Молочная промышленность

Свойства молочного сырья

Молоко характеризуется определенными физико-химическими, органолептическими и технологическими свойствами. Они могут меняться под влиянием различных факторов (стадии лактации, болезни животных, условий содержания и кормления и т. д.), а также при фальсификации молока. Поэтому их определение позволяет оценить натуральность, качество молока и пригодность его к переработке в различные молочные продукты.

Физико-химические свойства молока

Физико-химические свойства молока (кислотность, плотность, вязкость, окислительно-восстановительный потенциал и др.) обусловливаются составом и свойствами компонентов, содержащихся в нем.

Физико-химические свойства отражают взаимосвязи между изменениями вещественного и энергетического характера и описывают состояние вещества через измеряемые величины. Концентрация и степень дисперсности частиц по-разному влияют на эти свойства.

Например, частицы всех дисперсных фаз влияют на плотность, кислотность и окислительно-восстановительный потенциал. Составные части молока, присутствующие в эмульгированном и коллоидном состояниях, оказывают влияние на вязкость и поверхностное натяжение, а находящиеся в виде молекулярной и ионной дисперсии обусловливают осмотическое давление, снижение температуры замерзания и электропроводности. Изменения физико-химических свойств молока и их причины показаны в таблице 1.

Таблица 1 - Физико-химические свойства молока и их возможные изменения
Таблица 1 — Физико-химические свойства молока и их возможные изменения

Кислотность молока

Кислотность молока обусловлена главным образом наличием в нем кислых солей и белков. Ее выражают в показателях титруемой и активной кислотности.

Титруемая кислотность выражается в условных градусах — градусах Тернера. Под градусами Тернера понимают количество миллилитров (см3) децинормального раствора щелочи (0,1 н р-ра), которое расходуется на нейтрализацию 100 см3 молока. Кислотность свежевыдоенного молока в среднем составляет 16-18 °Т.

Кислотность молока у отдельных животных может изменяться в довольно широких пределах. Она зависит от рационов кормления, породы, возраста, индивидуальных особенностей животного, лактационного периода и т. д. В первые дни после отела кислотность молока (молозива) очень высокая (до 50°Т) за счет большого содержания белков и солей. По мере установления нормального химического состава молока кислотность снижается. Стародойное молоко (полученное в конце лактации) имеет низкую кислотность (до 10 °Т).

Молоко от коров, болеющих маститом, также имеет низкую титруемую кислотность.

В большой степени титруемая кислотность молока зависит от рационов кормления может достигать 23-26 °Т. Свежее натуральное молоко с повышенной естественной кислотностью пригодно для производства кисломолочных продуктов и сыра (оно подлежит приемке на основании стойловой пробы).

При хранении сырого молока кислотность повышается, что вызывает нежелательные изменения свойств молока, например, снижение устойчивости белков при нагревании. Поэтому титруемая кислотность является одним из критериев оценки качества молока при приемке на молочном заводе.

Активная кислотность

Активная кислотность выражается концентрацией водородных ионов, или водородным показателем (рН). Водородный показатель — отрицательный десятичный логарифм концентрации ионов водорода, находящихся в растворе. Водородный показатель свежего натурального молока, определяемый потенциометрическим методом с использованием рН-метра, равен в среднем 6,6-6,7.

Величина рН зависит от концентрации отдельных составных частей молока и сдвига фазового равновесия. Величина его изменяется при разбавлении (повышается) или концентрировании (понижается) молока, при термической обработке (незначительное снижение). Наиболее сильное влияние на рН молока оказывают процессы обмена веществ молочнокислых бактерий.

В производственных условиях измерять рН необходимо в тех случаях, когда процесс сквашивания или величина активности водородных ионов оказывают решающее влияние на качество и выход молочных продуктов. Например, требуется достигнуть определенного значения рН для максимального выделения составных частей молока при производстве кисломолочных продуктов и сыров. От величины рН зависят многие производственные показатели: коллоидное состояние белков молока и стабильность полидисперсной системы молока; условия роста полезной и вредной микрофлоры с ее влиянием на процессы сквашивания и созревания; состояние равновесия между ионным и коллоидным фосфатом кальция и обусловленная этим термоустойчивость белковых веществ; активность нативных и бактериальных ферментов; скорость образования типичных компонентов вкуса и аромата отдельных молочных продуктов; очищающе-дезинфицирующая способность моющих и дезинфицирующих средств. Таким образом, активная кислотность служит для молока показателем качества и фактором управления технологическими процессами.

Активная кислотность не совпадает с титруемой, При хранении сырого молока титруемая кислотность изменяется значительно быстрее, чем активная. Такое несовпадение обьясняется буферными свойствами молока. Благодаря содержанию гидрофосфатов, белков, цитратов и двуокоси углерода молоко действует как комплексный буфер. Количество кислоты или щелочи, которое необходимо добавить к 100 мл молока, чтобы изменить рН на единицу, называется буферной емкостью молока.

Буферные свойства защищают молоко и молочные продукты от возможного резкого изменения рН, которое может повлиять на них неблагоприятным образом. При производстве кефира, например, при титруемой кислотности 80°Т рН имеет небольшую величину — 4,76. Это дает возможность для развития молочнокислых бактерий.

Плотность молока

Плотность молока — это масса молока при 20 °С, заключенная в единице объема (кг/м3). Определяется ареометрическим методом. Зависит от температуры молока и его составных частей. Из-за непостоянства состава колеблется в пределах 1026-1032 кг/м3.

Плотность молока изменяется в течение лактационного периода и под влиянием других факторов. В первые дни после отела (молозиво) плотность достигает 1400 кг/м3. Плотность молока от больных животных ниже плотности нормального молока.

По плотности молока судят о его натуральности. При добавлении к молоку воды плотность его уменьшается (10 % добавленной воды снижает плотность в среднем на 3 кг/м3). Подснятие сливок или разбавление обезжиренным молоком вызывает повышение плотности.

Вязкость

Вязкость — это свойство жидкости оказывать сопротивление при перемещении одной ее части относительно другой. На вязкость молока оказывают влияние эмульгированные и коллоидно-растворимые частицы, в частности концентрация жира, величина жировых шариков и распределение их по размерам, наличие агломератов жировых шариков, содержание казеина и его состояние (гидратация, величина мицелл), состояние сывороточных белков, обработка молока после доения, нагревание молока, время лактации и т. д.

Содержание лактозы и ионов, а также сывороточные белки оказывают очень незначительное влияние на вязкость молока в нативном состоянии. В среднем вязкость молока при 20°С равна 1,8·10-3 Па·с, вязкость молозива достигает 25·10-3 Па·с. При нагревании вязкость повышается в том случае, если температура превышает точку коагуляции сывороточных белков. Это используется в производстве сгущенного молока.

Самое сильное влияние на вязкость молока оказывает молочный жир. Повышенной вязкостью, например, обладает гомогенизированное молоко, что основано на увеличении общей поверхности жировых шариков и адсорбции мицелл казеина на этой поверхности при образовании адсорбционной оболочки жировых шариков.

Массовая доля жира, давление и температура гомогенизации значительно влияют на повышение вязкости. Особенно хорошо это заметно при гомогенизации высокожирных продуктов, например, сливок. Гомогенизация охлажденных сливок может привести к формированию пудингообразной консистенции продукта. С увеличением массовой доли сухих веществ в молочных продуктах вязкость также повышается.
Различают следующие виды вязкости: структурная вязкость, которая снижается по мере увеличения напряжения сдвига. Вещества, характеризующиеся такой вязкостью, являются более жидкотекучими. Структурная вязкость проявляется в том случае, если растворенные частицы крупнее молекул растворителя; дилатансия — повышение вязкости вещества по мере увеличения напряжения сдвига. Такой вид жидкотекучести встречается достаточно редко; пластичность — предел текучести. До начала текучести необходимо преодолеть предельную величину действующего напряжения сдвига. Наступающая затем текучесть может быть идеально-вязкой, структурно-вязкой или дилатантной.

Вязкость влияет на физико-химические процессы в производстве молока и молочных продуктов. Высокая вязкость отрицательно сказывается на скорости разделения в творож­ных сепараторах, сепараторах молокоочистителях, сливкоотделителях и бактериофугах. С вязкостью связана кристаллизация лактозы при производстве концентратов молочной сыворотки. Диффузия молекул лактозы в зародыши кристаллов замедляется, так как коэффициент диффузии зависит от вязкости раствора.

Отрицательно сказывается высокая вязкость при производстве сметаны и других высокожирных продуктов. Например, при опорожнении резервуаров для сливок или сметаны на их стенках остается большое количество продукта вследствие его адгезии, что ведет к сверхнормативным потерям в производстве.

Показатель вязкости играет важное значение при производстве кисломолочных продуктов. Вязкость жидких кисломолочных продуктов зависит от напряжения и скорости сдвига (для неньютоновских жидкостей). Жидкие кисломолочные продукты относятся к аномально вязким (псевдопластичным) жидкостям. Структура продукта определяет его консистенцию. Измерение реологических свойств жидких кисломолочных продуктов значительно дополняет характеристику их структуры и консистенции. Для этого определяют структурную вязкость продукта с неразрушенной, разрушенной и восстановленной структурами, условную и пластическую вязкости. Для производства высококачественных кисломолочных продуктов необходимо на стадии окончания сквашивания определять условную вязкость сгустка (вязкость, определяющаяся по времени истечения сгустка при температуре 20 °С из специальной пипетки вместимостью 100 см3 и измеряемая в секундах).

Вязкость жидких кисломолочных продуктов зависит от температуры, массовой доли жира и кислотности. Так, при производстве кефира резервуарным способом повышение температуры созревания с 8-14 до 14-20 °С приводит к снижению условной вязкости соответственно на 1,5 и 1,0 с на каждые 3 °С. При увеличении массовой доли жира на 1 % условная вязкость увеличивается на 10 с, при кислотности сгустка 100-105 °Т она достигает максимальной величины, а затем снижается.

Тормозящие действия высокой вязкости на движение эмульгированных и суспензированных частиц имеют свои положительные стороны, например, при производстве сгущенного молока, какао-напитков и некоторых других молочных продуктов. Вязкость иногда искусственно увеличивают, добавляя стабилизаторы, повышающие вязкость. Существует связь между вязкостью молока и молочных продуктов и представлениями об их качестве. Сгущенное молоко и сметану потребитель оценивает, прежде всего, по их густой и тягучей консистенции. С повышенной вязкостью он связывает повышенное содержание компонентов молока и молочных продуктов и, следовательно, более высокое качество продукта.

Поверхностное натяжение молока

Поверхностное натяжение молока на границе соприкосновения с воздухом является следствием существования внутреннего давления — силы, втягивающей молекулы внутрь жидкости и направленной перпендикулярно к поверхности. Поверхностное натяжение молока (около 44·10-3 Н/м) ниже, чем воды (72,7·10-3 Н/м), так как в молоке есть вещества, снижающие поверхностное натяжение (поверхностно-активные вещества). К ним относятся белки плазмы молока, белки оболочек жировых шариков, фосфолипиды, жирные кислоты.

Поверхностное натяжение молока зависит от многих факторов, так, оно понижается с увеличением температуры и при прогоркании молока, поскольку при липолизе образуются поверхностно активные вещества в виде жирных кислот, ди- и моноглицеридов. От поверхностного натяжения зависит пенообразование молока, возникающее при механической обработке, при растворении сухого молока и т. д.

Все факторы, снижающие поверхностное натяжение, уменьшают пенообразование, и наоборот. Это играет большую роль в технологии многих молочных продуктов и влияет на их качество.

Температура замерзания молока

Температура замерзания молока — величина довольно постоянная, в среднем равна 0,54 °С. Это свойство зависит от количества растворенных в молоке частиц, а не от их вида или структуры. Оно обусловлено только истинно растворимыми составными частями молока: лактозой и солями, причем последние содержатся в молоке примерно в постоянной концентрации.

Температура замерзания молока колеблется в узких пределах— -0,53…-0,55 °С. Зависимость температуры замерзания от концентрации истинно растворимых составных частей молока позволяет установить фальсификацию молока водой. При разбавлении молока водой температура замерзания повышается.

Кроме того, на температуру замерзания влияют также давление паров, температура кипения и осмотическое давление. Она изменяется добавлении к молоку соды, повышении кислотности, изменении химического состава молока по различным причинам.

Кроме названных выше физико-химических свойств, молоко обладает электропроводностью, теплопроводностью, температуропроводностью, удельной теплоемкостью и некоторыми другими свойствами.

Физико-химические свойства молочного сырья представлены в таблице 2.

Таблица 2 - Физико-химические свойства молочного сырья (по данным А. Г. Храмцова и др.)
Таблица 2 — Физико-химические свойства молочного сырья (по данным А. Г. Храмцова и др.)

Органолептические свойства молока и молочных продуктов

Молоко характеризуется следующими органолептическими свойствами — внешним видом, текстурой (консистенцией, структурой и смазывающими свойствами), цветом, вкусом, запахом и ароматом. Эти свойства выявляются благодаря зрительным, осязательным, обонятельным, вкусовым и слуховым ощущениям человека.

Органолептический анализ

Органолептический анализ — это качественная и количественная оценка ответной реакции органов чувств человека на свойства продукта. Качественную оценку выражают словесным описанием, а количественную — в числах и графиках. Органолептические свойства продуктов наряду с их химическим составом и пищевой ценностью влияют на выбор потребителей.

Органолептические свойства сырых молока и сливок обусловлены зоотехническими и ветеринарными факторами, химическим составом, условиями получения, первичной обработки, хранения и транспортирования.

Молоко, полученное от здоровых животных, содержащихся на полноценных рационах и при соблюдении зоогигиенических правил, имеет приятный сладковатый вкус и легкий специфический запах. Такой вкус молоку придают жир, лактоза, белки, минеральные соли.

По внешнему виду молоко от здоровых коров имеет белый, слегка желтоватый цвет, интенсивность которого зависит от количества жира и каротина. Консистенция молока однородная, без хлопьев и сгустков. На вкус, запах и аромат сырого молока влияют такие факторы, как состояние здоровья животных, стадия лактации (молозиво и стародойное молоко имеют солоноватый и горьковато-солоноватый привкус), рационы кормления, продолжительность и условия хранения молока и т. д.

Резкие изменения содержания вкусовых и летучих компонентов, физико-химических свойств и состава молока приводят к возникновению различных пороков вкуса и запаха, которые при переработке такого сырья могут перейти в готовые молочные продукты.

Технологические свойства

К основным технологическим свойствам молока относятся термоустойчивость и сычужная свертываемость.

Термоустойчивостъ

Термоустойчивостъ — способность молока выдерживать нагрев до высоких температур без видимой коагуляции белков. Основными факторами устойчивости белковых молекул в растворе являются величина поверхностного заряда и степень гидрофильности частиц.

Следовательно, факторы, уменьшающие отрицательный заряд казеиновых мицелл и степень их гидратации, будут снижать термоустойчивость молока. К ним относятся количественные и качественные изменения химического состава молока: фракционный состав казеина, степень денатурации сывороточных белков, солевой состав и рН молока. Состав молока зависит от времени года, стадии лактации, породы коровы, рационов кормления и т. д.

На термоустойчивостъ молока оказывает влияние содержание ионов кальция и магния. При повышении количества ионов кальция в молоке происходит присоединение их к ККФК. В результате уменьшается отрицательный заряд казеиновых частиц, они соединяются в крупные агрегаты, которые коагулируют (выпадают в осадок) при нагревании.

Свежее молоко кислотностью 16-18 °Т (рН 6,6-6,7) выдерживает высокотемпературную обработку без видимой коагуляции белков. Повышение кислотности приводит к снижению термоустойчивости, так как в результате уменьшается заряд белковых частиц и часть коллоидных солей кальция переходит в растворимое состояние. Это приводит к агрегации казеиновых частиц и их коагуляции при нагревании. Термоустойчивостъ молока контролируют при производстве стерилизованных продуктов, молочных консервов, продуктов детского питания.

Сычужная свертываемость

Сычужная свертываемость — это способность белков молока свертываться под действием сычужного фермента с образованием довольно плотного сгустка. На способность молока к сычужной свертываемости оказывает влияние в первую очередь содержание казеина и ионов кальция — чем выше их содержание, тем быстрее свертывается молоко и плотнее образующийся белковый сгусток. Эти показатели, а также кислотность молока и некоторые другие показатели учитываются при оценке сыропригодности молока.