Молоко как сырье для промышленной переработки

ОБЩАЯ ТЕХНОЛОГИЯ МОЛОКА И МОЛОЧНЫХ ПРОДУКТОВ

1.1.1. Химический состав молока

Молоко – это биологическая жидкость, выделяемая молочной железой млекопитающих, обладающая высокими питательными, иммунологическими, бактерицидными свойствами, и предназначенная для поддержания жизни и роста новорожденного. Молоко образуется в молочной железе из составных частей крови при участии различных гормонов (например, пролактина, окситоцина), а также ферментов. Для образования 1 л молока через вымя коровы должно пройти 400–500 л крови. Коровье молоко является основным сырьем для промышленной переработки. Молоко состоит из воды и сухого остатка, включающего белки, жиры, углеводы, минеральные вещества, витамины, гормоны, ферменты. В молоке содержится также некоторое количество газов. Средний состав коровьего молока приведен в табл. 1.1. В молоко могут попадать также посторонние (чужеродные) вещества, несвойственные ему. Вода. В молоке содержится 87–88 % воды, большая часть которой находится в свободном состоянии. Свободная вода является растворителем органических и неорганических веществ (лактозы, минеральных веществ, кислот), доступна для развития микроорганизмов, играет важную роль в химических и биохимических процессах, протекающих при производстве молочных продуктов, но именно она является причиной их порчи. Свободную влагу можно удалить высушиванием, сгущением, замораживанием. Она замерзает при температурах, близких к 0 °С, имеет максимальную плотность при 4 °С, а при 100 °С переходит в парообразное состояние. Связанная вода (содержание в молоке составляет 3,0–3,5 %) – это вода, которая удерживается силами межмолекулярного притяжения около поверхности белков, фосфолипидов, полисахаридов за счет наличия в них гидрофильных групп (–NH2, –COOH, –OH, –CO–, SH– и др.). Такую воду называют еще адсорбционно–связанной. Она значительно отличается по свойствам от свободной: не замерзает при низких температурах (ниже –40 °С), ее плотность почти в два раза превышает плотность свободной воды.

Таблица 1.1

Средний химический состав коровьего молока

Связанная вода не участвует в биохимических процессах, не является растворителем, не доступна для микроорганизмов, не удаляется при сгущении и сушке. Особая форма связанной воды – это химически связанная, или кристаллизационная, вода. В молоке она представлена водой кристаллогидратов молочного сахара (лактозы). Удалить кристаллизационную воду можно лишь при нагревании до 125–130 °С.

Сухие вещества молока, или сухой молочный остаток (СМО), – это составные части молока, остающиеся после удаления из него влаги. На их долю приходится 12–13 %. Массовую долю (далее – м.д.) сухих веществ определяют методом высушивания навески молока при 103–105 °С до постоянной массы или рассчитывают по формуле.

CB =

где СВ – м.д. сухих веществ, %; Ж – м.д. жира в молоке, %; D – плотность молока при 20 °С, градусы ареометра.

Вычитанием м.д. жира из величины сухих веществ молока получают сухой обезжиренный молочный остаток (СОМО), являющийся наиболее ценной составной частью молока. Содержание СОМО более постоянно, чем содержание СМО, и составляет 8–9 %. По величине СОМО (она не должна быть ниже 8 %) судят о натуральности молока.

Молоко представляет собой сложную полидисперсную систему, дисперсионной средой в которой служит вода, а дисперсные фазы молока находятся в различном состоянии в зависимости от размера частиц: минеральные соли и лактоза – в ионно-молекулярном состоянии (размер частиц 1 нм и менее); белки – в коллоидно-дисперсном (размеры частиц от 15 до 300 нм); жир – в грубодисперсном (диаметр жировых шариков от 500 до 10000 нм).

Белки являются наиболее важной составной частью молока. Они представляют собой высокомолекулярные соединения, состоящие из α-аминокислот, соединенных между собой пептидной связью (–CONH–) и образующих полипептидные цепи. В состав одной молекулы белка может входить несколько сотен или даже тысяч аминокислотных остатков. В молочном белке обнаружены 18 аминокислот, в том числе 8 незаменимых, т. е. не синтезируемых в организме человека (валин, лизин, лейцин, изолейцин, метионин, тирозин, триптофан, фенилаланин). По содержанию незаменимых аминокислот и соотношению между ними белки молока относят к биологически полноценным белкам.

Среди белковых компонентов коровьего молока основными с технологической точки зрения принято считать казеин и сывороточные белки. Их соотношение составляет примерно 80: 20.

Согласно последней редакции общепринятой номенклатуры белков молока коровье молоко содержит 6 главных белков: S1-казеин, S2-казеин, β-казеин, æ-казеин, β-лактоглобулин и -лактальбумин, проявляющих генетический полиморфизм. Кроме этого в коровьем молоке содержатся такие белки, как альбумин сыворотки крови, иммуноглобулины, лактоферрин и некоторые другие.

Казеин – основной белок молока, его содержание колеблется от 2,3 до 2,9 %. В очищенном виде это белый аморфный порошок, без запаха и вкуса, практически нерастворимый в воде, растворимый в слабых растворах щелочей, некоторых солей и минеральных кислот. Казеин представляет собой комплекс нескольких фракций, способных к мицеллообразованию. Главные компоненты: S1-, S2-, β- и æ-казеины – имеют молекулярную массу от 19000 до 25000, различаются по аминокислотному составу, содержанию фосфора и серы и составляют 38; 10; 39 и 13 % от общего количества казеина соответственно. Каждый может существовать в нескольких генетических вариантах.

Основные фракции казеина являются фосфопротеидами (содержат остатки фосфорной кислоты, присоединенные к серину моноэфирной связью), гидрофобны, обладают дифильными свойствами, отличаются высоким содержанием пролина, что обусловливает чувствительность белка к ионам кальция.

æ-Казеин в отличие от S1- и β-казеинов является фосфогликопротеидом и содержит до 5 % углеводов, которые представлены галактозой, галактозамином и N-ацетил-нейраминовой (сиаловой) кислотой. Он нечувствителен к ионам кальция и защищает другие фракции казеина от осаждения. æ-Казеин специфично атакуется сычужным ферментом с образованием гидрофобного пара-æ-казеина, выпадающего в осадок и гидрофильного гликомакропептида, остающегося в растворе и отделяющегося вместе с сывороткой. Известно, что β-казеины могут подвергаться гидролизу под действием плазмина (протеиназы молока) с образованием фрагментов молекулярной массой от 12000 до 20000 (γ-казеины) и массой от 7000 до 14000 (протеозо-пептоны). В свежем молоке нормального состава содержится около 3 % γ-казеинов. Повышение их содержания до 10 % и более в конце лактации, при заболевании коров маститом, а также при длительном хранении молока при температуре 2–4 °С приводит к изменению технологических свойств молока, в частности к снижению его способности к сычужному свертыванию.

Основная масса казеина (около 95 %) находится в молоке в виде сравнительно крупных коллоидных частиц – мицелл, представляющих собой ассоциаты основных фракций казеина. Минеральная часть казеиновых мицелл представлена кальцием и фосфором, в небольших количествах они содержат цитрат, магний, калий, натрий, а также углеводы. В мицеллах казеина содержатся органический и неорганический кальций и фосфор. Комплекс органического кальция с казеином, называемый казеинатом кальция, образует с коллоидным фосфатом кальция казеинаткальцийфосфатный комплекс (ККФК). Размер частиц казеинаткальцийфосфатного комплекса связан с количеством присоединенного кальция и фосфора и уменьшается по мере снижения их содержания.

Мицеллы казеина представляют собой рыхлые, пористые, сильно гидратированные частицы, почти сферической формы со средним диаметром около 100 нм (1нм = 10–9 м) и средней молекулярной массой 108. Структурными компонентами мицелл являются сферические субмицеллы диаметром 10–20 нм и молекулярной массой 250000–300000, образованные фракциями казеина и соединенные друг с другом с помощью коллоидного фосфата, гидрофобных взаимодействий, электростатических и других связей.

Группу сывороточных белков составляют белковые компоненты молока, оставшиеся в сыворотке после осаждения казеина при рН 4,6. Эта группа белков также неоднородна и включает в себя глобулярные белки, различающиеся по структуре и свойствам. Основными представителями сывороточных белков являются -лактоглобулин (β-Лг) и -лактальбумин (α-Ла). Кроме них в эту группу входят: альбумин сыворотки крови, иммуноглобулины, -микроглобулин и некоторые другие минорные компоненты.

Сывороточные белки в отличие от казеина не образуют ассоциатов и не осаждаются в изоэлектрической точке. Им также присущ генетический полиморфизм. Молекулярная масса сывороточных белков колеблется в широком интервале – от 14000 до 66000. Сывороточные белки характеризуются большим количеством серосодержащих аминокислот и низким содержанием остатков пролина. Они не гидролизуются сычужным ферментом, менее чувствительны к кальцию по сравнению с казеином, но более чувствительны к нагреванию.

На долю B-Лг приходится примерно 50 % всех белков данной группы, его содержание в молоке составляет 0,2–0,4 %. Денатурированный B-Лг проявляет способность к комплексообразованию с казеином и соосаждению с ним.

a-Ла, второй по количеству сывороточный белок (около 20 % всех сывороточных белков), является компактным глобулярным белком, отличается наименьшими по сравнению с другими сывороточными белками размерами частиц, высоким содержанием лизина, лейцина, треонина, триптофана и цистеина, относительно высокой термостабильностью, которая в значительной степени зависит от рН и связана с наличием в молекуле белка четырех дисульфидных связей.

a-Ла способен связывать ионы кальция, которому отводится определенная роль в стабилизации третичной структуры белка. При удалении связанного кальция может происходить необратимая денатурация, затем агрегация и коагуляция белка.

Молочный жир – это сложный эфир трехатомного спирта глицерина и жирных кислот. Он неоднороден по составу и представляет собой смесь триглицеридов (триацилглицеринов), диглицеридов (диацилглицеринов) и моноглицеридов (моноацилглицеринов). Преобладают триглицериды, до 98 %, на долю ди- и моноглицеридов в сумме приходится 1,5 %. В молочном жире содержатся также фосфолипиды; вещества, сопутствующие жиру (жирорастворимые витамины, стерины, каротиноиды); свободные жирные кислоты. Свойства молочного жира определяются составом и структурой жирных кислот. В триглицеридах молочного жира обнаружено более 200 жирных кислот, однако лишь 10–12 из них содержатся в количестве более 1–5 % каждая. Их называют главными. В составе триглицеридов молочного жира преобладают насыщенные жирные кислоты (их среднее содержание составляет 65 % против 35 % ненасыщенных). Среди насыщенных жирных кислот большую часть составляют пальмитиновая, миристиновая и стеариновая, среди ненасыщенных – олеиновая. По сравнению с другими жирами животного и растительного происхождения молочный жир имеет высокое содержание низкомолекулярных летучих жирных кислот, придающих молоку специфический вкус и аромат: масляной, капроновой, каприновой, каприловой. Содержание ненасыщенных и насыщенных жирных кислот в триглицеридах молочного жира определяет его консистенцию, температуру плавления и отвердевания. Температура плавления молочного жира, при которой он переходит в жидкое состояние, колеблется от 28 до 36 °С; температура отвердевания – от 18 до 23 °С. В молоке жир находится в виде жировых шариков диаметром от 0,5 до 10 мкм и образует эмульсию. Число и размер жировых шариков зависят от периода лактации, породы скота, рациона кормления, условий содержания. Жировые шарики покрыты защитной белково-лецитиновой оболочкой, что обеспечивает устойчивость эмульсии и позволяет сохранить ее в процессе переработки молока. Нарушение целостности оболочек жировых шариков приводит к выделению свободного жира, что может послужить причиной окислительной порчи продукта. Содержание фосфолипидов в молоке составляет 0,01–0,04 %. Основные из них: лецитин (фосфатидилхолин) и кефалин (фосфатидилэтаноламин). Фосфолипиды входят в состав оболочек жировых шариков, являются источником высокомолекулярных жирных кислот. Молекулы фосфолипидов состоят из двух частей – полярной и неполярной, что обусловливает их поверхностно-активные свойства и способность стабилизировать эмульсии. Стерины молока представлены в основном холестерином. Он выполняет в организме важные физиологические функции, однако, при избыточном количестве вследствие нарушения его обмена может стать причиной возникновения атеросклероза. В молоке содержится также эргостерин, являющийся провитамином D. Углеводы. Основным углеводом молока является лактоза (молочный сахар). Это дисахарид, менее сладкий, чем сахароза, состоящий из остатков D-глюкозы и D-галактозы. Содержание лактозы в молоке составляет 4,5–5,0 %. В молоке лактоза находится в растворенном состоянии в двух формах (и β), различающихся пространственным расположением групп –ОН у первого углеродного атома молекулы глюкозы и способных переходить одна в другую. Лактоза является хорошим субстратом для молочнокислых бактерий и сбраживается ими до молочной кислоты, под действием которой казеин молока выпадает в осадок (производство кисломолочных напитков и продуктов). Нагревание молока при высоких температурах в течение длительного времени приводит к его потемнению за счет образования меланоидиновых соединений в результате реакции между лактозой и белками молока. При нагревании водных растворов лактозы до температуры около 100 °С возможно образование лактулозы, содержащей вместо остатка глюкозы остаток фруктозы. Лактулоза хорошо растворима в воде, имеет более сладкий вкус по сравнению с лактозой и способна активизировать развитие бифидобактерий, в связи с чем препараты лактулозы применяются для обогащения молочных продуктов. Минеральные вещества. В молоке содержится 0,6–0,8 % (от массы сухого остатка) минеральных веществ, которые делят на макроэлементы и микроэлементы. Минеральные вещества молока представлены катионами и анионами, обусловливающими его солевой состав. К основным макроэлементам молока относят катионы – кальций, магний, калий, натрий и анионы – фосфаты, цитраты, хлориды, сульфаты и карбонаты. В молоке преобладают фосфаты, цитраты и хлориды кальция, калия, натрия и магния, которые могут находиться в виде истинного или коллоидного растворов. Они обусловливают пищевую ценность молока и стабилизируют его коллоидную систему. Нарушение солевого равновесия может привести к выпадению белков молока в осадок. К микроэлементам молока относятся медь, железо, цинк, кобальт, марганец, йод, фтор, молибден, хром, алюминий, селен, олово, свинец, кремний и др. Они связаны с белками молока (йод, селен, цинк и др.) и оболочками жировых шариков (медь, железо), входят в состав многих ферментов (железо, молибден, марганец и др.) и витаминов (кобальт). Микроэлементы вносят определенный вклад в пищевую ценность молока, однако, избыточное количество некоторых из них может послужить причиной возникновения пороков качества сырья и готовых продуктов. Витамины. Необходимы для нормальной жизнедеятельности человека, животных, растений, микроорганизмов. В молоке содержатся практически все жизненно необходимые витамины, хотя и в небольших количествах, а также их провитамины. Различают жирорастворимые и водорастворимые витамины. К жирорастворимым относятся витамин А (ретинол), витамин D (кальциферол), витамин Е (токоферол), витамин К (филлохинон). Они содержатся преимущественно в молочном жире и, соответственно, в жиросодержащих продуктах (сливочном масле, сметане, сливках). Из жирорастворимых витаминов в молоке содержится, в основном, витамин А. Он образуется их каротина, содержащегося в зеленых кормах, поэтому летом его в молоке значительно больше, чем зимой. Этим обусловлена более интенсивная желтая окраска сливочного масла, выработанного в летний период.

К водорастворимым витаминам молока относятся витамины группы В: витамин В1 (тиамин), В2 (рибофлавин), В3 (пантотеновая кислота), ниацин (РР, никотиновая кислота), В6 (пиридоксин) В9 (фолацин, фолиевая кислота), В12 (цианкобаламин); витамин С; биотин (витамин Н). Большинство витаминов чувствительны к действию температур, кислот, щелочей, кислорода воздуха, ультрафиолетового излучения. Это следует учитывать при выборе режимов технологической обработки молока. Поскольку исходное содержание витаминов в молоке сравнительно невелико, а избежать их потерь при переработке молока не удается, в настоящее время применяется витаминизация молочных продуктов с целью повышения их пищевой и биологической ценности. Ферменты. В молоке содержится более 20 истинных, или нативных ферментов, которые образуются в клетках молочной железы или поступают в молоко из крови животного. Кроме нативных ферментов в молоке присутствуют микробные ферменты (их более 50), продуцируемые микрофлорой молока и бактериальных заквасок. Наибольшее практическое значение имеют оксидоредуктазы, катализирующие окислительно-восстановительные процессы, и гидролазы, катализирующие расщепление белков, жиров и углеводов. К первой группе относятся редуктаза, пероксидаза, каталаза, и др.; ко второй – протеазы, липаза, фосфатаза, лактаза, амилаза. Нативные и микробные ферменты молока играют важную роль в технологии. Например, по активности некоторых из них судят о санитарно-гигиеническом состоянии сырого молока (редуктазная проба), об эффективности его пастеризации (проба на пероксидазу и фосфатазу). Ценным свойством нативной пероксидазы коровьего молока (лактопероксидазы) является участие в создании антибактериальной системы, которая подавляет развитие ряда условно-патогенных и патогенных микроорганизмов. Каталаза – фермент, повышенное количество которого может свидетельствовать о наличии в молоке примеси молозива или маститного молока. Поэтому ее активность определяют при контроле молока, полученного от больных животных. Многие липолитические и протеолитические ферменты могут стать причиной порчи молочных продуктов при их производстве и хранении. В молоке присутствуют нативная и бактериальная липазы. Количество нативной липазы невелико, может быть двух видов:

плазменная – связана с казеином, и мембранная – адсорбирована оболочками жировых шариков. В свежем молоке липаза не активна, но может активизироваться при хранении, перекачивании, замораживании молока и т. п. Бактериальные липазы, особенно продуцируемые плесневыми грибами и психротрофными бактериями, обладают высокой активностью и могут вызвать прогорклый вкус молочных продуктов. Некоторые плесневые липазы обусловливают специфический вкус и аромат сыров, созревающих с участием плесени и слизи (например, рокфор, камамбер и др.). Нативная липаза инактивируется при температуре 80 °С, бактериальная липаза более термоустойчива и разрушается при температуре примерно 90 °С В молоке содержатся нативные и микробные протеазы. Нативная щелочная протеаза молока – плазмин вызывает гидролиз β-казеина с образованием γ-казеинов. При длительном хранении сырого молока необратимый распад β-казеина под действием плазмина может привести к образованию горьких пептидов и других продуктов, обусловливающих посторонний вкус молока. Термостабильные протеазы, выделяемые микрофлорой молока, особенно психротрофными бактериями, могут ухудшать технологические свойства молока и вызывать различные пороки вкуса. Протеазы, выделяемые микрофлорой закваски, имеют разную активность, так, молочнокислые палочки выделяют более активные протеазы, чем молочнокислые стрептококки. При производстве сыров и творога применяют молокосвертывающий препарат сычужный фермент, содержащий кислые протеазы животного происхождения химозин и пепсин, а также их заменители, в основном микробного происхождения. В молоке обнаружены щелочная фосфатаза (оптимум рН 9,6) и в меньшем количестве кислая фосфатаза (оптимум рН около 5). Щелочная фосфатаза в основном сконцентрирована на оболочках жировых шариков, большая часть кислой фосфатазы связана с белками. Щелочная фосфатаза полностью инактивируется при режимах тепловой обработки, принятых в производстве (63 °С с выдержкой 30 мин, 72 °С с выдержкой 15 с и 80 °С без выдержки). Высокая чувствительность щелочной фосфатазы к нагреванию положена в основу метода контроля эффективности пастеризации молока и сливок. Лактаза (β-галактозидаза) катализирует реакцию расщепления лактозы на моносахариды – глюкозу и галактозу. Основной источник лактазы – молочнокислые бактерии и некоторые дрожжи, клетками молочной железы практически не синтезируется. Ферментативный гидролиз лактозы β-галактозидазой применяется при производстве низколактозного молока и кисломолочных напитков, предназначенных для людей, страдающих непереносимостью лактозы. Максимальная активность фермента отмечена при температуре 40 °С. Амилаза попадает в молоко из молочной железы, катализирует расщепление полисахаридов до декстринов и мальтозы. В молоке содержится α-амилаза, количество которой значительно повышается при заболевании животного. Оптимум действия фермента наблюдается при рН 7,4 и температуре 37 °С, инактивация – при всех режимах пастеризации. Еще один очень важный фермент молока – лизоцим (мурамидаза). Катализирует гидролиз полисахаридов клеточных стенок некоторых видов бактерий, прежде всего, патогенных стафилококков, стрептококков и других возбудителей мастита, вызывая их гибель. Этим обусловлено его участие в обеспечении антибактериальных свойств свежевыдоенного молока. Лизоцим стабилен в кислой среде, устойчив к нагреванию. Гормоны. Это биологически активные вещества, поступающие в молоко в процессе его секреции из крови и регулирующие процесс образования и выделения молока. Их содержание в молоке невелико. Среди наиболее значимых – пролактин, стимулирующий развитие молочных желез и образование молока; окситоцин, стимулирующий отделение молока; соматотропин, ускоряющий рост и увеличивающий массу тела, а также йодсодержащий гормон щитовидной железы тироксин, способствующий повышению массовой доли жира в молоке. Пигменты. В молоке содержатся природные окрашенные вещества – пигменты: каротиноиды, хлорофилл, рибофлавин и др. Их содержание зависит от времени года, кормового рациона, породы животного и обусловливает цвет молока. Газы. В молоке могут содержаться такие газы, как азот, кислород, углекислый газ, иногда аммиак. Газы попадают в молоко из крови, воздуха во время доения, перекачивания, транспортирования молока по трубопроводам. В свежевыдоенном молоке содержание газов значительное (до 125 мг на 1 кг молока), затем при хранении его в открытых емкостях оно постепенно уменьшается и устанавливается на определенном уровне в зависимости от температуры и давления. Определять кислотность и плотность молока следует после выдержки его не менее 2 ч для стабилизации структуры и удаления части газов. Особенно нежелательно наличие кислорода в молоке, поскольку его присутствие стимулирует развитие окислительных процессов и может вызвать появление пороков вкуса. Содержание кислорода увеличивается при перекачивании и транспортировке молока. При пастеризации часть кислорода и углекислого газа улетучивается, что приводит к снижению титруемой кислотности. При повышенном содержании воздуха в молоке ухудшается отделение жира при сепарировании, уменьшается эффективность пастеризации и стойкость молока при хранении. Посторонние вещества. Кроме истинных составных частей в молоке могут содержаться посторонние вещества, снижающие его биологическую ценность, отрицательно влияющие на технологические свойства и наносящие вред здоровью человека. К ним относятся антибиотики, пестициды, тяжелые металлы, радионуклиды, нитраты, нитриты, полициклические ароматические углеводороды, микотоксины и др. Пути их попадания в молоко различны. Например, антибиотики (пенициллин, стрептомицин, левомицитин, окситетрациклин и др.) используются при лечении мастита и других заболеваний животных. Их содержание в молоке зависит от дозы, свойств препарата, индивидуальных особенностей животного. Антибиотики ухудшают свертывание молока при производстве сыра и творога, подавляют развитие молочнокислых бактерий при производстве кисломолочных продуктов. На молокоперерабатывающих предприятиях осуществляется контроль сырья на наличие антибиотиков (определение ингибирующих веществ в молоке). Из окружающей среды по пищевым цепям в молоко могут попадать так называемые ксенобиотики: пестициды, токсичные элементы, радионуклиды, нитраты, нитриты, растительные яды и т.д. Степень загрязнения этими веществами зависит от их содержания в почвах, водоемах, кормах. Из пестицидов наибольшей стойкостью во внешней среде обладают хлорорганические пестициды. Они способны аккумулироваться в жировой ткани животного и длительное время выделяться в молоко. Токсичные элементы (тяжелые металлы и мышьяк) с выхлопными газами автотранспорта, отходами промышленных предприятий, пестицидами, удобрениями поступают в окружающую среду, а затем с кормами – в организм животного. Наиболее токсичными являются ртуть, свинец, кадмий. Их концентрация в молоке нормируется.

К токсическим веществам, обладающим канцерогенными свойствами, относятся бенз(а)пирен, полихлорированные бифенилы и диоксины. В молочные продукты бенз(а)пирен в значительных количествах может попадать при нарушении правил копчения в производстве копченых сыров, из воздуха, используемого в качестве теплоносителя при производстве сухого молока при отсутствии его надлежащего контроля. Полихлорированные бифенилы и диоксины являются побочными продуктами производства пластмасс, бумаги, образуются при сжигании мусора. Опасность загрязнения молочных продуктов токсичными метаболитами микроорганизмов связана с жизнедеятельностью некоторых плесневых грибов и бактерий. Из обширной группы микотоксинов наиболее опасны афлатоксины – канцерогенные вещества, продуцируемые плесенями. В молоке они обнаруживаются при скармливании животным плесневелых кормов

1.1.2. Свойства молока

Натуральное молоко характеризуется комплексом органолептических, физико-химических и технологических показателей, которые зависят от периода лактации, породы животного и состояния его здоровья, вида и состава кормов, и определяют пригодность молока к промышленной переработке. Органолептические свойства. Органолептические свойства: внешний вид, консистенция, цвет, вкус и запах оцениваются с помощью зрительных, осязательных, обонятельных, вкусовых и слуховых ощущений человека и служат одним из основных критериев, определяющих выбор потребителя. Натуральное молоко, полученное от здоровых животных, представляет собой однородную жидкость без осадка и хлопьев, белого цвета с желтоватым оттенком, интенсивность которого зависит от количества жира и каротина. Вкус сырого молока – специфичный, сладковато-солоноватый, приятный – обусловлен лактозой, содержащимися в молоке хлоридами и жирными кислотами, а также белками и жиром. Молоко имеет приятный, едва уловимый запах, который зависит от содержания в нем некоторых летучих веществ – диметилсульфида, метилсульфида, ацетона, диацетила, ацетальдегида, свободных жирных кислот. Вкус и запах молока зависит не только от количества содержащихся в нем компонентов, но и от их соотношения. Например, молоко измененного состава (молозиво и стародойное) имеет солоноватый и горько-солоноватый привкусы соответственно. Молоко легко адсорбирует посторонние запахи, что может вызвать ухудшение его качества. Повышенное содержание тех или иных летучих веществ также может привести к появлению пороков – нежелательных изменений органолептических свойств молока. Физико-химические свойства. Это комплекс показателей, используемых для оценки качества молока. Титруемая кислотность выражается в градусах Тернера (°Т). Под градусами Тернера понимают количество миллилитров 0,1 н раствора гидроксида натрия, необходимого для нейтрализации 100 см3 молока, разбавленного водой вдвое. Титруемая кислотность обусловлена присутствием в молоке белков (на их долю приходится 4–5 °Т), кислых солей (около 9–13 °Т), растворенного диоксида углерода, кислот и других соединений (в сумме 1–3 °Т). Кислотность свежего молока составляет обычно 16–18 °Т. Она изменяется в зависимости от периода лактации (повышена в первые дни после отела за счет большого содержания белков и солей, ниже нормальной в стародойном молоке), понижается при заболевании коров, зависит также от породы животного и кормового рациона (например, при скармливании большого количества силоса и при недостатке солей кальция кислотность молока может повышаться до 23–25 °Т). Повышение кислотности наблюдается при хранении молока из-за развития в нем молочнокислых бактерий, сбраживающих лактозу с образованием молочной кислоты. Это вызывает нежелательные изменения компонентов молока, например, снижение устойчивости белков при нагревании. Один градус Тернера соответствует примерно 0,009 % молочной кислоты. Следует учитывать, что если молоко с повышенной или пониженной кислотностью термоустойчиво и выдерживает кипячение, не содержит соды, аммиака или ингибирующих веществ, оно может быть принято как сортовое на основании стойловой пробы, подтверждающей его натуральность, и подлежит промышленной переработке. Активная кислотность, или водородный показатель (рН), характеризует концентрацию свободных ионов водорода и численно равна отрицательному десятичному логарифму концентрации ионов водорода, выраженной в моль на 1 л. В свежем молоке рН изменяется в достаточно узких пределах и в среднем равен 6,7.

Между активной и титруемой кислотностью нет прямой взаимосвязи. Более медленное изменение рН при возрастании титруемой кислотности объясняется тем, что молоко является буферной системой, способной поддерживать постоянное значение рН при добавлении небольших количеств кислоты или щелочи. Окислительно-восстановительный потенциал молока определяется в основном концентрацией растворенного в нем кислорода. Среднее значение потенциала – 0,2–0,3 В. Повышению окислительно-восстановительного потенциала способствуют металлы (медь, железо), перемешивание. Появление в молоке и молочных продуктах таких пороков вкуса, как металлический, окисленный, салистый привкус связано с повышением окислительно-восстановительного потенциала продукта. При развитии микроорганизмов количество кислорода снижается, выделяются ферменты, катализирующие восстановительные реакции. Это приводит к снижению окислительновосстановительного потенциала. Плотность – это отношение массы вещества к занимаемому им объему. Плотность молока, измеренная при 20 °С, колеблется от 1027 до 1032 кг/м3. Плотность зависит от температуры и химического состава молока: она снижается с повышением температуры и увеличением массовой доли жира и повышается при увеличении массовых долей белка, лактозы, солей. На величину плотности влияют также период лактации, порода коров, состояние здоровья и условия их содержания и др. Молозиво характеризуется высоким содержанием белка и имеет повышенную плотность (до 1040 кг/м3). Плотность обезжиренного молока выше плотности цельного молока и составляет 1033–1038 кг/м3, плотность подсырной сыворотки – 1018–1027, пахты – 1031–1033 кг/м3. Плотность молока изменяется при фальсификации, например, при добавлении воды она понижается (при добавлении 10 % воды плотность снижается примерно на 3 кг/м3). Следовательно, плотность – показатель, по которому можно судить о натуральности молока. Вязкость – это свойство среды оказывать сопротивление относительному перемещению ее слоев. Вязкость, или внутреннее трение, молока при 20 °С составляет в среднем 1,8·10-3 Па·с. На величину вязкости влияет массовая доля белков и жира в молоке, степень дисперсности жировых шариков и мицелл казеина, температура и кислотность молока, а также период лактации, состояние животного, продолжительность хранения сырого молока, степень механического воздействия на него. При нагревании молока до 40–45 °С его вязкость снижается, при более высоких температурах (начиная с 65 °С) вязкость молока возрастает, что связано с необратимой коагуляцией сывороточных белков. В структурированных молочных продуктах – кисломолочных напитках, сметане и др. вязкость обусловлена образовавшейся структурой и служит показателем, определяющим их консистенцию. Вязкость таких систем зависит от напряжения сдвига и градиента скорости и называется эффективной. Поверхностное натяжение возникает на поверхности раздела фаз молоко–воздух. Поверхностное натяжение молока значительно ниже, чем воды и составляет при 20 °С около 44·10-3 Н/м (против 72,7·10-3 Н/м для воды). Это связано с наличием в молоке таких поверхностно-активных веществ, как фосфолипиды, белки плазмы молока, жирные кислоты, белки оболочек жировых шариков. Поверхностное натяжение снижается при нагревании молока, в особенности, если имеет место гидролиз жира, сопровождающийся образованием поверхностно-активных веществ, снижающих величину поверхностной энергии (жирных кислот, моно- и диацилглицеринов). С поверхностным натяжением связано образование пены при перекачивании, транспортировании, сепарировании молока, а также в некоторых технологических процессах его переработки (например, при производстве масла, мороженого). Все факторы, снижающие поверхностное натяжение, уменьшают пенообразование, и наоборот. Осмотическое давление и температура замерзания. Эти характеристики взаимосвязаны и зависят в основном от концентрации лактозы и растворенных солей. Осмотическое давление молока по величине близко к осмотическому давлению крови и составляет в среднем 0,66 МПа. Осмотическое давление меняется при фальсификации молока, повышении его кислотности, изменении химического состава. Средняя температура замерзания молока нормального химического состава равна минус 0,54 °С (с колебаниями от минус 0,505 до минус 0,575 °С).·Ее величина значительно меняется при разбавлении молока водой (внесение 1 % воды повышает температуру замерзания примерно на 0,006 °С), добавлении к нему соды, повышении кислотности, изменении химического состава молока при заболевании животного. Принцип измерения температуры замерзания молока положен в основу криоскопического метода определения его натуральности. Электропроводность – величина, обратная электрическому сопротивлению. Она характеризует способность вещества или раствора проводить электричество. Единицей измерения удельной электропроводности в системе СИ принят сименс на метр (См/м). Электропроводность молока обусловлена его солевым составом и постоянна для нормального молока. Величина ее повышается при заболевании животного (например, маститом), при нарастании кислотности и снижается при добавлении воды, при концентрировании молока. Период лактации также влияет на величину электропроводности – в начале лактации молоко имеет минимальную электропроводность, в конце – максимальную. Теплофизические свойства молока (удельную теплоемкость, теплопроводность и коэффициент температуропроводности) необходимо знать, чтобы рассчитать количество теплоты или холода, необходимое для нагревания или охлажд