- •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
11.3. Активная кислотность и буферные свойства
Величина рН – активная кислотность - характеризует концентрацию свободных водородных ионов (активность) в молоке и численно равна отрицательному десятичному логарифму концентрации ионов (Н+), выраженной в моль на 1 дм3. Величина рН цельного молока составляет в среднем 6,7, при активности ионов водорода 2.10-7 моль.(дм3)-1.
Источниками ионов водорода в молоке являются органические кислоты (молочная, аскорбиновая, лимонная и др.), кислые соли (натриевые и калиевые соли ортофосфорной, лимонной, угольной кислот), белки. Но на величину рН влияет только та часть кислых соединений, которая находится в диссоциированном виде. Таким образом, определение величины рН позволяет выявить только часть кислых соединений (находящихся в диссоциированном виде), а определение титруемой кислотности – всех компонентов, имеющих кислотный характер.
По величине активной кислотности нельзя характеризовать свежесть молока, так как изменение активной кислотности сдерживается буферными свойствами молока. Наглядным доказательством этого служит тот факт, что несмотря на действие молочнокислых бактерий, и как следствие, некоторое накопление молочной кислоты в процессе доставки и хранения молока, величина его рН изменяется медленнее, чем титруемая кислотность. Буферные свойства молока обусловлены наличием в нем ряда буферных систем. Следует вспомнить, что буферные системы обладают способностью поддерживать величину рН среды при добавлении кислот или щелочей и могут состоять из слабой кислоты и ее соли, образованной сильным основанием, или из смеси двух кислых солей слабой кислоты, а также и то, что белки, благодаря своим амфотерным свойствам, проявляют буферное действие.
Буферная способность белков молока объясняется наличием в их молекулах аминных и карбоксильных групп. Карбоксильные группы вступают в реакцию с ионами водорода образовавшейся или добавленной молочной кислоты:
N+H3 N+H3
R + H+ ↔ R
COO- COOH
Кислотная диссоциация белков незначительна, поэтому концентрация ионов водорода остается постоянной, в то время как тируемая кислотность повышается, так как при определении в реакцию со щелочью вступают как активные, так и первоначально связанные ионы водорода.
Буферная способность фосфатов заключается во взаимном переходе гидрофосфатов в дигидрофосфаты и обратно. При добавлении (образовании) кислоты часть гидрофосфатов переходит к дигидрофосфаты
НРО42- + Н+ → Н2РО4- ,
так как анион Н2РО4- слабо диссоциирует на Н+ и НРО42-, то рН молока почти не изменяется, а титруемая кислотность возрастает.
Цитраты и бикарбонаты в условиях повышения кислотности молока вступают в реакцию с ионами Н+ аналогично фосфатам. Трехосновная лимонная кислота – НОС (СН2СООН)2СООН – при рН свежего молока практически вся присутствует в виде трехвалентных ионов цитрата – Zit3-, с повышением кислотности трехвалентные ионы переходят в форму двухвалентных - Zit2- и одновалентных цитратов - Zit-, поэтому в молоке работают дополнительные цитратные буферные системы: Z2/3=Zit3-/Zit2- и Z1/2=Zit2-/Zit-. Действие карбонатного буфера заключается в следующем: НСО3- + Н+ →Н2СО3.
В процессе молочнокислого брожения вследствие накопления анионов молочной кислоты (лактатов), образующих с недиссоциированной молочной кислотой типичную буферную систему, появляется дополнительно лактатная буферная система.
Следует иметь в виду, что действие буферных систем зависит от степени (константы) диссоциации входящих в их состав компонентов. Для удобства цифрового выражения степень диссоциации выражают величиной рК – отрицательным логарифмом константы диссоциации. Буферные системы молока имеют следующие величины рК: фосфатный буфер – 7; гидрокарбонатный – 6,5; белковый – 6; цитратный (Z2/3) – 5,6; цитратный (Z1/2) – 4,4 и лактатный – 3,9.
Действие буферных систем в молоке происходит в определенной последовательности и зависит от величины их рК.
Например, при накоплении в молоке молочной кислоты при его сквашивании молочнокислыми бактериями, или при титровании молока раствором с концентрацией соляной кислоты 0,01 моль/дм3 (процессы равнозначны) происходит постепенный сдвиг рН в кислую сторону. На начальной стадии этих процессов (при рН свежего молока) начинает работать фосфатный буфер с самым высоким значением рК, затем – гидрокарбонатный и белковый, при достижении активной кислотности молока до рН 5,5 начинает работать цитратный буфер, а затем лактатный. При рН молока ниже 5,2 лактатный буфер прекращает свое действие, так как возрастающее количество ионов лактата снижает степень диссоциации молочной кислоты, то есть буферная способность молока будет исчерпана, значение рН резко снижается, следствием чего является понижение активности молочнокислых бактерий.
Таким образом, благодаря наличию буферных систем, молоко устойчиво к естественному изменению кислотности.
Изменение рН в щелочную сторону невозможно при нормальных условиях в процессе хранения молока. Однако при добавлении к молоку щелочи буферные системы молока некоторое время предотвращают повышение величины рН. Например, белки и фосфаты реагируют следующим образом:
N+H3 NH2
R + OH- ↔ R + H2O;
COO- COO-
H2PO4ˉ + OHˉ ↔ HPO4 2ˉ + H2O
То есть, буферные системы связывают гидроксильные ионы с образованием воды, исключая возможность сдвига рН в щелочную сторону.
Для количественного выражения буферной способности молока введено понятие «буферная емкость». Под буферной емкостью молока понимают объем (см3) раствора соляной кислоты (или гидроксида натрия) с концентрацией 1 моль/дм3, который необходимо добавить к 100 см3 молока для сдвига рН на единицу. Буферная емкость свежего нормального молока по кислоте может быть в пределах от 1,7 до 2,6, а по щелочи – от 1,2 до 1,4.
Наличие буферных систем в биологических жидкостях имеет большое значение: это своего рода защита живого организма от возможного резкого изменения рН. Буферная способность составных частей молока играет большую роль в жизнедеятельности молочнокислых бактерий, имеющих строго определенный оптимум величины рН.
В производственных условиях измерение рН имеет большое значение, так как от величины рН зависят:
коллоидное состояние белков молока, а следовательно, стабильность полидисперсной системы;
условия роста полезной и вредной микрофлоры и, как следствие, направленность микробиологических и биохимических процессов на различных стадиях производства продуктов (например, натуральных сыров);
скорость образования компонентов вкуса и аромата отдельных продуктов;
состояние равновесия между ионизированным и коллоидным фосфатом кальция и обусловленная этим термоустойчивость белков;
активность нативных и бактериальных ферментов.