Молоко и его свойства

Введение

На протяжении большей  части истории человечества единственным источником молока служили молочные железы женщины. Затем, когда человек одомашнил других животных, для удовлетворения своих потребностей в существенных питательных веществах он стал использовать молоко других млекопитающих. Практически все молоко, потребляемое в России в натуральном виде – это коровье молоко. Питательная ценность молока иллюстрируется тем фактом, что ежедневное потребление примерно одного литра молока удовлетворяет всю суточную потребность взрослого человека в жире кальции, фосфоре и других питательных веществах.

Качество молока в значительной степени зависит от условий его  получения первичной обработки  и переработки. Переработка молочного сырья осуществляется с помощью соответствующих технологических процессов с применением соответствующего технологического оборудования.

Специалисты должны хорошо знать эти  процессы и четко представлять принцип действия технологического оборудования.

Актуальность данной темы заключается  в том, что каждый потребитель должен знать каким образом получают продукты питания скотоводства.

Цель данной курсовой работы выявить способы оценки качества молока, а также способы и оборудование для его первичной очистки от механических примесей.

1 Молоко и его свойства

1.1 Свойства молока

Молоко – это первое, что человек пробует на вкус. Подрастая, ребенок привыкает к другим продуктам  и вполне может от него отказаться, как это делают детеныши всех млекопитающих. Однако у человека более сложное  отношение к молоку. Многие народы совсем не знают молоко животных: оно не знакомо ни жителям Индокитая, ни чернокожим обитателям Африки, ни индейцам и эскимосам - коренному населению Америки… В то же время там, где в древности научились доить животных, практически не мыслят кухню без молока, ведь в нем есть всё, что необходимо человеку для нормального роста и развития. Люди доят коров и кобылиц, коз и овец, верблюдиц и олених, буйволиц и ослиц, самок яков и зебу.

В молоке есть всё, что нужно человеку для нормального роста и развития: вода (87,2%), жиры, белки (казеин, альбумин, глобулин), витамины и минеральные вещества (важнейшие из них – кальций и фосфор, необходимые для формирования, развития и восстановления костной ткани).

Качество и вкус молока во многом определяются его жирностью: чем больше жира, тем оно вкуснее и питательнее. При «отстаивании» молока жир всплывает, образуя на поверхности слой сливок. Специфический сладковатый вкус молоку придает лактоза, то есть молочный сахар.

Наиболее полезно, конечно, парное молоко, ещё не остывшее после дойки. Однако сохранить его непросто. Молоко можно вскипятить, однако почти все полезные вещества при кипячении исчезают, да и хранится оно не так уж и долго.

Топленое молоко получается благодаря долгой тепловой обработке: молоко томят («топят») 3-4 часа при температуре не ниже 95 градусов, не доводя до кипения. Раньше это делали в чугунке в печи, а сейчас можно воспользоваться обычной духовкой.

Если выпарить из молока всю влагу, получится белый порошок, так называемое «сухое молоко». Это очень удобно: стоит развести его водой – и снова получится молоко, разве что не такое вкусное и полезное.

Если прогревать молоко при температуре 74-76 градусов несколько  минут (этот способ называется пастеризацией  – его придумал еще в XIX веке французский ученый Луи Пастер), то срок его хранения (в прохладном месте) увеличивается до двух недель. Такое молоко называется пастеризованным, оно хранится несколько недель.

Гораздо дольше хранится стерилизованное молоко, которое проходит тепловую обработку при 125-145 градусах. Но в нем, увы, не образуются сливки, да и полезных веществ в нем почти не остаётся.

Полезные свойства молока сохраняются в сгущенном молоке. Его делают из пастеризованного (чаще всего – коровьего): выпаривают влагу, добавляют сахар, и получается густая питательная масса; съев одну банку, можно целый день не чувствовать голода! Не менее вкусна вареная сгущенка - густая, красивого золотисто-коричневого цвета.

Молоко – биологическая  жидкость, секрет молочной железы млекопитающих животных, представляющая собой многофазную полидисперсную смесь. Состоит из дисперсной среды – плазмы, в которой растворены минеральные соли, молочный сахар, коллоидной фазы – белков и частей соли и мелкодисперсной фазы – молочного жира в виде шариков, окруженных белково-липоидной оболочкой.

Химический состав молока не является строго постоянным и зависит  от вида животных, породы, возраста периода лактации, условий кормления, содержания и других факторов. Всего в молоке идентифицировано приблизительно 250 химических компонентов, в том числе около 140 различных жирных кислот. Состав молока некоторых видов млекопитающих представлен в таблице 1.1.

Молоко обеспечивает человека большим количеством белков высокого качества. Белки 1 л молока приблизительно равноценны 150 г мяса или рыбы, 5 крупных яиц, 120 г сыра чеддер или 850 г белого хлеба. В молоке содержатся белки двух основных видов – казеин и лактальбумин. Казеин составляет около 82 % общего количества белков молока.

Лактоза (молочный сахар) – основной углевод молока. Молоко является единственным источником лактозы в природе. Лактоза содержит галактозу, играющую важную роль в химизме центральной нервной системы (галактозы и цереброзиады составляют часть центральной нервной системы и мозговой ткани), являются строительным материалом для мозга, специальным питательным веществом для роста и развития центральной нервной системы потомства млекопитающих. Установлено, что студенты, которых вскармливали в младенчестве материнским молоком (грудью), имели более высокие баллы на экзаменах, чем их сверстники, выращенные искусственно.

Таблица 1.1

Молочный жир характеризуется  высоким содержанием легких жирных кислот (масляной и капроновой), которые легко усваиваются в организме человека и млекопитающих. Растительные жиры по сравнению с животными содержат мало жирных кислот и хуже усваиваются в организме человека.

Молоко отличается высоким содержанием  минеральных веществ, находящихся в оптимальном соотношении для всасывания в кровь из пищеварительного тракта. Стимулирующее влияние молока на массу и рост скелетных костей обусловлено обилием в молоке кальция и фосфора и их доступностью.

Молоко содержит все известные  витамины. Витамины – это вещества, которые находятся в очень низких концентрациях в растительных и животных тканях и необходимы для нормального протекания обменных процессов в организме.

К физическим свойствам молока можно  отнести кислотность и рН, плотность, вязкость, точки замерзания и кипения.

Нормальная величина рН молока при  комнатной температуре составляет 6,5…6,7. Реакция молозива более кислая, а рН мастистого молока обычно выше и достигает 7,3. По мере увеличения температуры рН снижается.

Применяют выражение  кислотности и в градусах Тернера, (°Т), которую определяют путем титрования с едким натром. В коническую колбу, емкостью 150…200 мл отмеривают пипеткой 10 мл молока, добавляют 20 мл дистиллированной воды и три капли фенолфталеина (индикатора). Смесь тщательно перемешивают и титруют децинормальным раствором едкого натра, приливая его из бюретки до появления слабо розового окрашивания, не исчезающего в течение одной минуты. Количество едкого натра, выраженное в миллилитрах, увеличивают на 10. Это служит показателем кислотности молока в градусах Тернера. Наибольшее значение при переработке и продаже молока вызывает развившаяся (действительная) кислотность. Этот показатель отражает деятельность бактерий, при которой лактоза разлагается до молочной кислоты. Молоко, имеющее рН около 6,5…6,7, имеет титруемую (видимую) кислотность около 14…18 °Т. Обычно человек говорит о молоке, что оно прокисло, когда титруемая кислотность выше 25°Т.

При повышении температуры  плотность молока снижается, но удельная масса остается относительно постоянной, примерно равной 1,032 кг/м3. Удельная масса – это плотность вещества, деленная на плотность воды при той же температуре. Удельная плотность используется для контроля состава концентрированных молочных продуктов (сгущенное молоко) в процессе производства, а также для исследования проб на наличие добавленной в молоко воды.

Вязкость нормального молока колеблется от 1,5 до 2,0 сантипауз при 20 °С. С увеличением температуры вязкость молока возрастает.

Большинство проб молока замерзает в пределах –0,530...–0,550°С. В норме молоко кипит приблизительно при 100,5 °С и абсолютном давлении 760 мм рт. ст.

При образовании молока из организма коровы в него переходят иммунные тела и бактерицидные вещества (лизоцимы и лактенины), задерживающие развитие бактерий в свежевыдоенном молоке. Период действия этого свойства свежевыдоенного молока называют бактерицидной фазой. Продолжительность действия бактерицидной фазы зависит от санитарных условий получения молока и температуры охлаждения (таблица 1.2)

Таблица 1.2

При обычной температуре  активность этих веществ сохраняется около двух часов. При температуре 277…278 К жизнедеятельность бактерий практически прекращается, что создает условия для длительного хранения. Поэтому охлаждение молока нужно проводить сразу после его выдаивания, не ожидая окончания дойки всего стада.

Молоко высокого качества можно получить, если состояние ферм отвечает санитарно-гигиеническим  требованиям, а весь персонал, связанный  с получением и первичной обработкой молока, повседневно соблюдает правили личной гигиены.

1.2 Оценка качества молока

Вкусовые и ароматические  соединения молока и молочных продуктов  изучают для того, чтобы понять причины пороков запаха и вкуса, научиться предупреждать их и  тем самым сохранять и улучшать качество продуктов, следить за течением реакций, обусловливающих образование вкусовых   и ароматических веществ с целью сознательного управления ферментативными процессами; для изготовления искусственных ароматизаторов полусинтетических пищевых продуктов, а также при разработке стандартов для сенсорного анализа. При этом необходима химическая идентификация и характеристика соединений, вызывающих вкусовые и обонятельные ощущения. Однако содержание ароматических веществ часто бывает ниже минимальных величин, определяемых с помощью анализа, хотя органы чувств отчетливо их воспринимают

Применение современных методов  определения вкуса с помощью  хромотографии, спектрофотометрии  позволяет их идентифицировать: например, при окислении  молочного жира образуются карбонильные соединения, придающие окисленный вкус молочного жира; или при самоокислении жира обазуются альдегиды, усиливающие вкус, которые по химическим и физическим свойствам  незначительно отличаются друг от друга.

Изучение аромата возможно путем  использования газовой хромотографии, особенно он служит для разделения натуральных ароматических комплексов, так как они отличаются летучестью 
С помощью хромотографического метода можно зарегистрировать следы в соотношении 1:10⁷ случаях вещества в концентрации 0,00001%, при этом  некоторые из них находятся в пределах сенсорного восприятия. Анализ газохромотограмм показал, что в образовании аромата молочных продуктов участвует большое количество отдельных соединений, которые можно идентифицировать вышеперечисленными методами. Применение инфракрасных спектров позволило определить вещество б-делактон, как вещество, придающее  испорченному жиру вкус, напоминающий вкус кокосового ореха.

Свежее сырое молоко характеризуется  определенными органолептическими свойствами (показателями): внешним  видом, консистенцией, цветом, вкусом и запахом. В соответствии с ГОСТом «Молоко коровье, требования при закупаках» молоко должно  быть однородной жидкостью без осадков и хлопьев, от белого до слабо-желтого цвета, без посторонних привкусов и запахов.

Белый цвет и непрозрачность (мутность) молока обусловливают рассеивающие свет коллоидные частицы белков и  шарики жира, желтоватый оттенок   растворимый в жире каротин, слабовыраженный (сладковатый), присущий только молоку вкус лактоза, хлориды, жирные кислоты, а также жир и белки. Приятный едва уловимый запах сырого  молока зависит от наличия в нем небольшого количества диметилсульфата, ацетона,  летучих жиров, кислот, ацетальдегида и др. карбонильных соединений. 
Количество хлоридов в молоке зависит от состояния здоровья животных и ст. лактации содержание диметилсульфида от вида скармливаемого корма, ацетона от режимов кормления и состояния здоровья животных, жирных кислот от степени гидролиза жира. Ярко выраженный вкус и запах у молока считается ненормальным явлением. Ароматические и вкусовые вещества адсорбируются прежде всего на белках, с которыми они и попадают в молочные продукты. Поэтому молочный продукт с нормальным вкусом можно получить только из сырого молока, безупречного с точки зрения запаха и вкуса. При обработке и переработке молока происходят физические и химические  процессы, которые способствуют образованию новых вкусовых и ароматических веществ из его компонентов.

Так, изменение во вкусе и запахе питьевого молока по сравнению с  сырым, происходят за счет образования  продуктов распада - лактоглобулина, которые содержат SH-группы и следы H₂S, придающие запах и вкус пастеризации и потребителем это воспринимается вполне нормально. Образованию аромата способствуют не только  отдельные химические компоненты, но и физическое состояние продукта. Это можно проследить на примере со сливками. Аромат их изменяется в такой последовательности: сладкие сливки, взбитые  сливки масло, хотя во всех случаях присутствуют одинаковые компоненты и ароматические вещества.

Таким образом, мы видим, что молоко – скоропортящийся продукт. Чтобы сохранить его пищевую и технологическую ценность необходимо проводить первичную обработку и переработку.

Технологические схемы  первичной обработки и переработки  молока подразделяются на основные и вспомогательные операции.

Основные:

• биохимическая (закваска, брожение, сквашивание, витаминизация, созревание, химическая обработка и т.д.);

• механическая (очистка, нормализация, гомогенизация, эмульсирование, смешивание, прессование сырной массы, сбивание масла и т.д.);

• тепловая (пастеризация, охлаждение, подогрев и т.д.)

Вспомогательные: прием, взвешивание, отбор проб и качественная оценка продукции, транспортировка, мойка и стерилизация посуды, хранение и сдача продукции.

Первичная обработка  молока проводится в целях сохранения молока в свежем виде в период доставки потребителям. Она состоит из фильтрования, охлаждения, хранения, учета и в случае необходимости в пастеризации, сепарирования и нормализации молока.

Требования к качеству молока отражены в ГОСТ 13264–70. "Молоко коровье. Требования при заготовках", согласно которым молоко относят к первому, второму сортам и несортовому. Основные показатели, по которым определяют сортность молока – это кислотность, степень механической загрязненности, бактерицидная осемененность, представлены в таблице 1.3.

Для анализа бактерицидной  осемененности молока используют раствор метиловой сини. В пробирку наливают по одному миллилитру рабочего раствора метиловой сини и 20 мл молока, закрывают пробкой и смешивают медленным трехкратным переворачиванием пробирки. После этого ее помещают в водяную баню и поддерживают температуру 38…40 °С. Результаты анализа учитывают через 20 мин, два часа и пять часов тридцать минут. Момент обесцвечивания окраски считают окончанием анализа, по которому молоко относят к одному из трех классов по таблице 1.4

Таблица 1.3

Таблица 1.4

              а)                            б)                           в)

                                  Рисунок 1.1

Степень чистоты молока определяют по эталону. Мерной кружкой берут 250 мл хорошо перемешанного молока, подогревают до 35…40 °С и выливают в специальный прибор с фильтром. По количеству на фильтре механических примесей (рисунок 1.1) молоко относят к трем группам. Температура молока при реализации не должно быть выше 10 °С.

Переработка молока предусматривает проведение ряда операций, направленных на изменение начальных свойств и качеств молока и получить питьевое молоко, сливки, творог, масло, сыр и др.

Натуральное цельное  молоко требует выполнения следующих  технологических операций: доение→ фильтрование → охлаждение до 7° С → прием → учет → выдача.

Питьевое молоко требует  выполнения следующих технологических операций: прием молока не выше 19 °Т → сортирование → очистка → нормализация жира, % → пастеризация → охлаждение → разлив→ упаковка → выдача.

2 Способы очистки молока  от загрязнений

2.1 Фильтрование

Проблема очистки молока от посторонних примесей была всегда актуальной. При ручном доении коров  даже строгое соблюдение норм санитарии  и гигиены не исключает попадания  в молоко шерсти животных, пыли, эпителия вымени, слизи и т. д. При машинном доении еще добавляются частички комбикормов, подстилки (торфа), насекомые и другие загрязнения: их засасывает через доильные стаканы, когда они по недосмотру обслуживающего персонала или из-за падения вакуума спадают с вымени (к сожалению, такие случаи нередки). Для предотвращения этого используют фильтры различной конфигурации.

Очистку молока от механических примесей проводят сразу после доения, пока молоко еще теплое. При доении в ведра молоко фильтруют во время слива его во фляги. В качестве фильтрующих элементов используют ватные прокладки, марлю, лавсановую ткань, а также фильтры разового пользования. Их недостатком является сильное загрязнение. Ватные прокладки меняют через 50…60 литров отфильтрованного молока. Марля не обеспечивает полную очистку молока от мелких примесей. Лучшие результаты дает лавсановая ткань или энант, которую после использования стирают и дезинфицируют.

В молочной промышленности применяют фильтры с металлической (сита) и тканевой перегородками. Металлические перегородки изготовляют плетеными и штампованными с числом отверстий на 1 см2 от 25 до 100, размером от 0,5 до 1,5 мм. Живое сечение перегородок до 50 %. Для тканевых перегородок используют холст различной плотности, а также энанта и лавсана (на 1 см2 – 255 ячеек). Наиболее высокая степень очистки получается при одновременном использовании металлической сетки и фильтровальной ткани.

Цедилки (рис. 2.1) применяют  для фильтрации молока, поступающего порциями. Они позволяют сгладить поток фильтруемого молока.

Конусовидная форма  решеток позволяет увеличивать  фильтрующую поверхность, а также способствует лучшему отделению загрязнений. Нерастворенные загрязнения скользят по стенкам решетки в желобок, откуда удаляются при промывке или замене фильтра.

Конический фильтр состоит  из корпуса 3 (рисунок 2.2), снабженного подводящим 8 и отводящим 7 патрубками, крышкой 2 с вентилем 1 для выпуска воздуха. Внутри корпуса установлена молокоприемная чаша 4 с фильтрующим элементом 5 (лавсан). Кран 6, установленный на отводном патрубке, предназначен для отсоединения фильтра во время его промывки и чистки. Молоко через патрубок 8 поступает в корпус фильтра, просачивается через фильтрующий элемент 5 и выходит из фильтра в кран 6 и патрубок 7. Длительность безразборной работы конических фильтров в зависимости от загрязненности молока составляет три–четыре часа.

Рисунок 2.1 Цедилка:                 Рисунок 2.2 Конический фильтр

1 – чашеобразный корпус;

2 и 4 – конические решетки;

3 – фильтрующий элемент;

5 – грязевой желоб;

6 – распорное кольцо

Фильтр молочный самоочищающийся типа ФМС (рисунок 2.3) предназначен для фильтрации молока в процессе ручной дойки коров в небольших фермерских хозяйствах и молокозаводах.

Самоочистка поверхности  фильтрующего элемента достигается организацией пленочного течения очищаемого молока, при котором примесные частицы смываются с центральной части его к периферии за счет энергии столба жидкости фильтрующим элементом.

Мойка фильтра осуществляется горячей водой температурой 40…60 °С и горячей водой в сочетании с моюще-дезинфицирующими средствами (дезмолом, визмолом и др.).

Тонкость фильтрации – до 20 мкм, расход 10 л/мин, перепад  давления на фильтрующем элементе – 196 Па, допустимая температура фильтрующего элемента – до 140 °С, диаметр фильтрующего элемента 300 мм.

Двухслойный зернистый регенерируемый фильтр (рисунок 2.4) предназначен для фильтрации пищевых продуктов: молока, соков, вин, напитков и т.д. Обеспечивает эффективную очистку (первая группа чистоты), высокую пропускную способность и длительный ресурс работы до предельного забивания примесями.

Рисунок 2.3 Фильтр молочный       Рисунок 2.4 Двухслойный зернистый

 самоочищающийся типа ФМС        регенерируемый фильтр

          1 – воронка; 2 – трубопровод;

3 – преобразователь; 4 – обтекатель;

5 – крышка; 6 – фиксатор;

7 –обруч натягивания;

8 – фильтрующий элемент;

9 – дно; 10 – трубопровод отводящий

Работа фильтра не нарушает вакуумный режим доения. Регенерация зернистого наполнителя осуществляется в стандартных условиях промывки обратным током промывочной жидкости без разгерметизации корпуса.

Тонкость фильтрования – до 40 мкм, скорость фильтрования –  до 250 л/ч, перепад давления на фильтре 0,1 МПа, пропускная способность фильтра при росте перепада давления в процессе очистки не более 0,02 МПа – 0,2…5 м3/ч, расход при регенерации 2,5…5 м3/ч, габаритные размеры: диаметр корпуса – 170…230 мм, высота 1500 мм, масса 25…40 кг.

Устройство пластинчатого  закрытого фильтра показано на рисунке 2.5.

Фильтр состоит из двух секций 6. Каждая секция состоит из трех камер, представляющих собой раму 5 с сеткой и фильтровальной тканью 4. Молоко через патрубок 10, по каналу поочередно, через каждые 10...30 мин, поступает в одну из камер образованному боковыми отверстиями рамок и распределяется параллельно по камерам секций 6. Подачу молока переключают трехходовым краном 9. Когда одна секция работает, другую очищают и готовят к работе (меняют фильтровальную ткань). Температура молока при фильтровании 30...35 °С. Для выпуска скопившегося во время работы воздуха периодически открывают краны 8. Просочившееся через неплотности молоко попадает в сборник 12. Туда же поступает оставшееся в секциях молоко при разборке секций.

Рисунок 2.5 Закрытый пластинчатый фильтр для молока:

1 – станина; 2 – краны для спуска молока; 3 – зажимы;

4 – фильтровальная ткань; 5 – рамы с сеткой; 6 – камеры; 7 – крышки секций;8 – краны для выпуска воздуха; 9 – трехходовой кран; 10, 11 – патрубки для входа и выхода молока; 12 – сборник для молока; 13 – шарниры

Дисковый закрытый фильтр (рисунок 2.6) состоит из стального корпуса 3, крышки 7, клапана 8, набора фильтрующих дисков 9 с отверстиями 10, через которые проходит молоко, вставных прокладок 11, внутреннего стакана 5, обоймы 6, стоек 12 и крана 2 для спуска остатков молока. Молоко поступает в фильтр через патрубок 4, проходит через отверстия 10 в рамках, через фильтровальные прокладки 11 и выходит в трубу 1.

Цилиндрический закрытый фильтр для очистки молока показан на рис. 2.7. В цилиндрический фильтр молоко поступает под давлением 200 МПа, проходит фильтровальную ткань 6, натянутую на внутреннюю и наружные сетки 4 и 5. Через патрубок 3 молоко выходит из фильтра. Герметичность сборки фильтра достигается установкой под крышку 8 резиновой прокладки 10. Скопившийся воздух выходит через кран 9. На патрубке 11 установлен манометр, по которому контролируют давление. Перед фильтрацией молоко нагревают до температуры 30...40 °С. Фильтровальную ткань необходимо менять через 15...30 мин.