Свойства молока
По физико-химическим и органолептическим свойствам молока можно оценить натуральность и качество заготовляемого сырья, т.е. его пригодность к промышленной переработке.
Все компоненты молока по-разному влияют на его физико-химические свойства. Например, от массовой доли белка, дисперсности и гидратационных свойств белков в большей степени зависит вязкость и поверхностное натяжение молока, но почти не зависят величины электропроводности осмотического давления. Почти все компоненты молока влияют на его плотность и кислотность, минеральные вещества молока значительно влияют на его кислотность, электропроводность, осмотическое давление и температуру замерзания, но не влияют на вязкость и т.д.
Свойства молока подразделяются на:
· химические:
- кислотность:
- титруемая,
- активная;
- буферные свойства;
- окислительно-восстановительный потенциал.
· Физические:
- плотность;
- вязкость;
- поверхностное натяжение;
- теплофизические свойства;
- оптические свойства;
- температура замерзания;
- электропроводность.
· Органолептические свойства:
- вкус, запах;
- цвет;
- консистенция.
· Технологические свойства:
- термоустойчивость;
- сыропригодность.
Химические свойства молока.
Титруемая кислотность (общая). Титруемая кислотность определяется в градусах Тернера (˚Т). Под градусами Тернера понимают количество миллилитров 0,1 н. раствора гидроксида натрия, которое расходуется на нейтрализацию (титрование) 100 см3 молока, разбавленного водой.
Для нейтрализации свежего молока требуется обычно от 16 до 18 см3. раствора щелочи, т.е. его кислотность равна 16–18˚Т. Один ˚Т соответствует 0,009% молочной кислоты. Титруемая кислотность молока обусловливается наличием белков, кислых солей и растворенного диоксида углерода. На белки приходится 4–5˚Т, на кислые соли – около 11˚Т, на СО2 и другие титруемые химические вещества – около 1–2˚Т.
Титруемая кислотность молока отдельных коров зависит от кормового рациона, породы, возраста, периода лактации, состояния здоровья и пр.
Кислотность молока в первые дни после отела, высокая, но по мере нормализации состава молока она становится равной 16–18˚Т. Стародойное молоко имеет низкую кислотность (13–15˚Т и менее). Кислотность молока понижается при заболеваниях коров маститами и другими болезнями.
Повышение кислотности молока до 23 – 25˚Т является следствием нарушения минерального обмена в организме коров из-за недостатка солей кальция в кормах, скармливания больших количеств силоса, однообразного кормления кислыми травами и др.
По мере хранения сырого молока титруемая кислотность повышается вследствие развития молочнокислых бактерий, сбраживающих лактозу с образованием молочной кислоты. Повышение кислотности молока вызывает нежелательные изменения его свойств, например, снижается устойчивость белков при нагревании.
Свежее натуральное молоко с повышенной (например, 19˚Т) естественной кислотностью (установленной по стойловой пробе) пригодно для производства кисломолочных продуктов и сыра. Молоко с повышенной приобретенной кислотностью (более 20˚Т) не принимается для промышленной переработки, так как при нагревании молока кислотностью 25–27˚Т, оно свертывается. Титруемая кислотность молока поГОСТ 3624-92 является критерием оценки его качества.
рН (активная кислотность).
Величина активной кислотности (рН) характеризует концентрацию свободных водородных ионов в молоке и численно равна отрицательному десятичному логарифму концентрации ионов водорода [Н+], выраженной в моль на 1 л.
рН= - Lg[H+] (1)
Водородный показатель свежего молока определяется потенциометрическим методом с использованием рН – метров.
Величина pH цельного молока составляет в среднем 6,47 – 6,67 и существенно зависит от температуры. Такая кислотность благоприятна для устойчивости коллоидной системы молока и развитием бактерий. При повышенной активной кислотности развитие микроорганизмов замедляется, а при значительном снижении pH прекращается. Активная кислотность меняется медленнее, чем титруемая (табл.1)
Таблица 1
| Титруемая кислотность,° Т | |||||
| Водородный показатель, pH | 6,73 | 6,64 | 6,52 | 6,41 | 6,31 |
Несовпадение активной и титруемой кислотности объясняется буферностью молока.
От величины pH зависят многие производственные показатели:
- коллоидное состояние белков молока и, следовательно, стабильность полидисперсной системы молока;
- условия роста полезной и вредной микрофлоры с ее влиянием на процессы созревания;
- скорость образования типичных компонентов вкуса и аромата отдельных молочных продуктов;
- состояние равновесия между ионизированным и коллоидно-распределенным фосфатом кальция и обусловленная этим термоустойчивость белковых веществ;
- активность нативных и бактериальных ферментов;
- очищающе - дезинфицирующая способность различных моющих средств;
- коррозийное действие золей и моющих растворов, а также степень загрязненности сточных вод молочных предприятий.
pH для сырого молока – показатель качества, а для молочных продуктов является показателем качества и фактором управления производственным процессом.
pH – как показатель качества установлен достаточно четко. Тем не менее, применение pH как показателя качества ещё не в полной мере предусмотрено национальными стандартами отдельных стран. В мировом масштабе наблюдается тенденция к включению pH главным образом сычужных сыров, в оценку их качества. Молочные продукты удовлетворительного качества характеризуются отдельным значением pH, например, цельное молоко – 6,6–6,8; сгущенное – 6,1–6,4; йогурты – 4,0–4,3; творожная сыворотка – 4,3–4,6 и т.д.
По величине pH можно судить о способности молока к свертыванию:
- маститное молоко – 6,8;
- нормальное свежее – 6,6–6,8;
- начинающее скисать – 6,3;
- свертывание при нагревании – 5,7;
- свертывание при образовании сгустка – 5,3–5,5;
Величина pH меняется при внезапных колебаниях температуры, причем перепад температуры вызывает отклонение pH в кислую зону. Внезапное повышение температуры ведет к отклонению pH в щелочную зону.
Буферные свойства. Молоко содержит несколько буферов (белковый, фосфатный, цитратный). Они обеспечивают постоянство pH. Белковый буфер состоит из белков молока (казеина) и натриевых или калиевых солей, которые могут вступать в реакции, как с кислотами, так и со щелочами, таким образом, нейтрализуя их. В случае добавления или накопления в молоке кислоты ионы Н2 кислоты связываются солью казеина.
При этом образуется свободный белок, обладающий свойствами слабой кислоты.
NH3 NH3
R + HCl R + NaCl
COONa COOH
Диссоциация СООН – слабая, pH молока изменяется незначительно, а титруемая кислотность повышается. Также ведет себя фосфатный буфер
Na2HPO4 + HCl = NaH2PO4+NaCl
Если бы в молоке не было буферных систем, вряд ли мы смогли бы вырабатывать кисломолочные продукты и сыры. Дело в том, что молочнокислые закваски могут лишь развиваться при определенном pH. Низкие величины pH действуют на них губительно. Следовательно, молочная кислота, образующаяся при сбраживании молочного сахара должна каким-то образом нейтрализоваться. И здесь на помощь приходят буферные системы. Но они действуют до тех пор, пока не утратят своих буферных свойств. Изменение pH молока при добавлении к нему кислоты или щелочи произойдет в том случае, если будет превышена буферная емкость смеси молока. Под буферной емкостью понимают количество кислоты или щелочи, которое необходимо добавить к 100 мл молока, чтобы изменить величину pH на единицу.
Вследствие буферных свойств молока pH кефира, выработанного термостатным способом, в конце сквашивания при титруемой кислотности 75-800Т составляет лишь 4,85–4,75, а при pH сгустка в процессе производства творога жирного при кислотности 58-600Т – 5,15–5,05. При таком pH возможно развитие молочнокислых стрептококков и накопление ароматических веществ. Аналогично при выработке твердых сыров pH сырной массы после прессования 5,2-5,6, что объясняется большим содержанием в ней белков, буферная способность которых при протеолизе увеличивается.
Окислительно – восстановительный потенциал.
Е – является количественной мерой окисляющей или восстанавливающей способности молока.
Е – нормального свежего молока 0,25–0,3 В (250-350 мВ). Молоко содержит ряд химических элементов, способных отдавать или присоединять электроны (атомы Н2): аскорбиновую кислоту, цистеин, рибофлавин, молочную кислоту, коферменты, окислительно-восстановительных ферментов, О2, металлы и пр. Окислительно-восстановительные условия в молоке зависят от концентрации ионов Н2 и поэтому их выражают условным показателем rH2, то rH2 =23,2.
Если в свежем молоке Е=0,3 В, а рН = 6,6, то rН2 =23,2. Значит свежее молоко – это среда со слабыми восстановительными свойствами. В нейтральной среде rН2 
28. Если rН2 >28, то среда обладает окислительной способностью.
Усиление восстановленных свойств молока, т.е. падение окислительно-восстановительного потенциала и rH2 вызывают тепловая обработка, развитие микроорганизмов и т.д. Так, молочнокислые бактерии при развитии в молоке понижают величину Е до -60÷120 мВ, а в твердых сырах до -150÷170 мВ и ниже. Развитие в сыром молоке многочисленных микроорганизмов вызывает резкое снижение окислительно-восстановительного потенциала, на изменение величины которого основана редуктазная проба. При определенном значении Е индикаторы (метиленовый голубой или резазурин), внесенные в молоко, восстанавливаются, обесцвечиваясь или изменяя окраску. Чем больше бактерий содержится в сыром молоке, тем быстрее падает окислительно-восстановительный потенциал, и восстанавливаются добавленные реактивы.
Повышению окислительно-восстановительного потенциала, т.е. усилению окислительный свойств молока, способствует металлы (Сu, Fe) и аэрация (перемешивание). От величины окислительно-восстановительного потенциала зависят интенсивность протекания молочных продуктах (сыры, кисломолочные продукты) биохимических процессов, (протеолиз, распад АК, лактозы, липидов) и накопление ароматических веществ (диацетила).
Возникновение в молоке и молочных продуктах таких пороков вкуса, как окисленный, металлический и скалистый привкусы, обусловлены повышением окислительно-восстановительного потенциала среды.
Резко повышают окислительно-восстановительный потенциал металлы (Cu, Fe). Сульфгидрильные группы снижают окислительно-восстановительный потенциал и предотвращение появления в продуктах пороков, связанных с окислением молочного жира.
Физические свойства молока
Плотность - это отношение массы вещества к занимаемому им объёму. Плотность молока зависит от плотности его компонентов и изменяется от 1015 до 1033 кг/м3.
Белки, углеводы, минеральные вещества повышают, а жир понижает плотность молока.
Плотность обезжиренного молока выше плотности цельного молока и равна 1033-1038 кг/м3. Повышение плотности молока выше 1030 к/м3 при низкой жирности говорит о фальсификации - подснятии сливок или добавлении обезжиренного молока.
При добавлении к молоку воды его плотность уменьшается (и будет, как правило, ниже 1027 кг/м3). Каждые 10% добавленной к молоку воды снижают его плотность на 3 кг/м.3
Плотность молока изменяется под влиянием многих факторов: лактационного периода, условий содержания, породы коров, состояния их здоровья и др. Впервые дни после отдела молоко (молозиво) характеризуется высоким содержанием белковых веществ, вследствие чего плотность его достигает 1040 кг/м3. Плотность молока, определённая сразу после доения, ниже плотности остывшего молока на 0,8-1,5 кг/м3. Это объясняется удалением растворённых в молоке газов. Плотность цельного молока при колебаниях температуры изменяется сильнее, чем плотность обезжиренного молока, так как коэффициент расширения молочного жира значительно выше, чем воды.
Определяют плотность различными методами, технометрическими, ареометрическими и гидростатическими весами.
Плотность молока изменяется от содержания от содержания сухих веществ и жира. Сухие вещества повышают плотность, а жир понижает. На плотность оказывают влияние гидратация белков и степень отвердевания жира. Последнее зависит от температуры, способа обработки и частично от механических воздействий. С повышением температуры плотность молока уменьшается. Это объясняется, прежде всего, изменением плотности воды – главной составной части молока.
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 трудоёмкого и длительного определения сухих веществ путём сушки при 105ºС. Для чего используют формулы перерасчёта:
С= 
; (2)
СОМО=Ж+А+ 0,76; (3)
где С – массовая доля сухих веществ, %
СОМО – массовая доля сухого обезжиренного молочного остатка, %;
Ж - массовая доля жира, %;
А - плотность в градусах ареометра, (ºА)
4.9; 4; 0.5; 0.76 - постоянные коэффициенты.
Плотность отдельных молочных продуктов, как и плотность молока, зависит от состава.
Плотность молока изменяется при фальсификации - при добавлении Н2О понижается, и повышается при снятии сливок или разбавлении обезжиренным молокам. Поэтому по величине плотности косвенно судят о натуральности молока при подозрении на фальсификацию. Однако молоко не удовлетворяющее требования ГОСТ Р 52054-2003 по плотности, т.е ниже 1,027 г/см³, но цельность которой подтверждена стойловой пробой, принимается как сортовое.
Вязкость – это свойство среды оказывать сопротивление относительному перемещению её слоёв. Выражают вязкость в паскаль в секундах (Па×с). Вязкость молока при 20ºС в среднем равна 0,0018 Па×с.
Вязкость молока обусловливается присутствием в нём сухих веществ и зависит от физико-химических свойств молока, лактационного периода и состояния животного, продолжительности хранения молока, кислотности, степени механического воздействия на него и других факторов. Изменение коллоидного состояния белков молока в первую очередь изменяет величину вязкости. Вязкость молока увеличивается при слиянии жировых шариков, а при раздроблении их уменьшается. С повышением температуры молока до 40-45ºС его вязкость снижается. При дальнейшем повышении температуры молока, начиная с 65ºС, а вязкость молока увеличивается в результате необратимой денатурации сывороточных белков.
Вязкость или внутреннее трение нормального молока при 20ºС в среднем составляет 1,8×10-3 Па×с. Она зависит главным образом от содержания казеина и шариков жира, дисперсности мицелл казеина и шариков жира, степени из гидратации и агрегирования сывороточные белки и лактоза незначительно влияют на вязкость.
Поверхностное натяжение возникает в жидкостях на поверхности раздела фаз, например на границе жидкость - воздух. Поверхностное натяжение молока значительно меньше, чем воды. Это объясняется наличием в молоке таких поверхностно - активных веществ, как белки и фосфолипиды.
Поверхностное натяжение непостоянно и зависит от таких факторов, как химический состав молока, продолжительность хранения перед измерением и температура. Образование пены на поверхности молока связанно с поверхностными явлениями.
Поверхностное натяжение молока ниже поверхностного натяжения Н2О (равно 5×10-3 Н/м при температуре 20ºС). Более низкое по сравнению с Н2О значение поверхностного натяжения объясняется наличием в молоке 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 технической обработки и т.д.
Так, поверхностное натяжение снижается при нагревании молока и особенно сильно при его гидролизе. Так как в результате гидролиза жира образуют ПАВ - жирные кислоты, ди- и моноглицериды, понижающие величину поверхностной энергии.
Температура кипения молока несколько выше Н2О вследствие наличия в молоке солей отчасти сахара. Она равна 100,2ºС.
Теплофизические и оптические свойства молока. Они характеризуются теплопроводностью, теплоёмкостью и температуропроводностью.
Для расчётов затрат теплоты или холода на нагревание или охлаждение молока и молочных продуктов необходимо знать их теплофизические свойства. Наиболее важными из них являются удельная теплоёмкость, коэффициенты теплопроводности и температуропроводности, которые связанны между собой соотношением:
А = λ(С× ρ), (4)
где а – коэффициент температуропроводности, м²/с;
А - коэффициент теплопроводности, Вт/(м×К);
С - удельная теплоёмкость, ДЖ/(кг×К)
ρ – плотность продукта, кг/м³.
Теплофизические свойства молока и молочных продуктов зависят от температуры, содержания сухих веществ, воды и т.д.
Удельная теплоёмкость цельного молока в интервале температур 273-333К (0 - 60ºС) изменяется незначительно, она является постоянной и равна 3900 Дж\(кг×К) или 3,9 кДж\(кг×К). Удельная теплоёмкость сливок уменьшается с увеличением жирности.
Коэффициент теплопроводности молока λ при 20ºС равен ~ 0,5 Вт/(м×К).
Она увеличивается с повышением температуры и её можно рассчитать по формуле:
λ= 0,22+ 0,0011Т (5)
Оптические свойства молока (показатель преломления). Они проявляются в способности молока к лучепреломлению благодаря тому, что составные части молока способны к рассеиванию света. Молоко имеет желтовато-белый цвет, интенсивность желтоватой окраски обусловлена наличием в нём жира.
На оптических свойствах основан метод определения концентрации молочного сахара в молоке, содержания сухих веществ по сахарозе и пр.
Показатель преломления – представляет собой постоянную вещества при определённой температуре и определённой длине волны и служит для идентификации чистых жидкостей. Молоко непрозрачно из-за присутствия в ней жира и белка. Жировые шарики отражают большую часть падающего света, поэтому перед проведением рефрактометрических исследований следует удалить жир из молока. Но и казеин делает нечёткой разделительную линию в рефрактометре, и тоже влияет на результаты измерения.
Показатель преломления обезжиренного молока при 20ºС колеблется от 1,344 до 1,348. Он складывается из показателей преломления воды (1,3329) и составных частей обезжиренного остатка молока – лактоза, казеина, сывороточных белков, солей, небелковых азотистых соединений, и прочих компонентов. Поэтому по величине показателя преломления молока и молочной сыворотки с помощью специальных рефрактометров можно контролировать содержание в молоке СОМО, белков, лактозы. Например, количество белков определяют по разности между показателями преломления исследуемого молока и на его сыворотке после осаждения белков раствором CaСl2 при кипячении, а содержание СОМО - разности между показателями преломления молока и дистиллированной воды.
С помощью рефрактометрического метода можно осуществлять косвенный контроль натуральности молока. Показатель преломления (число рефракций) сыворотки, натурального молока является величиной относительно постоянной, равной 1,342-1,343. При добавлении к молоку воды число рефракций молочной сыворотки понижается пропорционально количеству добавленной воды - в среднем на 0,2 ед. на каждый % воды.
Большее значение имеют рефрактометрические исследования для определения числа преломления молочного жира, и, следовательно, для быстрого нахождения йодного числа.
Осмотическое давление – это избыточное гидростатическое давление молока, препятствующее диффузии воды через полупроницаемую перегородку (мембрану). На осмотическое давление оказывают влияние лишь вещества, находящиеся в молоке в виде истинного раствора; другие вещества, например жир и белок, не влияют на эту характеристику.
Осмотическое давление меняется при фальсификации молока, повышении его кислотности, изменении химического состава в зависимости от времени лактации и других причин.
Осмотическое давление тесно связано с температурой замерзания молока.
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) обуславливается главным образом высокодисперсными веществами: лактозой (на молочный сахар приходится около 50….60 % всей величины давления) и ионами солей – преимущество 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:
; (6)
где Δt – 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 (Δt=0.54) его осмотическое давление составит Росм=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 пере концом лактации или при его заболевании) количества другого важного компонента – лактозы.
Температура замерзания и кипения. Температура кипения молока немного выше 100˚С и равна 100,2˚С. Температура замерзания молока ниже температуры замерзания воды и в среднем составляет - 0,54˚С. Обычно она колеблется в небольших пределах и меняется лишь при значительном изменении химического состава молока в начале и конце лактационного периода и при заболевании животных.
Значительно меняется температура замерзания молока и при его разбавлении водой – повышается пропорционально количеству добавленной воды. На изменении температуры замерзания молока основан криоскопический метод контроля натуральности или установления фальсификации молока.
Температура замерзания молока также довольно постоянная величина и колеблется в узких пределах от –0,505 до -0,575˚С. Она зависит от химического состава молока, поэтому может меняться в течение лактационного периода, при заболевании животных, а также при разбавлении молока водой, добавлении к нему соды и при повышении кислотности. По данным Г. С. Инихова, температура замерзания молока понижается в начале лактации (-0,58˚С).
Внесение в молоко 1 % воды повышает среднюю температуру замерзания молока (-0,54˚С) немногим более чем на 0,006˚С (табл.2).
Принцип измерения температуры замерзания молока лежит в основе криоскопического метода контроля натурального молока.
Таблица 2 - Влияние степени разбавления молока водой на температуру замерзания
| Степень разбавления молока водой, % | Температура замерзания молока, ˚С | Степень разбавления молока водой, % | Температура замерзания молока, ˝С |
| -0,540 -0,534 -0,529 -0,524 -0,518 -0,513 -0,508 | -0,502 -0,497 -0,491 -0,486 -0,459 -0,432 -0,405 |
Электропроводность. Она зависит от солевого состава и для нормального молока – величина постоянная. При заболеваниях животного и, особенно при мастите и туберкулезе вымени электропроводимость молока резко увеличивается. Молоко в начале лактации имеет минимальную электропроводность, в конце – максимальную.
Удельная электропроводность молока в среднем составляет 48×10ˉ2 См/м с колебаниями от 40×10ˉ2 до 60×10ˉ2 См/м. Ее обуславливают главным образом ионы – CIˉ, Na+, K+, H+, Ca²+ 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.
Органолептические свойства. Свежее сырое молоко характеризуется определенными органолептическими или сенсорными показателями: внешним видом, консистенцией, цветом, вкусом и запахом. Молоко должно быть однородной жидкостью без осадка и хлопьев, белого или светло-жёлтого цвета, без посторонних, несвойственных молоку привкусов и запахов. Вкус сырого нормального молока специфичный, приятный, слабый и его трудно охарактеризовать. Специфические запах и вкус молока, обуславливают содержащиеся в нём углеводы, липиды, белки, минеральные вещества, диоксид углерода и различные летучие вещества.
Наличие в молоке – сырье ряда пороков его консистенции, вкуса, запаха, цвета неизменно приводит к появлению аналогичных пороков в готовом продукте и снижению его качества.
Контроль органолептических показателей производят по 5-ти бальной шкале.