4. Осмотическое давление и температура замерзания молока

Эти физико-химические свойства молока взаимообусловлены и зависят от наличия истинно растворимых компонентов молока: лактозы и солей в ионизированном состоянии (преимущественно хлоридов и фосфатов калия и натрия).

Осмотическое давление – это избыточное гидростатическое давление молока, препятствующее диффузии воды через полупроницаемую перегородку (мембрану). Температура замерзания – это температура, при которой молоко переходит из жидкого состояния в твердое.

Осмотическое давление молока с нормальным химическим составом постоянно, близко по величине к осмотическому давлению крови животного и составляет в среднем 0,66 Мпа. Температура замерзания молока составляет минус 0,54 ^оС.

Осмотическое давление рассчитывают по температуре замерзания. Согласно законам Рауля и Вант-Гоффа

Р_осм = Δt ^. 2, 269 / К,

Где: Δt – понижение температуры замерзания исследуемого раствора, ^оС; 2,269 – осмотическое давление 1 моль вещества в 1 дм³ раствора, Мпа; К – криоскопическая постоянная растворителя, для воды равна 1,86.

Следовательно, при температуре замерзания молока минус 0,54^оС (Δt равна 0,54 ^оС) его осмотическое давление

Р_осм = 0,54 ^. 2,269 / 1,86 = 0,66 МПа

Осмотическое давление молока, как любых биологических жидкостей, поддерживается на постоянном уровне. При повышении в молоке содержания хлоридов (в конце лактации) одновременно снижается содержание лактозы. Температура замерзания молока довольно стабильный показатель. Изменяется она при заболевании животных и при разбавлении молока водой. По этому показателю судят о натуральности молока (криоскопический метод).

4. Электропроводность и теплофизические свойства

Электропроводность молока обусловлена содержанием в нем ионов, изменения концентраций которых отражаются на величине этого показателя.

Удельная электропроводность молока относительно невелика и в среднем составляет 46^.10^-2 См/м с колебаниями от 40^.10^-2 до 60^.10^-2 См/м. За единицу измерения удельной электропроводности (единицу СИ) принят сименс на метр (См/м). Сименс на метр равен удельной электрической проводимости проводника, который при площади поперечного сечения 1 м² и длине 1 м имеет электрическую проводимость 1 См. Сименс равен электрической проводимости проводника сопротивлением 1 Ом.

Наибольшее влияние на удельную электропроводность молока оказывают ионы: Cl^-, Na⁺, K⁺, H⁺, Ca⁺⁺ и др. Имеющие электрические заряды казеин, сывороточные белки, жировые шарики в силу относительно больших размеров передвигаются медленно и в некоторой степени снижают подвижность ионов, то есть несколько уменьшают электропроводность молока.

Электропроводность молока зависит от породной принадлежности животного, стадии лактации, состояния здоровья и др. Например, молоко, полученное от животных больных маститом и в конце лактации, имеет повышенное содержание хлоридов и, следовательно, повышенную электропроводность, равную 1,3 и 0,65 См/м, соответственно.

Электропроводность молока повышается при нарастании кислотности, при концентрировании (сгущении) до определенного содержания сухих веществ (в концентрате обезжиренного молока около 25%), но при последующем концентрировании электропроводность начинает снижаться. Это объясняется взаимным влиянием увеличения концентрации и снижения диссоциации, а также повышением вязкости и межионным взаимодействиями. Разбавление молока водой способствует снижению электропроводности.

Измерение электропроводности используют для контроля степени сгущения в производстве сгущенного молока, сгущенной молочной сыворотки, для выявления добавленных в молоко нейтрализующих средств (с целью снижения титруемой кислотности), при контроле скорости растворения сухого молока. Кроме этого, в молочной промышленности контролируют по электропроводности концентрации моющих щелочных растворов.

Теплофизические свойства молока: удельная теплоемкость, теплопроводность, коэффициент температуропроводности, зависят от температуры, содержания сухих веществ и влаги, жира, кислотности, степени дисперсности жировой фазы и др. Количественные характеристики этих свойств используют при проведении расчетов затрат теплоты или холода на нагревание или охлаждение молока или молочных продуктов.

Удельная теплоемкость, теплопроводность и коэффициент температуропроводности взаимообусловлены:

,

где: а – коэффициент температуропроводности, м²/с; λ – теплопроводность, Вт/(м К); С – удельная теплоемкость, Дж/(кг К); Р – плотность продукта, кг/м³.

Удельная теплоемкость цельного молока, как и удельная теплоемкость воды и обезжиренного молока в интервале температур от 273 до 333 ^оК (от 0 до 60^оС) изменяется незначительно. В этом интервале температур ее можно считать величиной постоянной, равной 3900 Дж/(кг К). (Джоуль на килограмм-кельвин равен удельной теплоемкости вещества, имеющего при массе 1 кг теплоемкость 1 Дж/К).

Теплопроводность молока при 20 ^оС составляет 0,5 Вт/м К. (Ватт на метр-кельвин равен теплопроводности вещества, в котором при стационарном режиме с поверхностной плотностью теплового потока 1 Вт/м² устанавливается температурный градиент 1 К/м). Теплопроводность молока увеличивается с повышением температуры и незначительно уменьшается с увеличением содержания в нем жира.

Коэффициент температуропроводности – параметр, характеризующий скорость изменения температуры вещества в нестационарных тепловых процессах, или мера теплоинерционных свойств вещества. Коэффициент температуропроводности молока зависит от температуры, плотности, содержания воды и жира. Для молока при 20^оС равен около 13^.10^-8 м²/с.