Характеристика физико-химических свойств молока и молочной сыворотки .

 

Молоко характеризуется следующими основными физико-химическими показателями: титруемой и активной кислотностью, плотностью, вязкостью, поверхностным натяжением, осмотическим давлением, температурой замерзания, электропроводностью, диэлектрической постоянной, температурой кипения, светлопреломлением. По изменению физико-химических свойств можно судить о качестве молока.

Общая (титруемая) кислотность является важнейшим показателем свежести молока. Титруемая кислотность отражает концентрацию составных частей молока, имеющих кислотный характер. Она выражается в градусах Тернера (°Т) и для свежевыдоенного молока составляет 16-18 °Т. Основными компонентами молока, обусловливающими титруемую кислотность, являются кислые фосфорно-кислые соли кальция, натрия, калия, лимоннокислые соли, углекислота, белки. На долю участия белков в создании титруемой кислотности молока приходится 3-4 °Т. При хранении молока титруемая кислотность увеличивается за счет образования молочной кислоты из лактозы. Однако кислый характер молока определяют не только ионы водорода, которые образуются в результате электролитической диссоциации содержащихся в молоке кислот и кислых солей.

Активная кислотность является одним из показателей качества молока. Активная кислотность (рН) определяется концентрацией водородных ионов. Для свежего молока рН находится в пределах 6,4-6,7, т. е. молоко имеет слабокислую реакцию.

От значения рН зависит коллоидное состояние белков молока, рост полезной и вредной микрофлоры, термоустойчивость молока, активность ферментов.

Молоко обладает буферными свойствами благодаря наличию белков, гидрофосфатов, цитратов и диоксида углерода. Это доказывается тем, что, несмотря на повышение титруемой кислотности, рН молока до определенного предела не изменяется. Под буферной емкостью молока понимают количество 0,1н кислоты или щелочи, необходимое для изменения рН среды на 1 ед. При образовании молочной кислоты сдвигается равновесие между отдельными буферными системами и снижается рН. Молочная кислота растворяет также коллоидный фосфат кальция, что приводит к повышению содержания титруемых гидрофосфатов и увеличению действия кальция на результат титрования.

Плотность молока — это отношение массы молока при температуре 20 °С к массе того же объема воды при температуре 4 °С. Плотность сборного коровьего молока находится в диапазоне 1,027-1,032 г/см3. На плотность молока влияют все составные части, но в первую очередь, белки, соли и жир.

Плотность молочного жира — 0,931, белка — 1,451, лактозы — 1,545, солей — 3. Таким образом, подснятие жира повышает плотность, разбавление водой — понижает. При добавлении воды к молоку в количестве 10% плотность уменьшается на 0,003 ед., поэтому может находиться в пределах Колебания плотности молока. Достоверно фальсификацию молока водой можно определить по плотности, если добавлено 15% воды.

Осмотическое давление молока довольно близко к осмотическому давлению крови и составляет около 0,74 МПа. Главную роль в создании осмотического давления играют молочный сахар и некоторые соли. Жир в создании осмотического давления не участвует, белку принадлежит ничтожная роль. Осмотическое давление молока благоприятно для развития микроорганизмов. Оно тесно связано с температурой замерзания (криоскопической температурой). Температура замерзания, как и осмотическое давление молока, у здоровых коров практически не меняется. Поэтому по криоскопической температуре можно достоверно судить о фальсификации (разбавлении водой) молока. Криоскопическая температура молока ниже нуля и в среднем составляет -0,55-0,56 °С.

Вязкость молока почти в 2 раза больше вязкости воды и при 20 °С для разных видов молока она составляет 1,67-2,18 сП. Самое сильное влияние на показатель вязкости оказывают количество и дисперсность молочного жира и состояние белков.

Поверхностное натяжение молока приблизительно на одну треть ниже поверхностного натяжения воды. Оно зависит прежде всего от содержания жира, белков. Белковые вещества снижают поверхностное натяжение и способствуют образованию пены.

Оптические свойства выражаются коэффициентом рефракции, который составляет 1,348. Зависимость коэффициента преломления от содержания сухих веществ используют для контроля СОМО, белка и определения йодного числа рефрактометрическими исследованиями.

Диэлектрическая постоянная молока и молочных продуктов определяется количеством и энергией связи влаги. Для воды диэлектрическая постоянная 81, для молочного жира 3,1-3,2. По диэлектрической постоянной контролируют содержание влаги в масле, сухих молочных продуктах. Температура кипения молока 100,2 °С.

Таблица 5 – Физико-химические показатели молока и молочной сыворотки

Показатель	Молоко цельное	Молочная сыворотка (подсырная)	Молочная сыворотка (творожная)	Молочная сыворотка (казеиновая)
Содержание сухих веществ, %, не менее	11 – 12,5	4,5 – 7,2	4,2 – 7,7	4,5 – 7,5
В том числе:
Лактозы	4,8	3,9 – 4,9	3,2–5,2	3,2 – 5,2
Белка	3,3 – 3,6	0,5 – 1,1	0,5 – 1,4	0,5 – 1,5
Жира	3,5 – 3,7	0,3 – 0,8	0,5 – 0,8	0,3 – 0,9
минеральных веществ	0,7 – 0,8	0,05 – 0,5	0,05 – 0,4	0,02 – 0,1
Кислотность, оТ	16 – 18	15 – 25	50 – 85	50 – 120
Плотность, кг / м3	1027 – 1029	1018 – 1027	1019 – 1026	1020 – 1025

В молочной сыворотке более 30 макро-, микро- и ультрамикроэлементов. В нее переходят практически все витамины молока и в первую очередь водорастворимые, а некоторые (например, холин) даже накапливаются.

Белки, содержащиеся в молочной сыворотке, по своему составу относятся к наиболее ценным белкам животного происхождения, являясь источником незаменимых аминокислот. Лактоза представляет собой уникальный вид углевода, играющего важную физиологическую роль в организме, который в природе больше нигде кроме молочного сырья не встречается.

Анализ белкового, углеводного и липидного комплексов свидетельствует о высокой ценности молочной сыворотки как пищевого сырья, промышленная переработка которого необычайно перспективна и экономически целесообразна.

В трудах многих врачей далекого прошлого имеются рекомендации и утверждения о лечебных свойствах пахты, молочной сыворотки и обезжиренного молока. Уже в древности были известны и определены преимущества этих продуктов при назначении диетического питания больным, страдающим сердечно-сосудистыми заболеваниями и ожирением.

Одним из наиболее ценных компонентов молока являются сывороточные белки, содержание которых достигает в сыворотке 1%. Сывороточные белки (альбумины и глобулины) обладают ценнейшими биологическими свойствами, они содержат оптимальный набор жизненно необходимых аминокислот и с точки зрения физиологии питания приближаются к аминокислотной шкале «идеального» белка, т.е. белка, в котором соотношение аминокислот соответствует потребностям организма. Содержащиеся в сыворотке полипептиды используются при построении белков организма.

В молочной сыворотке присутствует в небольшом количестве жир (0,1 – 0,2 %), однако его ценность состоит в том, что он диспергирован до шариков с диаметром менее 2 мкм. Молочная сыворотка отличается высоким содержанием минеральных солей, макро- и микроэлементов. На основе молочной сыворотки можно производить множество биологически полноценных продуктов и напитков [13].

Использование сывороточных белков позволяет получить натуральный молочный продукт. Особенно это актуально при производстве комбинированных продуктов. Белки подчеркивают свойства заквасок: продукт приобретает более выраженный вкус и аромат. Их применение повышает вязкость продукта, улучшает структуру сгустка и снижает способность к синерезису.

Для решения проблемы обеспечения населения полноценными, доступными и безопасными продуктами питания в настоящее время усиленно проводятся исследования и научные работы в целях создания новых видов молочных продуктов. Для их разработки используется молочное белково-углеводное сырье, поскольку в него переходит значительное количество веществ, которые с точки зрения биологических потребностей организма человека, имеют важное физиологическое значение.

Совершенствование технологических процессов, а также широкая переработка молочного белково-углеводного сырья способствует повышению пищевой ценности продуктов питания при одновременном решении ряда вопросов рационального использования сырья и охраны окружающей среды. В связи с этим, исследования, направленные на разработку и внедрение в производство продуктов питания на основе принципов комплексной безотходной переработки молока, являются актуальными.

Подсырная сыворотка - ценное пищевое сырье, включающее все компоненты молока. В подсырную сыворотку переходит около 50 % сухих веществ молока, в том числе 88-94 % молочного сахара, 20-25 % белковых веществ, 6-12 % молочного жира, 59-65 % минеральных веществ. Состав подсырной сыворотки приведен в табл.6.

Табл.6. Состав подсырной сыворотки.

Содержание, %	Пределы колебаний	Среднее значение
сухие вещества	4,5-7,2	6,5
белковые вещества	0,5-1,1	0,7
лактоза	3,9-4,9	4,5
молочный жир	0,3 -0,5	0,4
минеральные вещества	0,3-0,8	0,6

Состав углеводов молочной сыворотки аналогичен углеводному составу молока: моносахариды (глюкоза, галактоза и др.), их производные, дисахарид - лактоза и более сложные олигосахариды. Основным углеводом сыворотки является лактоза, моносахариды присутствуют в ней в меньшем количестве, олигосахариды - в виде следов.

 

Массовая доля азотсодержащих веществ в подсырной сыворотке колеблется от 0,5 до 1,1 %. Важнейшими белками, содержащимися в сыворотке, являются β-лактоглобулин, α-лактоальбумин, альбумин сыворотки крови, иммуноглобулины и протеозопептоны. Кроме того, в подсырной сыворотке содержится полипептид, представляющий собой отделившуюся часть молекулы к-казеина. В виде следов присутствуют также в сыворотке различные ферменты и железосодержащие белки. В зависимости от условий производства и хранения в сыворотке может обнаруживаться ряд чужеродных белков микробного происхождения. Классификация и свойства сывороточных белков приведены в табл.7.

Табл.7 Классификация и свойства сывороточных белков.

Наименование сывороточных белков	Молекулярная масса	Изоэлектрические точки, рН	Температура денатурации °С
β-лактоглобулин		5,3	70-75
α-лактоальбумин		4,2-4,5
Альбумин сыворотки кроки		4,7
Иммуноглобулины	150000-163000	5,5-6,8
Протеозопептоны	4000-41000	3,3-3,7	Свыше 100

Сывороточные белки содержат больше незаменимых аминокислот, чем казеин, и поэтому они считаются наиболее ценной частью белков молока.(рис.2)

Рис. 2 незаменимые аминокислоты сывороточных белков.

Выделеннные из сыворотки сывороточные белковые вещества могут служить дополнительным источником незаменимых аминокислот, таких, как аргинин, гистидан, метионин, лизин, треонин, триптофан, лейцин и изолейцин. Кроме того, сыворотка содержит 0,1-0,6 % казеиновой пыли (в среднем 0,5 %). Это частицы казеина размером менее 1 мм, образовавшиеся в результате дробления сырного зерна.

Содержание молочного жира в сыворотке, полученной при производстве сыров, составляет 0,3-0,6%. Эта величина зависит как от вида вырабатываемого сыра и физико-химических показателей сырья, так и от факторов, определяющих ход технологических процессов. Молочный жир в сыворотке диспергирован больше, чем в цельном молоке, что положительно влияет на его усвояемость.

 

В подсырной сыворотке минеральных веществ несколько меньше, чем в цельном молоке, так как часть солей и микроэлементов переходит в основной продукт - сыр. Содержание минеральных веществ колеблется в пределах 0,3-0,8 %. Минеральные вещества в подсырной сыворотке находятся в различной форме истинного и молекулярного растворов, коллоидном и нерастворимом состоянии в виде солей органических и неорганических кислот.

Минеральный состав сыворотки, мг/%

Na	К	Ca	Mg	P	Zn	Fe	Си	Mn
45,5		36,6	6,5		11∙10-3	89 ∙10-3	3,5∙10-3	0,6∙10-3

Из катионов в сыворотке преобладают калий, натрий, кальций, магний, из анионов - остатки лимонной, фосфорной и молочной кислот.

В подсырную сыворотку из молока переходят как жирорастворимые, так и водорастворимые витамины, причем водорастворимые витамины переходят в значительно большей степени, чем жирорастворимые. Так, степень перехода (в %) составляет: тиамина (B1) - 88 %, рибофлавина (В2) - 91 %, кобалина (В12) - 58 %, аскорбиновой кислоты (С) - 78 %, ретинола (А) - 11 %, токоферола (Е) - 32 %.

Специфический желтовато-зеленоватый цвет подсырной сыворотки обусловлен наличием рибофлавина. Содержание витаминов в сыворотке подвержено колебаниям и при хранении резко снижается.

 

Из органических кислот в сыворотке присутствуют молочная, лимонная, нуклеиновая и летучие жирные кислоты - уксусная, муравьиная, пропионовая, масляная.

Подсырная сыворотка характеризуется следующими физическими свойствами:

Плотность, кг/м3	1022-1027
Вязкость, Па∙с	1,55-1,66∙103
Теплоемкость, кДж/(кг∙К)	4,8
рН	6,2-6,3
Коэффициент теплопроводности, Вт/(м∙град)	0,54 I 4,6∙10-4
Температура замерзания, °С	0,575

Энергетическая ценность сыворотки составляет 36 % энергетической ценности цельного молока, однако биологическая ценность примерно та же, что обусловливает не только возможность, но и целесообразность ее использования в питании вообще и особенно в диетическом.