Исследовательская работа "Химический состав молока"

Исследовательская работа

Химические свойства молока

I.Физико-химические характеристики молока

I.1 Состав Молока

I.2 Термическая обработка молока

I.3 Методы химического анализа, применяемые при изучении молока.

II. Исследование химического состава молока

II.1 Определение плотности молока

II.2 Выделение из молока белков и молочного сахара

II.3 Определение кислотности молока

II.4 Доказательство непредельности кислот входящих в состав жиров

I. ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ МОЛОКА

• Кислотность

• Буферность

• Окислительно-восстановительный потенциал

• Плотность

• Вязкость

• Поверхностное натяжение

• Осмотическое давление и t замерзания

• Электропроводность

Кислотность — показатель свежести молока, один из основных критериев оценки его качества. В молоке определяют титруемую и активную кислотность.

Активная кислотность определяется концентрацией свободных ионов водорода и выражается водородным показателем — отрицательный логарифм концентрации свободных ионов водорода, находящихся в растворе, выражается в единицах рН.

В свежем молоке рН = 6,68,то есть молоко имеет слабо-кислую среду. Активная кислотность определяется потенциометрическим методом на рН-метре.

Молоко имеет слабо-кислую среду, так как в нём присутствуют соли (фосфорнокислых и лимоннокислых), белки и углекислый газ.

Титруемая кислотность измеряется в градусах Тернера (°Т). В соответствии с ГОСТ 3624 титруемая кислотность показывает количество кубических сантиметров децинормального (0,1 N) раствора щёлочи, пошедших на нейтрализацию 100 см³ молока или 100 г продукта с двойным объёмом дистиллированной воды в присутствии индикатора фенолфталеина. Момент окончания титрования — это появление слабо-розового окрашивания, которое не исчезает в течение 1 минуты. Титруемая кислотность свежевыдоенного молока = 16—18°Т, допустимое значение для нормального молока 15,99—20,99°Т .

В западных странах используют другие единицы измерения титруемой кислотности:

градусы Соксклета-Хенкеля (°SH)- Германия, Чехия, Польша, Словакия. При определении этой кислотности используют щёлочь 0,25N.

градусы Дорника (°D)- Голландия, используют щёлочь 0,09N.

в процентах молочной кислоты (% молочной кислоты) — США, Куба.

1°SH = 2,25°D = 2,5°T = 0,0225 % молочной кислоты

Буферность

Буферные системы обладают способностью поддерживать постоянный рН среды при добавлении кислот и щелочей. Они состоят из слабой кислоты и её соли, образованной сильным основанием, или из смеси двух кислых солей слабой кислоты. Чем выше в молоке буферных свойств, тем больше потребуется кислоты или щёлочи для изменения его рН. Количество кислоты, которое необходимо добавить к 100 см³ молока, чтобы изменить его рН на единицу, называется буферной ёмкостью молока.

Окислительно-восстановительный потенциал — это способность составных веществ молока присоединять или терять электроны. Молоко содержит химические соединения, способные легко окисляться и восстанавливаться: витамин С, витамин Е, витамин В, аминокислоту цистеин, кислород, ферменты. Окислительно-восстановительный потенциал молока обозначается Е и равен 0,25÷0,35 В. Е определяют потенциометрическим методом. Факторы, влияющие на изменение Е:

Нагревание молока уменьшает Е

Наличие металлов резко повышает Е

Наличие микроорганизмов повышает Е

Окислительно-восстановительный потенциал молока служит косвенным методом определения бактериальной обсеменённости молока.

Бактерицидные свойства молока

В молоке после дойки содержатся микроорганизмы, количество которых в течение 2 часов не только не увеличивается, но и понижается. Способность молока подавлять действие

микроорганизмов называется бактерицидными свойствами, а период времени, в течение которого в молоке проявляются бактерицидные свойства называется бактерицидной фазой.

Бактерицидные свойства молока обусловлены наличием в нём ферментов (лизоцим, пероксидаза), иммуноглобулинов, лейкоцитов.

Бактерицидная фаза зависит от:

бактериальной обсеменённости, которая зависит от соблюдения санитарно-гигиенических условий

температуры молока (чем выше, тем короче б. фаза)

Если молоко после дойки сразу очистить и охладить до 4 °C, то продолжительность бактерицидной фазы составит 24 часа, если до 0 °C — до 48 часов.

Плотность — масса молока при t=20 °C, заключённая в единице объёма. Плотность является одним из важнейших показателей натуральности молока. Измеряется в г/см³, кг/м³ и в градусах Ареометра (°А) — условная единица, которая соответствует сотым и тысячным долям плотности, выраженной в г/см³ и кг/м³.

Плотность натурального молока не должна быть ниже 1,027г/см³ =1027кг/м³=27°А . Плотность сырого молока не должна быть менее 28°А, для сортового не менее 27°А. Если плотность ниже 27°А, то можно подозревать, что молоко разбавлено водой: добавление к молоку 10 % воды снижает плотность на 3°А .

Плотность молока является функцией его состава, то есть зависит от содержания жира. Плотность обезжиренного молока выше, чем средняя, плотность сливок ниже, чем средняя плотность молока. Основной метод определения плотности — ареометрический.

Вязкость — свойство жидкости оказывать сопротивление при перемещении одной части относительно другой. Вязкость измеряют в Па·с, в среднем при t = 20 °C вязкость равна 0,0018 Па·с. Вязкость зависит от массовой доли сухих веществ, а наибольшее влияние оказывают белки, жиры, а также их агрегатные состояния.

Основные факторы, влияющие на вязкость молока:

Массовая доля жира и степень его диспергирования: чем больше жира и меньше размеры жировых шариков, тем выше показания вязкости. Вязкость гомогенезированного молока выше, чем негомогенезированного, так как увеличивается суммарная поверхность жировой фазы.

Массовая доля сухих веществ в молоке: чем больше, тем вязкость больше.

Температурная обработка: повышение t молока до 55 °C приводит к снижению вязкости за счёт более равномерного распределения составных веществ молока и расплавления тугоплавких триглицеридов, входящих в состав молочного жира. Дальнейшее повышение t приводит к увеличению вязкости, так как происходит денатурация сывороточных белков и осаждение их на мицеллах казеина.

Агрегатное состояние казеина : оно может направленно изменяться при технологической обработке молока в процессе приготовления некоторых кисломолочных продуктов (творог, кефир), вязкость при этом увеличивается.

Вязкость определяется на вискозиметрах Оствальда, Гепплера и ротационном.

Поверхностное натяжение выражается силой, действующей на единицу длины границы раздела двух фаз воздух — молоко. Поверхностное натяжение измеряется в Н/м и составляет для воды 0,0727 Н/м, для молока 0,05 Н/м. Более низкое поверхностное натяжение молока объясняется наличием в нём поверхностно активных веществ (ПАВ) в виде белков плазмы молока, оболочек жировых шариков, фосфолипидов и жирных кислот.

Поверхностное натяжение зависит от:

• t среды

• химического состава молока

• режимов технологической обработки

• продолжительности хранения молока

• содержания кислорода

• агрегатного состояния белков и жира

• активности фермента липаза

В прямой зависимости от поверхностного натяжения находится пенообразование молока.

Осмос — односторонняя диффузия растворителя в раствор. Сила, обуславливающая осмос, отнесённая к единице поверхности полупроницаемой мембраны — осмотическое давление. Осмотическое давление молока нормального состава — относительно постоянная величина = 0,66 МПа. Оно обусловлено содержанием в молоке минеральных солей и лактозы. Чем выше осмотическое давление, тем меньше вероятность развития микроорганизмов в молочных продуктах. Этот принцип используется в технологии консервов, а также в производстве, где используется сироп (сахар).

Осмотическое давление рассчитывают по t замерзания молока, так как t замерзания тоже зависит от массовой доли лактозы и минеральных веществ. t замерзания — постоянная величина, в среднем составляет - 0,555 °C (по ГОСТ 52054 не выше — 0,520 °C). Разбавление молока водой приводит к повышению t замерзания. По её величине судят о натуральности молока. t замерзания определяют криоскопическим методом.

Электропроводность молока — величина, обратная электрическому сопротивлению. Она характеризуется способностью раствора проводить электричество, электропроводность измеряют Сименс/м. Молоко — плохой проводник электричества, но электропроводность может увеличиваться в маститном молоке за счёт изменения состава минеральных веществ. Электропроводность обусловлена наличием в молоке ионов водорода, калия, натрия, кальция, магния и хлора. Для молока = 0,46 Сименс/м.

I.1 Состав Молока

Состав молока сельскохозяйственных животных, его питательная ценность изменяются в зависимости от периода лактации, породы животного, его кормления и содержания, доения, здоровья животного и др. факторов. В состав молока сельскохозяйственных животных входят: вода, жир, белки, молочный сахар, минер. вещества(в т.ч. микроэлементы), витамины, ферменты и гормоны. Молочные белки (казеин, альбумин и глобулин) содержат аминокислоты, в т. ч. основные жизненно необходимые: лизин, триптофан, фенил-аланин и др. Белки молока сельскохозяйственных животных хорошо усваиваются организмом (от 75% до 100%).

Таблица I.1 «Химический состав молока сельскохозяйственных животных (в %) (сводные данные из различных источников).

Животные

Вода

Жир

Белок

Молочный сахар

Минеральные вещества

Корова

87,5

3,8

3,3

4,7

0,7

Овца

82,1

6,7

5,8

4,6

0,82

Коза

86,6

4,1

3,8

4,6

0,85

Кобылица

90,0

1,0

2,0

6,7

0,30

Ослица

90,0

1,4

1,9

6,2

0,47

Свинья

84,0

4,6

7,2

3,1

1,10

Крольчиха

69,4

10,5

15,5

2,0

2,60

Собака

77,0

9,3

9,7

3,1

0,91

I.2 Термическая обработка молока

Термическую обработку (пастеризацию и стерилизацию) молока применяют для предохранения молочных продуктов от порчи и повышения стойкости при хранении.

Вместе с тем, в процессе тепловой обработки изменяются основные компоненты молока и свойства его: вязкость, кислотность, поверхностное натяжение, вкус, запах, цвет молока, его способность к отстою сливок, сычужному свертыванию и пр. При всех видах тепловой обработки стремятся максимально сохранить исходные данные молока, его пищевую и биологическую ценность, т. К. длительное воздействие высоких температур может вызвать необратимое изменение структуры и свойств белков и прочих составных частей молока. Разберем, как же изменяется каждый компонент молока и его влияние на свойства.

Лактоза. В процессе высокотемпературной пастеризации молока и особенно при стерилизации происходит изомеризация лактозы (образование лактулозы) и ее взаимодействие с аминокислотами (реакция меланоидинообразования).

Стерилизация молока также вызывает разложение лактозы с образованием углекислого газа и кислот — муравьиной, молочной, уксусной и др. При этом кислотность молока увеличивается на 2-3°Т.

В результате образования меланоидинов изменяется вкус и цвет молока. Механизм меланоидинообразования до сих пор окончательно не установлен. Выяснено, что реакция идет в две стадии. Первая стадия изучена подробно. Вначале лактоза взаимодействует со свободными аминогруппами. Аминокислоты, преимущественно NH2 с группой лизина, в результате образуется гликозид (лактозолизин), затем образуется

лактулозилизин, который распадается на фруктозолизин и галактозу или ее изомер тагатозу.

Образование фруктозолизина снижает биологическую ценность молочных продуктов, так как он не расщепляется пищеварительными ферментами и не усваивается организмом человека. В результате тепловой обработки часть лизина белков «блокируется» и тем самым снижается количество «доступных» аминокислот. Лизин может образовывать комплексы и с другими соединениями. Например, при стерилизации молока в автоклавах возможно его взаимодействие с аланином, образующийся в результате лизиноаланин также плохо переваривается в организме человека и обладает токсичными свойствами. Следовательно, при выборе режимов тепловой обработки для сохранения пищевой ценности молочных продуктов следует контролировать содержание доступного лизина.

Часть образовавшегося фруктозолизина вовлекается в дальнейшие реакции. Из его сахарного компонента образуются разнообразные карбонильные и другие соединения. К промежуточным продуктам реакции Майара относятся альдегид, кетоны, паравиноградная кислота, уксусная, муравьиная, молочная, левулиновая, лактоны и др.

Большинство из них обнаружено в пастеризованном и стерилизованном молоке. Некоторые обладают выраженным вкусом и запахом и могут влиять (+ и -) на вкус молочных продуктов.

Вторая стадия — меланоидинообразование — до конца не изучена. Известно, что она включает реакции полимеризации и конденсации карбонильных соединений при участии аминокислт. В результате образуется смесь азатосодержащих циклических соединений типа производных пиразина, пиррола, пиридина и пр., которые имеют различную молекулярную массу, не растворимы в воде, окрашены в

коричневый цвет. Альдегиды принимают участие в формировании аромата продукта.

Жиры. Молочный жир под действием высоких температур подвергается незначительному гидролизу. При этом увеличивается количество в молоке диглециридов и снижается на 2-3 % содержание в триглицеридах ненасыщенных жирных кислот. Более существенно изменяется состав оболочек жировых шариков: денатурируется их белковый компонент, и часть веществ оболочки переходит в плазму молока. В результате снижается механическая прочность оболочек и наступает частичная дестабилизация жировой эмульсии — происходит слияние некоторых жировых шариков и вытапливание жира.

Витамины и ферменты молока. Тепловая обработка молока приводит к разрушению части витаминов и потере активности почти всех ферментов. В большей степени разрушаются водорастворимые витамины (тиамин, В12, С1), количество жирорастворимых витаминов изменяется мало.

Из ферментов наиболее чувствительны к нагреванию амилаза, каталаза, фосфатаза, наитивная липаза. Более устойчивы пероксидаза, бактериальная липаза и ксантиноксидаза. Фосфатаза и некоторые другие ферменты молока после потери своей активности в результате пастеризации могут вновь ее восстановить, т. Е. обладают свойствами реактивации. Случай реактивации ферментов, например, фосфатазы, наблюдаются в основном после кратковременной высокотемпературной обработки высокожирного сырья.

Ферменты, сохранившие свою активность, могут вызывать в молоке и молочных продуктах нежелательные биохимические процессы, в результате которых снижаются качество, вкусовые свойства и пищевая ценность продуктов. Наибольшую опасность представляют липазы и протеиназы бактериального происхождения: липазы способствуют

прогорканию молочных продуктов, протеиназы вызывают свертывание УВТ-молока.

Таким образом, мы рассмотрели, как изменяется состав молока в зависимости от термической обработки, насколько происходит потеря тех или иных компонентов. Это дает возможность регулировать режимы тепловой обработки с целью сохранения наитивного состава и свойств молока. При непрерывном способе производства молоко подергается двукратной стерилизации, что вызывает значительные изменения его физических свойств: оно приобретает кремовый оттенок и привкус пастеризации.

Соли. В процессе тепловой обработки молока изменяется в первую очередь состав солей кальция. В плазме молока нарушается соотношение форм фосфатов Са; фосфорнокислые соли кальция, находящиеся в виде истинного раствора переходят в коллоидный фосфат кальция, который агрегирует и осаждается на мицеллах казеина. При этом происходит необратимая минерализация казеина кальций фосфатного комплекса (ККФК), что приводит к нарушению структуры мицелл и снижению термоустойчивости молока. Часть фосфата кальция выпадает на поверхности теплообменных аппаратов, образуя вместе с денатурированными сывороточными белками отложения — так называемый молочный камень и молочный пригар.

Таким образом, в результате пастеризации и стерилизации в молоке снижается количество ионно-молекулярного кальция (на 11-50%), что ухудшает способность молока к сычужному свертыванию. Поэтому при выработке творога и сыра в пастеризованное молоко вносят для восстановления солевого равновесия растворимые соли в виде хлористого кальция.

I.3 Методы химического анализа, применяемые при изучении молока.

Аналитическая химия включает себя два основных направления- определения качественного и количественного состава веществ.

Количественный анализ.

Для определения плотности молока применяется ареометрический метод.

Для определения общей кислотности – титрометрический анализ.

Титрование – постепенное прибавление титрованного (рабочего) раствора к другому раствору. Метод анализа кислотно-основной (нейтрализация кислот основанием в присутствие индикатора).

Качественный анализ.

Хроматография. Этот метод анализа основан на избирательной адсорбции различных веществ некоторыми твердыми материалами – адсорбентами.

Адсорбционная хроматография – основана на различной степени адсорбируемости ионов или молекул. Если адсорбируемые вещества сами не окрашены, то их «проявляют» реактивом, дающим с адсорбированными веществами различно окрашенные соединения.

Качественные реакции на ионы железа, меди.

Качественные реакции на белки, лактозу.

II. Исследование химического состава молока

В практической части работы я сравнил физико-химические характеристики и состав молока разной жирности и методов тепловой обработки, для этого я применил методы качественного и количественного анализа.

Для анализа взял:

• Молоко стерилизованное с жирностью 2,7%

• Молоко пастеризованное с жирностью 2,5%

• Молоко сырое с жирностью 4%

II.1 Определение плотности молока

Плотность молока или объемная масса при 20^оС колеблется от 1,027 до1,032 г/см2. Плотность зависит от температуры (понижается с ее повышением), химического состава (понижается при увеличении содержания жира и повышением при увеличении количества белков, лактозы и солей), а также от давления, действующего на него.

Плотность молока, определенная сразу же 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. Величина плотности зависит от лактационного периода, болезней животных, пород, кормовых рационов. Так. Молозиво и молоко полученные от разных коров, имеют высокую плотность за счет повышенного содержания белков, лактозы, солей идругих составных частей.

Определяют плотность различными методами, технометрическими, ареометрическими.

Плотность молока изменяется от содержания сухих веществ и жира. Сухие вещества повышают плотность, жир понижают. На плотность оказывают влияние гибратация белков и степень отвердевания жира. Последнее зависит от температуры, способа обработки и частично от механических воздействий. С повышением температуры плотность молока уменьшается. Это объясняется прежде всего изменением плотности воды — главной составной части молока.

В диапазоне температур от 5 до 40оС плотность свежего обезжиренного молока в пересчете на плотность воды с повышением температуры снижается сильнее. Такое отклонение не наблюдается в опытах с 5%-ным раствором лактозы

Цель: определить плотность молока.

Ход работы:

Молоко налил в сухой цилиндр (температура молока 20^оС) и погружал сухой ареометр, не допуская прикосновения ареометра к стенкам цилиндра. После того как ареометр остановился отмечал деление шкалы.

Методы термической обработки на плотность не влияют.

Результат опыта: мы видим что пастеризованное молоко имеет пониженную плотность, что говорит о подснятии сливок или разбавлении водой, а остальные образцы имеют требуемую плотность.

II.2 Выделение из молока белков и молочного сахара

Белки. Существует устойчивое мнение о том, что самыми ценными составными частями молока являются белки. Они полезнее, чем белки мяса и рыбы, и быстрее перевариваются. Белок участвует в создании новых клеток и тканей у молодых растущих организмов и восстановлении отживших клеток у людей зрелого возраста.

Белки молока состоят из трех компонентов: казеина, альбумина и глобулина, которые в сыром молоке находятся в растворенном состоянии. На долю казеина приходится в среднем 76-88% всего молочного белка. Казеин является основным компонентом творога, изделий из него и сыров. Содержание глобулина в молоке составляет 0,1%, а альбумина – в 6 раз меньше, чем казеина. Однако глобулин обладает антибиотическими и иммунными свойствами и служит источником антител, которые защищают организм от инфекции.

Усвояемость молочного белка при смешанной пище составляет 98%.

Лактоза (от лат. Lactis — молоко) С12Н22О11 — углевод группы дисахаридов, содержится в молоке и молочных продуктах. Молекула лактозы состоит из остатков молекул глюкозы и галактозы.

Лактозу иногда называют молочным сахаром.

Применяют для приготовления питательных сред, например при производстве пенициллина. Используют в качестве вспомогательного вещества (наполнителя) в фармацевтической промышленности.

Из лактозы получают лактулозу – ценный препарат для лечения кишечных расстройств, например, запора.

Цель: выделить из молока казеин и лактозу

Ход работы:

Пробирки наполовину заполнил молоком и добавил 5-6 капель уксусной кислоты. Молоко довели до кипения, при этом оно створаживалось. Получившийся раствор профильтровали. На фильтре осталась творожистая масса(в домашнем молоке ее было намного больше, чем в остальных), состоящая из казеина и жира. Для того чтобы убедится в наличие белков, этот осадок поместили в пробирку и добавили концентрированную азотную кислоту. Появление желтого окрашивания указывает на наличие белков.

Для обнаружения лактозы я взял фильтрат и нейтрализовал его раствором гидроксида натрия до слабощелочной реакции по индикатору фенолфталеину. Разделил фильтрат пополам. Для реакции мне требуется гидроксид меди (II), я получил его смешиванием гидроксида натрия и сульфата меди (II).Раствор имел голубой цвет. К этому раствору прибавили фильтрат, содержащий лактозу. Раствор приобрел ярко-синий цвет. Содержимое пробирки нагрел. Окраска стала красной. Вторую часть фильтрата выпарил. Сахар приобрел темно-коричневый цвет.

II.3 Определение кислотности молока

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

Так, в первые дни после отела кислотность молока повышена за счет большого содержания белков и солей, затем, через определенное время (40-45 дней), она снижается до физиологической нормы. Молоко перед концом лактации коров имеет пониженную кислотность.

Цель: определить кислотность молока

Ход работы:

Кислотность определяют методом титрования. Для этого отмерял в коническую колбу 10мл молока и добавил при помощи мерного цилиндра 20мл прокипяченной и охлажденной воды. Затем к раствору добавил 5-6 капель раствора фенолфталеина, и после перемешивания проводил титрование.

После титрования – розовая окраска должна сохранятся в течении 2 минут, что мы и наблюдали.

Для нахождения кислотности по градусам Тернера число миллилитров 0,1 N щелочи, израсходованной на титрование, умножили на 10, так как расчет ведется на 100мл молока.

Титруемая кислотность свежевыдоенного молока = 16—18°Т, допустимое значение для нормального молока 15,99—20,99°Т .

Диаграмма показывает нам что самая низкая кислотность у стерилизованного молока , из-за того что в процессе стерилизации в молоке погибают бактерии которые провоцируют молочнокислое брожение.

Сырое молоко имеет повышенную кислотность, из-за питания коров.

Пастеризованное молоко имеет нормальную кислотность, так как пастеризация не уничтожает молочнокислых бактерий.

II.4 Доказательство непредельности кислот входящих в состав жиров

Молочный жир в чистом виде представляет собой сложный эфир трехатомного спирта глицерина, предельных и непредельных жирных кислот. Непредельные кислоты жирных масел, особенно линолевая,

линоленовая (а также арахидоновая, характерная в основном для животных жиров) незаменимые пищевые вещества в процессах обмена веществ, особенно холестерина. К примеру, они ускоряют его выведение из организма, являются материалом, из которого в организме образуются простагландины. Поэтому эту указанную группу веществ иногда относят к витаминам («витамин F»), однако витаминная природа непредельных кислот многими исследователями оспаривается и поэтому их теперь называют незаменимыми, или эссенциальными.

Цель: определить наличие непредельных кислот в молоке

Ход работы:

Молоко налил в стаканчики для отстаивания, так как для опыта нам требуются сливки. Через некоторое время мы увидели что сливки только у сырого молока, в других видах молока сливок не было из-за ого что перед тепловой обработкой молоко гомогенизируют, то есть разбивают жировые шарики.

От сырого молока подснял пипеткой сливки и поместил в стаканчик, затем медленно по каплям добавлял раствор перманганата калия, он обесцвечивался.

Изменение окраски перманганата калия говорит о непредельности кислот, входящих в состав жиров.

Список использованных источников

В.П. Супруненко «Продуктовый ларь»- Запорожье: РИП «Выдавэць»- Издательство «Коммунар», 1993,- 144с.

Б.А. Введенский «Малая Советская Энциклопедия»-3-е изд. научное издательство «Большая Советская Энциклопедия»

Интернет сайты

npo-energy.lg.ua

syyr.ru

wikipedia.org

molbufet.com.ua

dietolog.com.ua

leloo.com.ua