XIII Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум — 2021
Изменение физико-химических свойств молока в процессе хранения
При перевозке, первичной обработке и хранении молока происходят структурные изменения составлющих его компонентов. Вследствие этого возникают изменения физико-химических, технологических и органолептических свойств молока.
При термической и механической обработке, а также в процессе длительного нахождения молока в низкотемпературном режиме или в замороженном виде, состав оболочек жировых шариков подвергается изменениям. Нарушается их целостность, образуются агрегаты шариков, появляется деэмульгированный жир в результате неполной дестабилизации жировой эмульсии. Эти процессы приводят к увеличению потерь жира при технологической переработке молока, а также снижению долговечности молочных продуктов при хранении.
В процессе хранения молока при условии низких температур возможна миграция β-казеина в плазму без заметного нарушения мицелл и его дальнейший гидролиз под действием молочного плазмина с образованием γ-казеинов и протеозопептонов. Термические и механические воздействия способны повлечь за собой нарушение структуры казеина и денатурацию сывороточных белков.
Пастеризация и стерилизация также способствуют изменению солевого баланса молока, получению соединений, которые влияют на вкус, запах, цвет и биологическую ценность молочного продукта.
В солевом балансе молока возникают изменения при нагревании и охлаждении молока. При механической обработке активируются некоторые ферменты, почти все разрушающиеся при нагревании молока. Термическая обработка также приводит к частичному разрушению витаминов.
Данные изменения связаны с энергетическими воздействиями, которые объясняют возможность разрыва разных типов связей в компонентах молока, разрыв различных межмолекулярных и внутримолекулярных связей под действием тепловой или механической энергии способен привести к следующим последствиям.
При воздействии энергии излучения начинается нарушение ковалентных связей. Происходит самоокислительный процесс молочного жира.
Под действием механической энергии нарушаются гидрофобные связи. Это приводит к десорбции белковых компонентов из оболочек жировых шариков и дезагрегации мицелл казеина.
Возможность разрыва связей и, впоследствии, изменение составных частей молока зависят от длительности энергетического воздействия, от значений рН, от наличия каталитически активных веществ и окислительно-восстановительного потенциала.
В процессе охлаждения компоненты молока, которые имеют гидрофобные связи, претерпевают значительные изменения, ослабляемые при охлаждении.
При охлаждении молока жир меняет свое агрегатное состояние. Из жидкого превращается в твердое. Это увеличивает его вязкость и плотность. В результате кристаллизации тугоплавких глицеридов изменяется состав и свойства белковых оболочек жировых шариков.
Механические воздействия могут привести к нарушению целостности оболочек, а также повышению степени дестабилизации жировой фазы.
При длительном низкотемпературном хранении молока уменьшается средний диаметр мицелл казеина. Увеличивается содержание гамма-казеина и Протеозо-пептонной фракции. Молоко медленнее свертывается сычужным ферментом, увеличивается степень вязкости, прочность сгустка. Уменьшается интенсивность синерезиса сычужных и кислых сгустков.
При хранении в плазме молока количественный состав ионов кальция увеличивается, поэтому с увеличением продолжительности хранения теплостойкость молока снижается. Для длительного хранения молоко перед стерилизацией необходимо пастеризировать, а затем охладить до 4-6 °С.
Хранение сырого молока при температуре 4 °С не влечет за собой видимого снижения содержания витаминов. Исключение составляет витамин С, который разрушается на 18 % при хранении в течение 2 дней и на 67 % при хранении в течение 3 дней.
Изменение состава и свойств молока под воздействием низкой температуры зависит от температуры и скорости замораживания.
Замораживание молока при различных температурных режимах происходит неравномерно. Сначала слой чистой воды замерзает на границе раздела фаз. В остальной жидкой части концентрируются молочные компоненты, а также электролиты, которые могут вызвать нежелательные изменения белков и жиров.
Ультрафильтрацию можно отнести к мембранным методам обработки -разделению смесей с использованием специализированных полупроницаемых мембран с порами менее 0,5 мкм.
В результате ультрафильтрации на мембране остаются только высокомолекулярные вещества: жировые шарики, казеин, сывороточные белки, коллоидный фосфат кальция, белковые витамины, металлы. Вода и низкомолекулярные соединения: лактоза, растворимые соли и др., выходят через поры мембраны в фильтрат.
Продолжительность сычужной коагуляции УФ-концентрата несколько больше, чем продолжительность коагуляции неконцентрированного молока. Образовавшиеся сычужные сгустки хуже отделяют сыворотку.
В больших жировых шарах силы притяжения больше, чем силы отталкивания. В результате столкновения при броуновском движении они образуют рыхлые скопления. И скорость отложения жира резко возрастает. Свойством склеивания жировых шариков обладают иммуноглобулины, содержащиеся в молоке.
Жировые шарики диаметром менее 1 мкм не образуют скоплений и не достигают поверхности молока, так как силы электрического отталкивания между ними преобладают над силами притяжения.
Чтобы предотвратить оседание жира, нужно уменьшить размер жировых шариков, то есть увеличить степень дисперсности жировой фазы молока. Для этого используется гомогенизация.
Механические воздействия при транспортировке, центробежной очистке молока, сепарации, перекачке, смешивании и гомогенизации обычно сопровождаются изменением степени дисперсности жира. В зависимости от конструкции устройств и условий работы на них, а также от температуры и кислотности молока при его механической обработке крупногабаритные жировые шарики могут быть измельчены или, наоборот, они способны перейти в агрегатное состояние или плавление.
Механическая обработка может привести к образованию пены, что снижает стабильное состояние жировой дисперсии молока и коллоидных белковых частиц.
Кроме того, мембранная обработка и процесс гомогенизации могут привести к изменению структуры и свойств казеина и сывороточных белков.
Очистка молока практически не вызывает изменений в его компонентах, общая потеря азотистых веществ не превышает 2,5 %, потеря жира и изменение размеров жировых шариков считаются незначительными. Титруемая кислотность молока становится меньше на 0,5 — 4 ° т.
Кислотность молока при бактофугировании снижается на 1-2 °т. При сочетании применения бактофугирования с термической обработкой – на 3-4 °т.
При температуре 8-10 °С это может привести к частичной потере жира и снижению жирности молока на 0,1-0,2 %.
Предварительная обработка молока отрицательно влияет на степень обезжиривания, потому что при обработке может происходить дробление жировых шариков, а также частичное подсбивание жира.
Длительное хранение молока при низких температурах перед разделением приводит к повышению кислотности, вязкости и плотности молока. Это снижает степень его обезжиривания.
Степень обезжиривания зависит от температуры молока. Оптимальной температурой разделения считается 35-45 °с. Более высокие температуры используются только при производстве высокожирных сливок.
Менее интенсивное дробление жировых шариков происходит при разделении холодного молока, температура которого составляет 1-5 °С. Однако сепарация при низких температурах приводит к снижению производительности сепаратора, потому что степень вязкости молока увеличивается.
Для уничтожения микроорганизмов и разрушения ферментов сырье в процессе производства пищевых продуктов подвергают термической обработке. Основная цель термической обработки — получение продукта, безопасного с точки зрения гигиены и увеличивающего срок его хранения при наименьшем изменении вкуса, цвета, пищевой и биологической ценности.
В результате тепловой обработки изменяются компоненты молока, в первую очередь белки. Инактивируются почти все ферменты. Избирательно разрушаются витамины. Кроме того, изменяются физико-химические и технологические свойства молока: вязкость, поверхностное натяжение, кислотность, способность казеина к сычужной коагуляции. Молоко приобретает специфический вкус, цвет и запах.
Сывороточные белки претерпевают самые глубокие изменения при нагревании молока. Сначала происходит их денатурация, сопровождающаяся развертыванием полипептидных цепей, при этом высвобождаются ранее «скрытые» группы-сульфгидрильные, гидроксильные и др.
Затем денатурированные белки при взаимодействии SH-групп создают дисульфидные связи, с помощью которых они агрегируются с частичной или полной потерей растворимости и снижением гидратации. Самые первые агрегаты денатурированного β-лактоглобулина.
Агрегированные частицы белков молочной сыворотки малы по размеру и сильно гидратированы. Они остаются в растворе. Лишь небольшая их часть в виде хлопьев оседает на поверхности нагревательных приборов.
Вязкость молока, которую можно измерить на реовискозиметре Гепплера , становится меньше при повышении температуры.
Это явление происходит до тех пор, пока температура молока не превысит предел, выше которого начинается процесс денатурации молочных белков, сопровождающийся реакцией образования меланоидина . В результате чего скорость увеличения вязкости молока увеличивается с повышением температуры.
Кроме того, сывороточные белки, благодаря своим высоким гидрофильным свойствам, повышают способность казеина удерживать влагу, а также замедляют процесс отделения сыворотки от сгустка.
Список используемой литературы:
1. Химия и физика молока / Остроумова Т. А. / Учебное пособие. -Кемеровский технологический институт пищевой промышленности. — Кемерово, 2004.- 196 с.
2.Термодинамические свойства комбинированных пищевых систем на основе овощных пюре,крупяных хлопьев и творога / Шамкова Н.Т.,Яковлева Т.В.,Зайко Г.М., Боровская Л.В. / Известия высших учебных заведений. Пищевая технология.2008.№2-3.С.64-66;
3..Транспортировка и хранение скоропортящихся пищевых продуктов / Данилин В.Н., Петрашев В.А., Боровская Л.В. / Известия высших учебных заведений. Пищевая технология.1966. №1-2.С.74 .
Источник
Влияние замораживания на структуру молока
Если охлаждение молока до температуры выше точки замерзания не изменяет ни его состава, ни структуры, то замораживание молока влечет за собой определенные изменения его физико-химической гетерогенной структуры. Так, когда замораживание протекает медленно, наблюдается более или менее выраженное разделение отдельных компонентов молока. Сначала образуется лед, и растворенные в воде компоненты концентрируются в еще незамерзшей фракции. По мере дальнейшего охлаждения некоторые из этих компонентов осаждаются, так как их концентрация в растворе уже превысила точку пресыщения. Что же касается жира, то его состав сильно изменяется. Периферические триглицериды кристаллизуются, начиная с 6-7° С. После этого содержимое жировых шариков сжимается и разрывается их наружная оболочка, также кристаллизовавшаяся и потерявшая свою упругость. Жидкие триглицериды центральной части шариков при этом высвобождаются и образуют вокруг кристаллизовавшихся шариков с более или менее измененной структурой масляный поясок, лишая их гидрофильности. В результате жировые шарики с масляным пояском обнаруживают стремление собираться в микрогранулы, легко отделяющиеся от водной фазы молока. Когда охлаждение усиливается, вся жировая фаза, поднявшаяся на поверхность, собирается в сгусток.
Полагают, что при размораживании такого молока нужно принимать определенные меры предосторожности. В частности, когда все замороженное молоко уже перешло в жидкое состояние, его нужно перед продажей тщательно гомогенизировать.
В молоке, которое замораживалось медленно, после размораживания могут оказаться хлопья казеина и частички масла. В настоящее время этого можно избежать, замораживая молоко быстро.
При таком замораживании разделение отдельных элементов не успевает произойти, и замороженное молоко сохраняет всю однородность.
При температуре ниже 100° С казеин не изменяется. Для того чтобы произошли значительные изменения состава казеина, молоко в течение нескольких часов должно находиться при температуре 120-130° С.
Состав известкового фосфоказеината, напротив, изменяется, как только температура молока превысит 75-80° С.
Нагрев влияет на равновесие, существующее между мицеллами фосфоказеината и растворимыми минеральными солями. В частности, содержание в молоке растворимых солей кальция уменьшается в результате частичного преобразования растворимых солей в нерастворимый трех кальциевый фосфат. Между казеином и р-лактоглобулином также образуются комплексные соединения (данные Кэннана и Женес-са, Зиттла).
Эти физико-химические изменения обусловливают трудности свертывания под воздействием сычужного фермента. Они также объясняют, почему кислотное свертывание нагретого молока в желудке грудного ребенка приводит к образованию менее плотных и более перевариваемых сгустков, чем свертывание сырого молока.
Источник
Охлаждение и замораживание молока и молочных продуктов
Известно, что стойкость молока и молочных продуктов в основном зависит от температуры, при которой оно хранится, так как в определенных пределах температуры микроорганизмы развиваются тем быстрее, чем выше температура.
Охлаждение сырого молока способствует увеличению продолжительности бактерицидной фазы.
На основании многочисленных данных можно сказать, что качество молока не ухудшается при температуре ниже 6,1 °С, температура выше 12,7 °С — это та критическая точка, выше которой порча молока происходит со все возрастающей скоростью по мере повышения температуры.
По окончании бактерицидной фазы в молоке при высокой температуре хранения (13-15 °С) начинается быстрое размножение разнообразной микрофлоры. При этом в нем могут накапливаться бактериальные токсины, вызывающие сильные пищевые отравления, появляются окисленный и прогорклый привкусы, повышается титруемая кислотность, и молоко свертывается. Поэтому температура 6-10 °С является предельной для кратковременного (не более 1-х суток) хранения сырого молока. При необходимости более длительного хранения (2-5 суток) молоко охлаждают до температуры 2-5 °С. При этой температуре содержание сухих веществ, жира и белка в процессе хранения не изменяется. Однако длительное его хранение, особенно после предварительной обработки (центробежной очистки, перекачивания насосами и т.д.), может влиять на физико-химические, органолептические и технологические свойства молока.
При охлаждении молока жир переходит из жидкого состояния в твердое, в результате чего повышается его вязкость и плотность. Вследствие кристаллизации высокоплавких триглицеридов жировых шариков изменяются состав и свойства их защитных белковых оболочек. Кроме этого, механические воздействия могут привести к повреждению оболочек и повышению степени дестабилизации жировой фазы, и поэтому в таком молоке активнее происходят липолиз и окисление липидов. При длительном низкотемпературном хранении молока уменьшается средний диаметр казеиновых мицелл, увеличивается содержание γ-казеина. Молоко медленнее свертывается сычужным ферментом, снижается интенсивность синерезиса.
В процессе хранения в плазме молока повышается количество ионов кальция, что приводит к снижению термоустойчивости молока.
Важно помнить, что холод убивает бактерий не так, как это делает тепло. Хранение молока при 0 °С не оказывает значительного разрушающего влияния на бактерии: действие этой температуры в основном проявляется в сдерживании их развития и обмена веществ или химической активности.
Однако медленное уничтожение бактерий при низких температурах все же происходит, причем скорость его различна в зависимости от вида микроорганизма и конкретных условий. Существует мнение, что убивает бактерии не холод, а связанное с ним механическое воздействие в процессе кристаллизации.
Молоко после пастеризации должно быть как можно быстро охлаждено. Установлено, что температура охлаждения для молока и молочных продуктов должна быть от 2 до 6 °С.
Замораживание молока и молочных продуктов имеет большое практическое значение, так как упрощает транспортировку, дает возможность продолжительного хранения молока и молочных продуктов. В последнее время большим успехом на рынке молочных продуктов пользуются замороженные десерты — это и мороженое, и йогурты, и суфле и др. продукты. Много внимания уделяется замораживанию творога и творожных продуктов, в частности, глазированных сырков.
Наша задача — рассмотреть изменения молока при замораживании, так как молоко является сложным раствором, в котором находятся и коллоидальные частицы, и стабилизирующие его вещества. К стабилизирующим веществам можно отнести не только электролиты — неорганические и органические соли, но и молочный сахар.
В молоке при замораживании могут иметь место следующие изменения: изменения молока как коллоидального раствора, которые проявляются как в изменении свойств молока в целом, так и изменения, касающиеся различного распределения составных частей молока в замерзшей массе.
При замораживании молока в отдельных его участках увеличивается концентрация всех его составных частей как стабилизирующих коллоиды, так и стимулирующих их коагуляцию.
Характер изменений состава молока при замораживании может быть изложен в следующих положениях.
1. Молоко при замораживании охлаждается снаружи внутрь, и в связи с этим наружные слои замерзшего куска — наиболее бедны составными частями молока, внутренние — наиболее богаты. Исключение составляет жир, который, успевая при медленном охлаждении и спокойном состоянии молока подняться вверх, концентрируется в верхнем слое.
2. Все составные части молока, за исключением жира, увеличивают свою концентрацию снаружи внутрь приблизительно в одинаковой степени пропорционально их начальной концентрации, так что увеличивается только их количественное содержание, соотношения составных частей друг к другу изменяются сравнительно мало.
3. Параллельно с изменениями химического состава отдельных слоев изменяются также физические свойства этих слоев молока: плотность, вязкость, кислотность, электропроводность и др. Концентрация ионов водорода во всех частях замороженного куска молока остается почти одинаковой, что объясняется большой буферной емкостью молока.
4. В гомогенизированном молоке жир распределяется почти так же, как и остальные части молока.
Кроме этого, при замораживании происходят различные изменения в самих составных частях молока, нежелательные с точки зрения технологических свойств молока.
К таким изменениям, в первую очередь, относятся дестабилизация жировых шариков, изменение дисперсности, окисление, липолиз. Все это приводит к потерям жира, изменению качества молочных продуктов, снижению сроков хранения высокожирных продуктов.
Однако следует отметить, что данные изменения состава и свойств молока при замораживании зависят от температуры и скорости замораживания.
Молоко замерзает при температуре ниже минус 0,54 °С. В интервале от минус 0,54 до минус 3,5 °С в лед превращается основная часть (80-85 %) воды, процесс льдообразования практически заканчивается при температуре минус 30 °С.
Замораживание используется в производстве мороженого, являясь основным процессом, определяющим структуру и консистенцию готового продукта. Замораживание проводят в две стадии: 1) частичное замораживание влаги (45-55 % всего количества) с одновременным взбиванием смеси во фризере и 2) окончательное превращение в лед оставшейся влаги во время закалки.
В некоторых случаях используют замораживание сливок, например, если предприятие имеет возможность заморозить летние сливки и хранить их в замороженном состоянии от 6-ти до 9-ти месяцев с целью использования их в зимний период для выработки масла, сметаны или других молочных продуктов.
Сущность процесса замораживания сливок основана на явлении фазового изменения (перехода водной фазы в лед). При этом так же, как и в молоке, затормаживается или полностью прекращается развитие микроорганизмов, содержащихся в сливках, прекращаются процессы окислительной порчи, снижается действие большинства ферментов. В результате повышается сохраняемость качества сливок.
Эффективность использования летних замороженных сливок для выработки сливочного масла в осенне-зимний период заключается в улучшении консистенции пищевой ценности «зимнего» масла, сглаживанию сезонности производства.
Существует четыре способа замораживания сливок: в блоках на воздухе при температуре минус 25 °С; в виде пластин толщиной 50 мм в контактных пластинчатых аппаратах; на металлических охлаждаемых барабанах при толщине замораживаемого слоя сливок 1,2-1,5 мм, который соскребается в виде стружки; в виде мелкодисперсных частиц в среде азота.
Массовая доля жира в сливках, используемых для замораживания и резервирования — от 45 до 80 %. Режимы хранения замороженных сливок: температура — от минус 10 до минус 20 °С, продолжительность хранения — до 9 месяцев.
Вопросы для самостоятельной работы:
1. Как влияет охлаждение и замораживание на состав и свойства молочного сырья?
2. Где применяются процессы охлаждения и замораживания в производстве молочных продуктов?
3. Назовите нетрадиционные способы инактивации микрофлоры молока (ионизирующее излучение, микрофильтрация, микроволновая обработка, ультрафиолетовое излучение, озонирование, химическая стерилизация и т.д.).
Контрольные вопросы:
1. Охарактеризуйте назначение, сущность, режимы термизации, пастеризации, УВТ-обработки и стерилизации.
2. Как влияют режимы тепловой обработки на состав и свойства молочного сырья?
3. Охарактеризуйте назначение, сущность, режимы процессов деаэрации и дезодорации молочного сырья.
4. С какой целью применяют дезодарацию и деаэрацию в молочной промышленности?
5. Охарактеризуйте назначение процессов охлаждения и замораживания в производстве молочных продуктов.
Источник
