Задание 2. Проанализировать как изменяются составные части молока при гомогенизации и мембранных методах обработки

Составить основную характеристику мембранных процессов разделения молока

Основная характеристика мембранных процессов разделения молока

Тема: Изменение состава и свойств молока при механической обработке

Задание 1.Изучить материал

Мембранные методы обработки

К мембранным методам обработки – разделения смесей с помощью специальных полупроницаемым мембран, имеющих поры размером мене 0,5 мкм относится ультрафильтрация (УФ).

УФ в молочной промышленности применяют с целью концентрирования (сгущения) цельного или обезжиренного молока перед выработкой сыра, творога и других молочных продуктов. Ее также используют для получения концентратов отдельных компонентов молока, например, концентратов сывороточных белков.

В процессе ультрафильтрации на мембране задерживаются только высокомолекулярные вещества (жировые шарики, казеин, сывороточные белки, коллоидный фосфат кальция, связанные с белками витамины, металлы), а вода и низкомолекулярные соединения (лактоза, растворимые соли и др.) проходят через поры мембраны в фильтрат.

Ультрафильтрация не влияет отрицательно на структуру и дисперсность белков и жировых шариков, лишь отмечается частичная поверхностная денатурация сывороточных белков на границе раздела фаз воздух – жидкость. Продолжительность сычужной свертываемости УФ - концентрата несколько выше продолжительности свертывания концентрирования молока. Образующиеся сычужные сгустки хуже отделяют сыворотку. Однако ультрафильтрация молока при низкой и средней степени концентрирования экономически целесообразна, так как способствует повышению выхода продуктов, устраняет потери жира и белка.

Гомогенизация

При хранении сырого молока отстаивается слой сливок (жировая дисперсия молока при этом не разрушается). Это объясняется тем, что крупные жировые шарики, вследствие меньшей по сравнению с плазмой плотностью, постепенно поднимается на поверхность молока. Образование скоплений жировых шариков зависит от соотношения межмолекулярной сил сцепления и электрических сил отталкивания между шариками.

У крупных жировых шариков силы сцепления превышают силы отталкивания. При столкновении в результате броуновского движения они образуют рыхлые скопления, и скорость отстаивания жира резко возрастает.

Свойством склеивать (агглютинировать) жировые шарики обладают содержавшиеся в молоке иммуноглобулины. Мелкие жировые шарики (диаметром менее 1 мкм) не образуют скоплений и не поднимаются на поверхность молока, так как силы электрического отталкивания между ними преобладают над силами притяжения. Чтобы предотвратить отстаивание жира, необходимо уменьшить размеры жировых шариков, т.е. повысить степень диспергирования жировой фазы молока. Для этого применяют гомогенизацию (буквально: повышение гомогенности - однородности).

В результате гомогенизации в молоке образуются однородные по величине шарики диаметром около 1 мкм. Степень диспергирования жировых шариков зависит от температуры, давления гомогенизации, содержания жира и других факторов.

В молоке после гомогенизации не происходит скопления жировых шариков и практически не наблюдается отстоя сливок. Однако в гомогенизированном молоке с повышенным содержанием жира с повышенным содержанием жира могут возникать скопления и агрегаты жировых шариков. Это явление можно объяснить следующим образом. В процессе гомогенизации резко возрастает общая поверхность жировых шариков, происходит перераспределение оболочечного вещества (оболочки шариков гомогенизированного молока отличаются по составу от оболочек шариков негомогенизированного молока) (рис. 1.).

Рис 1. Жировые шарики под микроскопом

а - негомогенизированное молоко;

б – гомогенизированное молоко

Фосфолипидов и оболочечных белков, имеющихся в молоке, недостаточно для того, чтобы покрыть увеличивающуюся поверхность жировых шариков. Поэтому дефицит оболочечного вещества компенсируется (полностью или частично) за счет адсорбирования белков плазмы (мицелл казеина и денатурированных сывороточных белков). Это приводит к стабилизации жировой эмульсии.

Рис 2. Кривые распределения жировых шариков по размерам в зависимости от давления гомогенизации (по В.В.Вайткусу):

1 – молоко негомогенизированное (контроль);

2,3,4,5 – молоко гомогенизированное при давлении соответственно 5, 10, 15 и 20 МПа

В гомогенизированном молоке с повышенным содержанием жира (сливках) может быть недостаточно оболочечного вещества для быстрого образования новых оболочек, часть жира останется незащищенной. Выявлено, что прочные оболочки образуются только при наличии СОМО/жир выше 0,6-0,85. Между жировыми шариками с гидрофобной поверхностью активно действуют силы межмолекулярного сцепления. При соударении шариков образуются рыхлые скопления и агрегаты. Может происходить также слияние отдельных шариков с увеличением их диаметра.

В процессе гомогенизации изменяется не только молочный жир, но и так же белки, соли. Диаметр крупных казеиновых мицелл уменьшается, часть их распадается на ферменты и субмицеллы, которые адсорбируются поверхностью жировых шариков. Изменяется солевой баланс молока: в плазме увеличивается количество растворимого кальция, часть же коллоидных фосфатов кальция адсорбируется поверхностью жировых шариков.

В результате гомогенизации изменяются физико-химические и технологические свойства молока. С повышением давления гомогенизации увеличивается вязкость молока, понижаются поверхностное напряжение и пенообразование.

Влияние давление гомогенизации на вязкость молока

Таблица 1

После гомогенизации снижается термоустойчивость молочных эмульсий, особенно эмульсий с высоким содержанием жира. Скорость сычужного свертывания гомогенизированного молока повышается, увеличивается прочность полученных сгустков и замедляется их синерезис.

Задание 2. Проанализировать как изменяются составные части молока при гомогенизации и мембранных методах обработки