- •Российской федерации
- •Тема 1. Роль отечественных ученых в развитии науки
- •Тема 11. Физико-химические, органолептические и техноло-
- •Тема 12. Физико-химические изменения молока при его
- •Тема 13. Физико-химические и биохимические изменения
- •Тема 1. Роль отечественных ученых в развитии науки «химия и физика молока»
- •Контрольные вопросы
- •Тема 2. Современное состояние молочной промышленности, основные направления развития технологии молочных продуктов и задачи исследований в области химии и физики молока
- •Тема 3. Роль молока и молочных продуктов в питании человека. Экономические аспекты рационального использования молока в производстве молочных продуктов
- •Тема 4. Общая характеристика химического состава молока
- •Компоненты молока
- •10.Как изменяются состав и свойства молока при заболеваниях коров маститом?
- •Тема 5. Белки молока
- •ИrG1 (1,2-3,3%) b-лактоглобулин Электрофо- мочевина
- •5.2. Структура белков
- •5.3. Состав белков: элементарный и аминокислотный
- •5.4. Физико-химические свойства белков
- •5.5. Химические свойства белков
- •5.6. Биосинтез белков в молочной железе
- •Контрольные вопросы
- •Тема 6. Липиды молока
- •6.1. Значение липидов. Классификация
- •6.2. Глицеридный состав молочного жира
- •6.3. Жирнокислотный состав молочного жира
- •6.4. Физико-химические свойства молочного жира
- •6.5. Химические свойства молочного жира
- •6.6. Фосфолипиды, стерины и другие липиды
- •6.7. Биосинтез липидов
- •Контрольные вопросы
- •Тема 7. Углеводы молока
- •7.1. Общая характеристика углеводов молока. Значение лактозы
- •7.2. Структура лактозы, ее изомерные формы и физические свойства
- •7.3. Химические свойства лактозы
- •7.4. Биосинтез лактозы
- •Контрольные вопросы
- •Тема 8. Минеральные вещества молока
- •8.1. Общая характеристика минеральных веществ. Солевой состав молока
- •Ионы Макроэлементы Микроэлементы
- •8.2. Солевое равновесие молока. Факторы, влияющие на солевое равновесие
- •8.3. Роль макро- и микроэлементов в молоке и молочных продуктах
- •Контрольные вопросы
- •Тема 9. Биологически активные и другие вещества молока
- •Витамины молока и их биологическая роль
- •Гормоны и газы
- •Контрольные вопросы
- •Тема 10. Молоко как полидисперсная система
- •10.1. Общая характеристика дисперсных систем
- •10.2. Молоко как коллоидная система
- •10.2.1. Структура мицелл казеина, обусловливающая коллоидное состояние золя
- •10.2.2. Условия дестабилизации коллоидного состояния золя и формирование геля при различных способах коагуляции
- •10.3. Молоко как эмульсия жира в плазме
- •10.3.1. Факторы агрегативной устойчивости жировой эмульсии
- •10.3.2. Факторы нарушения устойчивости жировой эмульсии
- •10.4. Молоко как истинный раствор
- •Контрольные вопросы
- •Тема 11. Физико-химические, органолептические и технологические свойства молока
- •Плотность
- •Титруемая кислотность
- •11.3. Активная кислотность и буферные свойства
- •Окислительно-восстановительный потенциал
- •Вязкость и поверхностное натяжение
- •Осмотическое давление и температура замерзания молока
- •Электропроводность и теплофизические свойства
- •Органолептические свойства
- •Технологические свойства
- •Контрольные вопросы
- •Тема 12. Физико-химические изменения молока при его хранении и обработке
- •10.Какие изменения происходят в солевой системе при тепловой обработке молока?
- •11.Какие изменения происходят в жировой фазе при тепловой обработке молока?
- •12.Как изменяется активность ферментов при тепловой обработке молока?
- •Тема 13. Физико-химические и биохимические изменения составных частей молока
- •3 Надф`
- •2Адф Ацетат Ацетальдегид
- •2Атф надф·н2
- •2 Пентозо-5-фосфат атф
- •13.2.4. Изменения липидных компонентов
- •Контрольные вопросы
- •Библиографический список
Ионы Макроэлементы Микроэлементы
Катионы Анионы Катионы Анионы или
К+ хлорид – Cl` Fe++, Cu++, анионообра-
N+ сульфат – SO4`` Ba++, Sr++, зующие
Ca++ фосфаты – PO4``` Co++, Mn++, элементы
Mg++ HPO4``, H2PO4` Zn++, Mo++ F`, J`, Br`, B,
карбонат-HCO3` Al+++, Cr+++ Si, Se
цитраты – C6H5O7```,
C6H6O7``, C6H7О7`
Содержание макроэлементов в молоке составляет (мг в 100 см3 молока):
Среднее Пределы
значение колебаний
Кальция 120 (100-150)
Фосфора 95 (75-120)
Калия 145 (100-185)
Натрия 50 (35-70)
Магния 14 (10-35)
Хлорида 110 (80-200)
Сульфата 29 (20-60)
Карбоната 20 (12-25)
Цитратов 175 (130-200)
На содержание ионов в молоке влияют следующие факторы: индивидуальные особенности, стадия лактации, порода, рационы кормления, состояние здоровья животных. Особенно заметны изменения минерального состава в начале и конце лактационного периода. Молозиво содержит больше кальция, фосфатов, магния, хлоридов и натрия, а калия меньше, чем в нормальном молоке. К концу лактации резко увеличивается содержание хлоридов, кальция, фосфатов, что заметно по вкусу молока. При заболеваниях маститом увеличивается содержание хлоридов и натрия.
8.2. Солевое равновесие молока. Факторы, влияющие на солевое равновесие
Возможные комбинации ионов для образования солей позволяют, говоря об ионах натрия, калия, сульфатах и хлоридах, сделать вывод о том, что они присутствуют в молоке в форме свободных ионов, так как соответствуют солям сильных оснований и сильных кислот, которые диссоциируют практически на 100%.
Все соли натрия и калия (хлориды, гидро- и дигидрофосфаты, цитраты) содержатся в молоке в ионном состоянии.
NaCl ↔ Na+ + Cl`; Na2HPO4 ↔ 2Na+ + HPO4``;
NaH2PO4 ↔ Na+ + H2PO4`; C6H5O7Na3 ↔ 3Na+ + C6H5O7```
Хлориды натрия и калия обусловливают осмотическое давление молока и электропроводность, а фосфаты и цитраты входят в состав буферных систем молока. Кроме того, фосфаты и цитраты калия и натрия создают в молоке условия для растворения плохо растворимых в воде солей кальция и магния, то есть обеспечивают солевое равновесие молока: определенное соотношение между ионами кальция и анионами фосфорной и лимонной кислот, способствующими его растворению. От этого зависит количество ионизированного кальция, который в свою очередь влияет на дисперсность мицелл казеина и их трермоустойчивость.
Кальций присутствует в молоке в основном в коллоидной форме: около 30 % - в виде коллоидного фосфата кальция и около 40% - в составе казеинаткальцийфосфатного комплекса. На долю истинного раствора приходится от 29 до 33% всего кальция и лишь 7-10% его ионизировано.
Магний в основном присутствует в истинном растворе (от 73 до 82% всего магния), однако лишь 16% всего магния ионизировано. Остальное количество магния входит в состав коллоидного фосфата магния, а также связано с казеином.
Фосфор в молоке содержится в следующих соединениях: неорганические соли в виде истинного раствора – 33%; органические эфиры в виде истинного раствора – 7%; казеинаткальцийфосфатный комплекс – 20%; неорганические соли в виде коллоидного раствора – 38,5 %; липиды – 1,5%. Таким образом, в виде истинного раствора находится около 40% всего фосфора, остальное его количество – в коллоидном состоянии. Соотношение различных форм кальция и фосфора в молоке играет важную роль в поддержании определенной степени дисперсности и гидратации белковых частиц, их стабилизации при тепловой обработке и при сычужном свертывании молока. Кроме того, это соотношение очень важно для усвоения кальция в организме.
В истинном растворе кальций присутствует в форме солей слабых кислот – в основном фосфатов и цитратов. Фосфаты кальция присутствуют в форме:
фосфатов – Са3(РО4)2 – в очень незначительном количестве;
гидрофосфатов – СаНРО4 – преобладают в молоке;
дигидрофосфатов – Са(Н2РО4)2 – в небольшом количестве (более растворимы).
Если рассчитать отношение при рН 6,6 (активная кислотность молока) и константе диссоциации фосфорной кислоты – 12,32, то эта величина составит 0,000002, что свидетельствует о преобладании ионов гидрофосфатов в молоке. В форме дигидрофосфатов присутствует лишь небольшая часть фосфатов, а ионы РО4``` содержатся в очень незначительном количестве.
Если провести соответствующие расчеты концентрации гидрофосфатов в молоке, с учетом содержания в нем кальция, можно убедиться, что часть однокальциевого фосфата не находится в истинном растворе. Но поскольку в молоке нет осадка нерастворимых солей, то эта часть фосфата может присутствовать в нем только в коллоидном состоянии. Между истинно-растворимыми и присутствующими в коллоидной форме кальциевыми фосфатами существует равновесие:
nCaHPO4 ↔ [CaHPO4]n
истинно ↔ коллоидно
растворимый растворимый
При нарушении равновесия, например при удалении истинно растворимого кальция, часть его из коллоидной формы переходит в ионное состояние.
Равновесие солевой системы молока в процессе его обработки и переработки может нарушаться. Важнейшими факторами, обусловливающими нарушение солевого равновесия молока, являются тепловая обработка, степень концентрирования и величина рН.
С повышением температуры, как правило, наблюдается улучшение растворимости солей и повышение степени электролитической диссоциации. Однако, растворимость некоторых солей, например фосфатов и цитратов кальция, при нагревании ухудшается, они переходят в нерастворимую форму и выпадают в осадок.
3Са++ + 2НРО4`` → Ca3(PO4)2 ↓ +2H+
При этом происходит и некоторое увеличение концентрации ионов водорода. Это явление имеет место при пастеризации молока. В результате нарушения солевого равновесия часть кальция из коллоидной формы переходит в растворимое состояние. В этой связи в практике производства белковых молочных продуктов (сыры, творог, белковые концентраты) используют технологический прием – внесение раствора хлорида кальция для обеспечения необходимого количества ионизированного кальция, участвующего в сычужном свертывании молока.
Концентрирование молока означает увеличение концентрации всех компонентов, в том числе и солей (имеет место в производстве сгущенных молочных продуктов). Так как в свежем молоке предел растворимости некоторых солей превышен, то при концентрировании молока они должны переходить из истинного раствора в коллоидную форму. Однако с образованием коллоидного фосфата кальция одновременно наблюдается увеличение концентрации ионов водорода (за счет реакций замещения водорода в карбоксильных группах белка). Увеличение концентрации ионов водорода приводит к образованию дигидрофосфатов из гидрофосфатов НРО4``+ H+ → H2PO4`.
Поскольку дигидрофосфаты более растворимы в воде, то происходит увеличение концентрации солей в истинно растворимой фазе. Следовательно, концентрирование способствует повышению концентрации как истинно растворимых, так и коллоидных форм ионов. Увеличение концентрации ионов, особенно кальция, ведет к дестабилизации казеинового комплекса (в связи с повышенной плотностью своего заряда ионизированный кальций отнимает у белка гидратную воду). Поэтому для стабилизации белковой фазы в молоке, с целью предотвращения тепловой коагуляции белка, в производстве сгущенных и стерилизованных продуктов сознательно нарушают солевое равновесие путем обработки исходного молока на ионнообменных смолах (замена Са++ на Nа++) или добавления натриевых солей фосфорной или лимонной кислот (солей-стабилизаторов). Анионы этих кислот связывают ионизированный кальций, переводя его в нерастворимое состояние. При этом гидрофильность белковых частиц повышается.
Изменение величины рН в сторону снижения по сравнению с нативным молоком (например, при хранении молока) приводит к увеличению концентрации дигидрофосфатов. При рН 5,0 практически все соли кальция и фосфора находятся в истинном растворе. При таких условиях нарушается стабильность белковой фазы и при дополнительном воздействии (сычужным ферментом или нагреванием) белок полностью дестабилизируется.
В сыродельной практике используют прием, обеспечивающий увеличение содержания в молоке ионизированного кальция, необходимого для сычужного свертывания. Он заключается в том, что молоко подвергают предварительному созреванию – выдерживают несколько часов при низкой положительной температуре. За время созревания в молоке несколько повышается титруемая кислотность за счет накопления молочной кислоты, а следовательно увеличивается концентрация Н+, обусловливающая переход гидрофосфатов в более растворимую форму – дигидрофосфаты.
Изменение солевого равновесия сознательно проводят в производстве плавленых сыров, вводя в смесь для плавления соли-плавители (цитраты или фосфаты натрия), обеспечивающие переход параказеината кальция в параказеинат натрия, обладающий высокой растворимостью и сохраняющий свои свойства при нагревании и охлаждении.
Таким образом, равновесие солевой системы молока имеет важное значение в производстве молочных продуктов. В зависимости от характера и степени воздействия на молоко при его переработке технологических факторов используют различные приемы, направленные либо на стабилизацию, либо на нарушение солевого равновесия.