осмотическое давление 1 моля вещества в 1 л раствора, МПа; К— криоскопическая постоянная растворителя, для воды равна 1,86. Следовательно, при температуре замерзания молока -0,54°С (∆t = 0,54) его осмотическое давление составит

Pосм = 0,54 • 2,269/1,86 = 0,66 МПа.

Осмотическое давление молока, как и других физиологических жидкостей организма животного, поддерживается на постоянном уровне (его колебания незначительны и составляют 0,64...0,70 МПа). Поэтому повышение в молоке содержания хлоридов, влияющих на осмотическое давление молока, происходит после снижения в результате изменения физиологического состояния животного (особенно перед концом лактации или при его заболевании) количества другого важного компонента — лактозы.

2.4 Электропроводность и теплофизические свойства.

Удельная электропроводность молока в среднем составляет 46 • 10-2 См/м с колебаниями от 40 • 10-2 до 60 • 10-2 См/м. Ее обусловливают главным образом ионы — Cl-, Na+, K+, Н+, Са2+ и др. Электрически заряженный казеин, сывороточные белки и шарики жира в силу больших размеров передвигаются медленно и несколько тормозят подвижность ионов, то есть практически уменьшают электропроводность молока.

Величина электропроводности молока зависит от лактационного периода, породы животных и других факторов. Молоко, полученное от животных больных маститом и в конце лактации, имеет повышенную электропроводность, равную 1,3 и 0,65 См/м, соответственно. Следовательно, по изменению удельной электропроводности молока можно выявить животных с воспалением молочной железы.

Электропроводность повышается при нарастании кислотности молока и снижается при разбавлении его водой. Концентрирование молока вследствие повышения вязкости и усиления межионных взаимодействий приводит к снижению электропроводности.

Теплофизические свойства молока необходимо знать для расчетов затрат теплоты или холода на нагревание или охлаждение молока и молочных продуктов. Наиболее важными из них являются удельная теплоемкость, теплопроводность и коэффициент температуропроводности, которые связаны между собой соотношением

где а — коэффициент температуропроводности, м2/с; λ — теплопроводность, Вт/(м • К); с — удельная теплоемкость, Дж/(кг • К); р — плотность продукта, кг/м3.

Теплофизические свойства молока и молочных продуктов зависят от температуры, содержания сухих веществ, влаги, жира, кислотности, дисперсности жира и т.д.

Удельная теплоемкость цельного молока, как и удельная теплоемкость воды и обезжиренного молока, в интервале температур 273-333°К (О-6О°С) изменяется незначительно. В указанном интервале температур приближенно ее можно считать величиной постоянной, равной 3900 Дж/(кг • К), или 3,9 кДж/(кг • К).

2.5 Коэффициент преломления. Число рефракций.

Этот показатель определяют с помощью рефрактометров (Цейсса—Вольни, Аббе и др.) при постоянной температуре (17,5 ºС). Коэффициент преломления выражают или в показателях шкалы рефрактометра или величиной преломления, представляющей собой отношение синуса угла падения к синусу угла преломления луча света, проходящего через среду. Измерение основано на том, что величина угла преломления зависит от разности между плотностями сред, через которые он проходит. Коэффициент преломления молока колеблется от 1,3470 до 1,3615. Данному коэффициенту преломления соответствует число рефракций – 37,5 – 41,2. Величина коэффициента преломления находится в прямой зависимости от концентрации растворенных в молоке веществ. Коэффициент рефракции используется для определения натуральности молока, молочного жира, содержания молочного сахара в молоке.

   Среди огромного количества различных продуктов животного и расти-

тельного происхождения наиболее совершенными, т.е. наиболее ценными в

пищевом и биологическом отношении, являются молоко и молочные продук-

ты. Молоко единственный пищевой продукт, который обеспечивает организм

млекопитающих всеми необходимыми питательными веществами. И.П. Пав-

лов указывал на три основных свойства молока как пищевого продукта: лег-

кая усвояемость, способность к возбуждению органов пищеварения и лучшее

усвоение азота молока по сравнению с азотом других продуктов. Перевари-

ваемость молока и молочных продуктов колеблется от 95 до 98 % Павлов пи-

сал: «Молоко – это удивительная пища, созданная самой природой».

Как известно, важная роль в рациональном питании принадлежит жи-

вотным белкам. По переваримости и сбалансированности аминокислотного

состава белки молока относятся к наиболее биологически ценным. Их пере-

варимость (усвояемость) составляет от 96 до 98 %.

      Важно отметить, что основной белок молока - казеин - легко «атакует-

ся» и переваривается в нативном неденатурированном состоянии с помощью

протеолитических ферментов пищеварительного тракта.    Определенную ценность в питании человека представляет жир молока.

По сравнению с жирами животного происхождения он лучше усваивается в

организме человека. Этому способствуют, во-первых, относительно низкая

температура плавления жира (от 28 до 33 °С)

Важным компонентом молока является лактоза. В отличие от других

Сахаров она относительно плохо растворима в воде, медленно всасывается в

кишечнике и тем самым стимулирует развитие в нем молочнокислых пало-

чек, которые, образуя молочную кислоту, подавляют гнилостную микрофло-

ру и способствуют лучшему всасыванию кальция и фосфора. Особенно важ-

на роль лактозы в питании грудных детей.

       Большое значение в питании человека имеют минеральные вещества.

Прежде всего следует отметить высокое содержание в молоке и молочных

продуктах кальция и фосфора, выполняющих ряд важных функций в орга-

низме человека. Оба элемента находятся в молоке в хорошо сбалансирован-

ных соотношениях, что обусловливает их сравнительно высокую усвояе-

мость. Так, отношение между кальцием и фосфором в молоке составляет 1:1

Кисломолочные продукты наря-

ду с высокой пищевой и биологической ценностью обладают весьма важны-

ми диетическими свойствами, поэтому особенно рекомендуются для питания

детей, лиц пожилого возраста и больных. Подобно молоку они содержат все

основные пищевые вещества в хорошо сбалансированной форме, вследствие

чего легко перевариваются в желудочно-кишечном тракте и быстро усваива-

ются организмом человека. Вместе с тем многие из них содержат белки в

мелкодисперсном, частично расщепленном состоянии, что способствует осо-

бенно легкой их переваримости. Благодаря накоплению углекислоты, молоч-

ной кислоты и других вкусовых веществ кисломолочные продукты возбуж-

дают аппетит, стимулируют выделение желудочного сока, улучшают обмен

веществ. Наличие в их составе живых микроорганизмов, способных прижи-

ваться в кишечнике и подавлять гнилостную микрофлору, приводит к тор-

можению гнилостных процессов и прекращению образования ядовитых про-

дуктов распада белка - фенола, индола, скатола и др.

Физические свойства молока

Плотность

Вязкость

Поверхностное натяжение

Осмотическое давление и t замерзания

Электропроводность

Плотность — масса молока при t=20 °C, заключённая в единице объёма. Плотность является одним из важнейших показателей натуральности молока. Измеряется в г/см³, кг/м³ и в градусах Ареометра (°А) — условная единица, которая соответствует сотым и тысячным долям плотности, выраженной в г/см³ и кг/м³.

Плотность натурального молока не должна быть ниже 1,027г/см³ =1027кг/м³=27°А . Плотность сырого молока не должна быть менее 28°А, для сортового не менее 27°А. Если плотность ниже 27°А, то можно подозревать, что молоко разбавлено водой: добавление к молоку 10 % воды снижает плотность на 3°А .