Ирина Эланс

Автор который поможет с любыми образовательными и учебными заданиями

Физико-химические свойства молока

Федеральное Государственное Образовательное Учреждение Высшего Профессионального Образования Калининградский Государственный Технический Университет, ФГОУВПО КГТУ

Кафедра химии.

Курсовая работа по дисциплине поверхностные явления и дисперсные системы на тему:

«Физико-химические свойства молока».

Руководитель: Слежкин В.А.

дата

подпись

Исполнитель: студентка группы 08 – ПБ

Казимирова К.С.

Калининград

2011

Содержание

Введение………………………………………………………………………………..4

1.Литературный обзор…………………………………………………………………5

1.1. Биохимическая ценность молока……………………………………………...5

1.1.1.Аминокислотный состав………………………………….…..…………...5

1.1.2.Белковый состав ………………………………………………...…………6

1.1.3.Углеводный состав ……………………………………………..……….…7

1.1.4.Липидный состав...................................................................................8

1.1.5.Витаминный состав …………………………………………….…….…...8

1.1.6. Минеральный состав ………………………..………………….…....……9

1.2.Физико-химические свойства молока …………………………..……11

1.2.1. Кислотность……………………………………………………………………13

1.2.2. рН (активная кислотность)……………………………………………………14

1.2.3. Плотность………………………………………………………………………16

1.2.4. Вязкость………………………………………………………………………..17

1.2.5. Поверхностное натяжение…………………………………………………….18

1.2.6. Показатель преломления………………………………………………………18

1.2.7. Осмотическое давление и температура замерзания…………………………19

1.2.8. Окислительно-восстановительный потенциал……………………………….20

1.2.9. Удельная электропроводность………………………………………………..21

2. Влияние пастеризации на молоко………………………………..

3.Экспериментальная часть………………………………………………………….22

3.1. Определение плотности молока…………………………………………………22

3.2. Определение удельной электропроводности…………………………………..23

3.3. Определение вязкости……………………………………………………………24

3.4. Определение поверхностного натяжения………………………………………25

3.5. Определение показателя преломления………………………………………….26

Выводы…………………………………………………………………….……………27

Список используемой литературы……………………………………………………28

Введение.

Молоко - натуральный, высокопитательный продукт, включающий все вещества, необходимые для поддержания жизни и развития организма в течение длительного времени (отделяется молочной железой в период вскармливания детенышей).

Молоко улучшает соотношение составных частей пищевого рациона, повышая их усвояемость. Оно содержит все необходимые для человеческого организма питательные вещества (белки, жиры, углеводы, минеральные вещества, витамины) в легкоперевариваемой форме, при этом соотношение питательных веществ в молоке является сбалансированным, т.е. оптимальным для удовлетворения потребности организма в них.

Свежее натуральное молоко, полученное от здоровых животных, характеризуется определенными физико-химическими ( кислотность, плотность, вязкость, осмотическое давление, электропроводность и др.), органолептическими (цвет, консистенция, запах , вкус) свойствами. Однако они могут резко отличаться в начале и конце лактационного периода, меняться под влиянием болезней животных, некоторых видов коров, при хранении молока в неохлажденном виде. Поэтому по физико-химическим свойствам молока можно оценить натуральность и качество заготовляемого сырья, т.е. его пригодность к промышленной переработке.

Целью данной курсовой работы является изучение физико-химических свойств молока, влияние пастеризации на молоко.

Для достижения цели были поставлены следующие задачи:

Изучить свойства и состав коровьего молока.
Изучить физико-химические свойства молока.
Определить рН, показатель преломления, вязкость и поверхностное натяжение молока.
Изучить влияние пастеризации на биохимические и физико-химические свойства молока.

Литературный обзор.

Биохимическая ценность молока.

Молоко является ценнейшим пищевым продуктом, так как в его состав входят такие важнейшие питательные вещества, как белки (казеиноген, молочный альбумин и молочный глобулин), углеводы (молочный сахар), липиды, минеральные соли и ряд витаминов, ферменты, соли, газы, вода, кальций.

Таблица 1.1.Химический состав коровьего молока, % [6]

Состав молока	Содержание
Вода	87,6
Липиды	3,4
Углеводы	5,4
Белки	3,2
Минеральные вещества	0,8

Из таблицы 1.1 видно, что в коровьем молоке наибольшее содержание занимает вода (87-89%). Содержание белков в молоке в среднем содержит до 4 %, которые на 80% представлены казеином. Углеводы, содержание в молоке которых в среднем 5,4 %, представлены в основном молочным сахаром лактозой и продуктами ее распада – глюкозой и галактозой. Липиды составляют 3,4 %, в основном к ним относятся триацилглицериды, фосфолипиды и некоторые стерины Что касается неорганических компонентов, то они в коровьем молоке присутствуют в малых количествах.

Таким образом, выход и качество молочных продуктов, определяемые составом молока, структурой и свойствами его компонентов, зависят от породы и здоровья коров, режима кормления, стадии лактации и других факторов.

Аминокислотный состав

Белки молока содержат 20 различных аминокислот, из которых 8 аминокислот не синтезируются в организме человека и поэтому называются незаменимыми (валин, лейцин, изолейцин, фенилаланин, триптофан, метионин, треонин, лизин) и две аминокислоты, которые хотя и образуются в организме, но в недостаточном количестве (аргинин и гистидин).

Сывороточные белки молока особенно богаты незаменимыми аминокислотами - содержат больше лейцина, изолейцина, лизина, глутаминовой кислоты, а казеин – также серина и пролина (но мало цистеина). По содержанию незаменимых аминокислот белки молока относятся к биологически полноценным белкам. [1]

В организме животных аминокислоты используются в процессах синтеза белков, пептидов. Аминокислоты входят в состав гормонов белковой природы. Кроме того, глицин и аспарагиновая кислота входят в состав пуриновых и пиримидиновых оснований соответственно. Из аминокислот образуются функционально активные соединения. Так, например, предшественником серотонина и мелатонина является триптофан, гистамина — гистидин, катехоламинов (ДОФА, адреналин, норадреналин) — фенилаланин, тироксина и трийодтиронина — тирозин, креатинфосфата — глицин и т. д. Участие аминокислот в процессах окисления в цикле трикарбоновых кислот обеспечивает энергетические потребности организма.

Белковый состав

Приблизительно четвертую часть общего содержания сухих веществ в коровьем молоке составляют белки. Они имеют наиболее благоприятный качественный и количественный аминокислотный состав, что обусловливает их высокую биологическую ценность. В организме человека белки играют роль пластического материала, необходимого для построения новых клеток и тканей, образования биологически активных веществ, ферментов и гормонов. Состав и количество основных белков, содержащихся в молоке, приведены в таблице 1.3.

Таблица 1.2. Состав и содержание белков коровьего молока, г/100 мл [3]

Белки	Содержание в обезжиренном молоке
Белки	% от общего количества	Содержание
Казеин:	82	3
α_s1-Казеин	38	1,3
α_s2-Казеин	10	0,35
-Казеин	29	1,0
κ-Казеин	8,5	0,3
Сывороточные белки:	19	0,55
β-Лактоглобулин	9,5	0,3
α-Лактальбумин	3,5	0,11
Альбумин сыворотки крови	1,1	0,04

Из таблицы 1.3. видно, что основной процент содержания белков в коровьем молоке приходится на казеин, который составляет 82 % от общего количества. Казеины молока в основном представлены α-казеинами (38%). На сывороточные белки приходится около 19 % всех белков, что, по сравнению с казеином, меньше в среднем в 4,3 раза. Белки молока усваиваются хорошо, примерно на 96-98%.

Углеводы

Большую часть энергии, необходимой для нормальной жизнедеятельности, организм человека получает с углеводами. В молоке углеводы представлены в основном лактозой углеводом, характерным только для молока, свободной глюкозой и галактозой.

Таблица1.3. Содержание углеводов в коровьем молоке, % [2]

Углевод	Содержание в молоке
Лактоза	5
Глюкоза	0,023
Галактоза	0,019

Из таблицы 1.4. видно, что наибольшую часть углеводов в молоке составляет лактоза (5 %), её содержание намного превышает содержание глюкозы и галактозы.

Липидный состав.

Липиды являются важной частью пищевых веществ. В зависимости от возраста, физической нагрузки, климатических условий потребность в них составляет от 70 до 100 г/В сутки. [5]

Липиды молока представляют собой весьма сложную смесь. Главной составной частью липидов молока является нейтральный жир. В цельном молоке молочный жир находится в форме тончайшей эмульсии. Диаметр молочных шариков обычно не превышает 1 – 5 мк. В 1 мм³ молока содержится до 5,5 млн. таких жировых капелек. В состав оболочек жировых шариков входят фосфолипиды, липопротеины, протеины, цереброзиды, ферменты, витамины (каротин, витамин А) и др.

Молочный жир представляет собой смесь три-, ди- и моноглицеридов, жирных кислот, стеринов, каратиноидов, жирорастворимых витаминов ( A, D, Е и К) и других сопутствующих веществ в весьма незначительных количествах.

Свойства молочного жира зависят от химического состава, структуры и расположения в молекуле триглицеридов жирных кислот, входящих в него. В свою очередь, содержание отдельных жирных кислот в молочном жире в большей степени зависит от времени года, кормов и условий содержания животных.

Витаминный состав

Витамины – это группа низкомолекулярных биологически активных органических в регуляции обмена веществ в организме. Абсолютное большинство витаминов в организме человека не синтезируется или образуются в таких количествах, которые не обеспечивают потребностей в них организма, поэтому должны поступать в организм с пищей извне. Биосинтез витаминов в основном происходит в растениях. [6]

В молоке коров содержится более 23 витаминов, необходимые для нормального развития организма. В нем соединений различного химического строения. Они являются незаменимыми пищевыми факторами, присутствуют в небольших количествах в пище, обеспечивают нормальное протекание биохимических и физиологических процессов путем участия присутствуют жирорастворимые витамины А, группы D, E и водорастворимые — группы B, PP, и С. Содержание их в молоке и молочных продуктах изменяется в зависимости от периода лактации, кормового рациона животных, способов тепловой обработки молока и условий его хранения. В ряде случаев производят искусственную витаминизацию продуктов.

При нехватке витаминов, могут развиваться различные заболевания, например, недостаток витамина А приводит к замедлению роста, ослабление зрения, сухости кожи и слизистых оболочек. Недостаток витамина Е повышается хрупкость эритроцитов, нарушается нормальное функционирование клеточных мембран. При недостатке витамина В₁возникают развитие болезни бери-бери, патологии нервной, пищеварительной и сердечно-сосудистой систем. Недостаток витамина В₂, - заболевания кожи, глаз, остановка роста организмов. Недостаток витамина С – развитие цинги (поражения кровеносной системы, воспаление ротовой полости, выпадение зубов). [6]

Минеральные вещества

Минеральные вещества поступают в организм животного и переходят в молоко главным образом из кормов и минеральных добавок. Поэтому их количество находится в прямой зависимости от рационов кормления, окружающей среды, времени года, а также породы животного и его физиологических особенностей. Исследование минерального состава золы молока с применением полярографии, ионометрии, атомно-адсорбционной спектрометрии и других современных методов, показало наличие в нём более 50 элементов. Они подразделяются на макро- и микроэлементы.

Макроэлементы

Основными минеральными веществами молока являются кальций, магний, калий, натрий, фосфор, хлор и сера, а также соли — фосфаты, цитраты и хлориды.

Таблица 1.4.Содержание макроэлементов в коровьем молоке, мг %. [7]

Название	Содержание в молоке	Суточная потребность человека, мг %	% от суточная потребности
Кальций	122	1000	13,5
Калий	148	1200	3,9
Фосфор	92	3700	7,4
Натрий	50	2500	1,0
Магний	13	400	3,3
Хлор	110	5000	1,8

Из таблицы 1.7. видно, что в коровьем молоке среди макроэлементов наибольшее содержание составляют калий и кальций (148и 122 мг % соответственно). Один литр коровьего молока может удовлетворить 13,5% суточной потребности кальция, 7,4% -фосфора, 3,9% - калия и 1-1,8 % -натрия и хлора

Микроэлементы

Микроэлементами принято считать минеральные вещества, концентрация которых невелика и измеряется в микрограммах на 1 кг продукта. К ним относятся железо, медь, цинк, марганец, кобальт, йод, молибден, фтор, алюминий, кремний, селен, олово, хром, свинец и др. В молоке они связаны с оболочками жировых шариков (Fe, Cu), казеином и сывороточными белками (I, Se, Zn, Al,), входят в состав ферментов (Fe, Mo, Mn, Zn, Se), витаминов (Co). Их количество в молоке значительно колеблется в зависимости от состава кормов, почвы, воды, состояния здоровья животного, а также условий обработки и хранения молока.

Микроэлементы обеспечивают построение и активность жизненно важных ферментов, витаминов, гормонов, без которых невозможно превращение поступающих в организм животного (человека) пищевых веществ.

Физико-химические свойства молока

Физико-химические свойства молока как единой полидисперсной системы обуславливаются свойствами его компонентов и взаимодействия между ними. Следовательно, любые изменения в содержании и состоянии дисперсных фаз системы, т.е. составных частей молока, должны сопровождаться изменениями его физико-химических свойств. Почти все компоненты молока влияют на плотность и кислотность молока. На остальные физико-химические свойства молока составные части влияют по-разному. Так, от массовой доли, дисперсности и гидратационных свойств белков в большей степени зависят вязкость и поверхностное натяжение молока, но почти не зависят электропроводность и осмотическое давление. Минеральные вещества молока значительно влияют на его кислотность, электропроводность, осмотическое давление и температуру замерзания, но не влияют на вязкость, содержание лактозы определяет осмотическое давление и температуру замерзания молока и т.д.

Таблица 2.1. Физико-химические свойства молока [3]

Показатель	Среднее значение	Предел колебаний
Кислотность: титруемая, ^ͦ Т активная, рН	17 16	16-20 6,55-6,75
Буферная емкость: по кислоте по щелочи	- -	1,7-2,6 1,2-1,4
Окислительно-восстановительный потенциал, В	0,27	0,25-0,35
Плотность, кг/м³	1028,5	1027-1032
Вязкость, Па·с	1,8·10^-3	1,3·10^-3-2,2·10^-3
Поверхностное натяжение, Н/м	44·10^-3	-
Осмотическое давление, МПа	0,66	0,64-0,70
Температура замерзания, ^ͦС	-0,54	(-0,505)-(-0,575)
Удельная электропроводность, См/м	46·10^-2	40·10^-2-60·10^-2
Теплофизические свойства: удельная теплоемкость, Дж/(кг·К) теплопроводность, Вт/(м·К)	3900 0,5	- -
Показатель преломления	1,34	1,3440-1,3485

Кислотность

Кислотность молока выражают в единицах титруемой кислотности ( в градусах Тернера) и величиной рН при 20 ^ͦС.

Под градусами Тернера понимают количество кубических сантиметров 0,1 н. раствора гидроксида натрия, необходимого для нейтрализации 100 см³ разбавленного вдвое водой молока ( или продукта).

Кислотность свежевыдоенного коровьего молока составляет 16-18 ^ͦТ. Она обусловлена на 65% кислыми солями – дигидрофосфатами и дигидроцитратами (около 9-13 ^ͦТ), а также белками – казеином и сывороточными белками (4-6 ^ͦТ), диоксидом углерода, кислотами ( молочной, лимонной, аскорбиновой, свободными жирными и др.) и другими компонентами молока.

При хранении сырого молока титруемая кислотность повышается по море развития в нем микроорганизмов, сбраживающих молочный сахар с образованием молочной кислоты. Повышение кислотности вызывает нежелательные изменения свойств молока, например снижение устойчивости белков к нагреванию. Поэтому молоко с кислотностью 21 ^ͦ Т принимают как несортовое, а молоко с кислотностью выше 22 ^ͦ Т не подлежит сдаче на молочные заводы.

Кислотность молока отдельных животных может изменяться в довольно широких пределах. Она зависит от состояния обмена веществ в организме животных, которые определяется кормовыми рационами, породой, возрастом, физиологическим состоянием, индивидуальными особенностями животного и т.д. Особенно значительно изменяется кислотность молока в течение лактационного периода и при заболеваниях животных.

Вместе с тем, хотя титруемая кислотность является критерием оценки свежести и натуральности сырого молока, следует знать, что молоко может иметь повышенную ( до 26 ^ͦТ) или пониженную (менее 16 ^ͦТ) кислотность, но тем не менее его нельзя считать недоброкачественным или фальсифицированным, так как оно термостойко и выдерживает кипячение или дает отрицательную реакцию на наличие соды, аммиака и примеси ингибирующих веществ. Отклонение естественной (нативной) кислотности молока от физической нормы в этом случае связано с нарушением рационов кормления. Такое молоко принимается как сортовое.

Молоко с повышенной кислотностью обладает свойствами свежего молока- имеет приятный сладковатый вкус ( в отдельных случаях обнаруживается легкий вяжущий привкус), хорошо выдерживает пастеризацию и кипячение, не свертывается этанолом при алкогольной пробе.

Понижение кислотности молока в основном обусловлено повышенным содержанием мочевины, что может быть вызвано избыточным потреблением белков с зеленым кормом, использованием значительных количеств азотных добавок в рационе животных или азотных удобрений на пастбищах. Молоко с пониженной кислотностью нецелесообразно перерабатывать в сыры – оно медленно свертывается сычужным ферментом, а образующийся сгусток плохо обрабатывается. [3]

рН ( активная кислотность)

Активная кислотность выражается величиной рН. Она характеризует концентрацию свободных водородных ионов (активность) в молоке и числено равна отрицательному десятичному логарифму концентрации водородных ионов (H⁺), выраженной в моль на 1 л.

Величина рН цельного молока колеблется (в зависимости от состава молока) в довольно узких пределах – от 6,55 до 6,75, что свидетельствует о слабокислой реакции молока.

Так как в действующих ГОСТах и технологических инструкциях кислотность выражается в единицах титруемой кислотности, для сопоставления с ними показаний рН для молока и основных кисломолочных продуктов имеются установленные усредненные соотношения. Например, для заготовляемого молока эти соотношения следующие:

Таблица 2.2. Физико-химические свойства молока [3]

Среднее значение, рН	6,73	6,69	6,64	6,58	6,52	6,46	6,41	6,36	6,31
Титруемая кислотность, °Т	16	17	18	19	20	21	22	23	24

Из таблицы видно, что при титруемой кислотности сырого молока выше 18 °Т, когда происходит образование молочной кислоты, рН понижается незначительно. Медленное изменение рН объясняется наличием в молоке ряда буферных систем – белковой, фосфатной, цитратной, гидрокарбонатной, лактатной и т.д. Буферные системы, или буеры, обладают способностью поддерживать постоянный рН среды при добавлении кислот или щелочей. Буферные системы состоят из слабой кислоты и ее соли, образованной сильным основанием, или из смеси двух кислых солей слабой кислоты.

Буферная способность белков молока (главным образом казеина и незначительно-сывороточных белков) объясняется наличием аминных и карбоксильных групп. Группы вступают в реакцию с ионами водорода образовавшейся или добавленной молочной кислоты:

Диссоциация данных групп белков незначительна, поэтому концентрация ионов водорода остается постоянной, в то время как титруемая кислотность повышается, так как при ее определении в реакцию со щелочью вступает как активные, так и связанные ионы водорода.

Буферная способность фосфатов заключается во взаимном переходе гидрофосфатов в дигидрофосфаты и обратно. При образовании кислоты часть гидрофосфатов переходит в дигидрофосфаты:

Так как анион слабо диссоциирует на ионы Н⁺ и , происходит связывание ионов водорода, рН не меняется, а титруемая кислотность возрастает.

Цитраты, бикарбонаты и лактаты при добавлении кислоты вступают в реакцию с ионами Н⁺ аналогично фосфатам, поэтому в молоке работают следующие дополнительные системы:

Под буферной емкостью молока понимают количество 1 н. раствора кислоты (или щелочи), которое необходимо добавить к 100 см³ молока для сдвига рН на единицу. Для ее определения пользуются формулой П.Ф. Дьяченко:

где К – количество кислоты или щелочи, расходуемое на титрование 100 см³ молока до рН 4,7 или 8,2; Р – величина смещения рН молока на 1,9 при титровании кислотой или на 1,6 при титровании щелочью.

Буферная емкость свежего нормального молока по кислоте составляет 1,7-2,6, а по щелочи – 1,2-1,4.

Наличие буферных систем в биологических жидкостях имеет большое значение – это своего рода защита животного организма от возможного резкого изменение рН, которое может неблагоприятно или губительно повлиять на него. Буферная способность составных частей молока играет большую роль в жизнедеятельности молочнокислых бактерий при производстве кисломолочных продуктов и сыров.

Молочнокислые бактерии чувствительны к низким значениям рН среды, границы их развития в молоке лежат в определенном интервале рН, характерном для отдельных групп. Минимальное значение рН для развития термофильных молочнокислых палочек составляет 3,5-4,25, для лактококков – 4,75. рН среды также влияет на характер образующихся продуктов брожения, в том числе на выход диацетила.

Плотность

Плотность, или объемная масса, молока при 20 ^ͦ С колеблется от 1027 до 1032 кг/м³. Средняя величина плотность заготовляемого в РФ молока низкая и составляет 1028,5 кг/м³. Плотность молока зависит от температуры (понижается с ее повышением) и химического состава (понижается при увеличении содержания жира и повышается при увеличении количества белков, лактозы и солей).

Плотность молока, определенная сразу после доения, ниже плотности, измеренной через несколько часов, на 0,8-1,5 кг/м³. Это объясняется улетучиванием части газов и повышением плотности жира и белков ( за счет изменения коэффициентов температурного расширения) при постепенном понижении температуры молока. Поэтому плотность закупаемого молока следует определять не ранее чем через 2 часа после дойки.