1 Цель работы

Целью работы является получение практических навыков определения средних размеров казеиновых мицелл и жировых шариков в молоке.

2 Общие положения

Молоко является сложной полидисперсной системой. Дисперсные фазы системы находятся в ионно-молекулярном состоянии (фаза истинного раствора), в виде коллоидных частиц (коллоидная фаза) и грубодисперсных частиц различной величины (фаза эмульсии). Провести строгую границу между дисперсными фазами и дисперсионной средой молока нельзя, так как водные растворы одних веществ являются дисперсионной средой для других.

В виде истинного раствора в молоке содержатся лактоза, соли кальция, магния, натрия, калия, а также водорастворимые витамины, небелковые азотистые соединения, органические кислоты, альдегиды и другие компоненты. Размеры молекул лактозы составляют 1-1,5 нм, размеры молекул и ионов солей - менее 1нм.

В коллоидно-дисперсном состоянии в молоке находятся казеин, сывороточные белки и большая часть фосфатов кальция. Мицеллы казеина имеют почти сферическую форму, средний диаметр их составляет 70-100 нм (с колебаниями от 50 до 300 нм), а средняя молекулярная масса - 10 (с колебаниями от 107 до 109 ). Молочный жир с водной средой образует эмульсию. Жир диспергирован в виде жировых шариков, покрытых липопротеидной оболочкой. Размер жировых шариков колеблется от 0,1 до 10 мкм. Средний диаметр шарика составляет 2,5-3 мкм. Размеры мицелл казеина оказывают существенное влияние на технологические свойства молока: термоустойчивость и свертываемость. От массовой доли и размера мицелл казеина зависит консистенция белковых молочных продуктов. Содержание жира и размеры жировых шариков в молоке обусловливают выход сливок при сепарировании выход и консистенцию продуктов повышенной жирности. Поэтому знание методов определения размеров казеиновых мицелл и жировых шариков имеет важное практическое значение.

Размеры и молекулярная масса мицелл казеина могут быть определены с помощью методов электронной микроскопии, ультрацентрифугирования и светорассеяния. Определение размера жировых шариков в молоке можно проводить с помощью камеры Горяева, окуляр-линейки, а также с применением микрофотографирования.

2.1 Определение среднего размера мицелл казеина методом светорассеивания

2.1.1 Сущность метода

Определение размера мицелл казеина методом светорассеивания основано на измерении интенсивности рассеяния падающего света частицами белка. Интенсивность рассеянного света увеличивается пропорционально числу и размерам частиц казеина.

2.1.2 Последовательность определения

В мерную колбу на 100 см³ наливают 50-75 см³ 0,01н раствора хлорида кальция, затем пипеткой вносят 2 см³ обезжиренного молока. После размешивания содержимого колбы объем ее доводят до метки раствором хлорида кальция и вновь тщательно перемешивают. Сразу же одну кювету заполняют раствором из колбы, другую - 0,01 н раствором хлорида кальция и колориметрируют при длине волны 535 нм.

Для устранения ошибок, связанных с наличием следов жира, проводят параллельный опыт, исследуя обезжиренное молоко, разбавленное 0,05н раствором соляной кислоты (в том же соотношении, что и при разбавлении

хлоридом кальция).

Находят среднюю массу мицелл казеина без поправки на возможную коагуляцию частиц казеина в период определения (В, млн ед. молекулярной массы) по формуле:

(9.1)

где Д₁ - оптическая плотность смеси молока с 0,01 н раствором хлорида кальция;

Д_о - оптическая плотность смеси молока с 0,05 н раствором соляной кислоты;

2·10^-4 - коэффициент, учитывающий разведение молока; с - массовая доля казеина в обезжиренном молоке, %;

l - рабочая длина кюветы, см; l = 1 см;

Н - константа, равная 4,38 ·10⁷ .

По показателю В, пользуясь таблицей 9.1, устанавливают массу частиц казеина с поправкой на коагуляцию В₁ .

Таблица 9.1 - Средняя масса мицелл казеина с поправкой на коагуляцию

В млн ед. молекулярной массы

В	В1	В	В1	В	В1
50	52	550	663	1100	1500
100	105	600	733	1200	1680
150	161	650	805	1300	1880
200	218	700	878	1400	2060
250	276	750	955	1500	2270

Продолжение таблицы 9.1

300	336	800	1030	1600	2480
350	397	850	1100	1700	2700
400	460	900	1175	1800	2900
450	525	950	1260	-	-
500	593	1000	1335	-	-

Средний диаметр мицелл казеина (d, см) определяют по формуле

d=1,342· ·10^-8, (9.2)

или в нм по формуле

d= 1,342· ·10^-1, (9.3)

где B₁ - средняя масса частиц казеина с поправкой на коагуляцию, млн ед. молекулярной массы.

Массовую долю казеина в обезжиренном молоке (с, %) рекомендуется определить методом формольного титрования. Для чего в колбу вместимостью 100 см³ отмеривают 10 см³ молока, добавляют 10-12 капель 1%-го раствора фенолфталеина и титруют 0,1 н раствором гидроксида натрия до слабо­розовой окраски (без применения эталона окраски). Затем вносят прибором для автоматического отмеривания 2 см³ (2 объема) нейтрализованного формалина и вновь титруют 0,1 н раствором гидроксида натрия до слабо-розовой окраски, аналогичной окраске пробы после первого титрования. Содержание казеина устанавливают, умножая объём щёлочи, пошедшей на титрование пробы после добавления формалина, на коэффициент 1,51.

Порядок работы на фотометре фотоэлектрическом КФК-3

Подсоединить фотометр к сети 220 В и включить тумблер «СЕТЬ».

Нажать клавишу «ПУСК» - на цифровом табло появляется мигающая запятая.

При подготовке фотометра к работе необходимо выдержать его включенном состоянии 30 мин при открытой крышке кюветного отделения. Произвести учет нулевого отсчета нажатием клавиши «НУЛЬ». На цифровом табло слева от мигающей запятой высвечивается символ «0», а справа значение n_о, которое должно быть не менее 0,005 и не более 0,200. Значение n_о не укладывается в указанные пределы, следует добиться нужного значения с помощью резистора «УСТ.0» при одновременном нажатии клавиши «НУЛЬ».

Установить в кюветное отделение кювету с контролем в дальнее гнездо, а кювету с исследуемым раствором — в ближнее гнездо кюветодержателя.

Установить ручкой, находящейся слева внизу на передней панели прибора, длину волны. Установку длины волны выполняют подводкой коротких волн к более длинным. Если при установке значение длины волны перешло требуемое, возвращаются на 20—30 нм к более коротким волнам и повторно подводят к требуемому значению. Длина волны высвечивается в верхнем цифровом табло.

В световой поток поместить кювету с контролем, при закрытой крышке нажать клавишу «Г». На цифровом табло высветится слева от мигающей запятой символ «Г». Нажать клавишу «Е». Справа от мигающей запятой высветится значение «0,000 ± 0,002». Если отсчет «0,000 +0,002» установился с большим отклонением, нажать на клавиши «Г» и «Е» повторно, соблюдая небольшую паузу (3—5 с).

Открыть крышку кюветного отделения и нажать клавишу «НУЛЬ», закрыть крышку, нажать клавишу «Е».

В световой пучок ввести кювету с исследуемым раствором рукояткой, повернув ее вправо до упора.

Отсчет на световом табло справа от мигающей запятой соответствует оптической плотности исследуемого раствора. Измерение проводят 3 раза и вычисляют среднее арифметическое результатов.

Выключить прибор из сети. Кюветы промыть дистиллированной водой или спиртом. Закрыть крышку кюветного отделения.

Пример. Отсчет при колориметрировании смеси молока с хлоридом кальция был 0,42, а смеси с соляной кислотой - 0,1 оптических единиц. Массовая доля казеина в молоке 2,9 %. Рассчитываем среднюю массу мицелл казеина (В) без поправки на коагуляцию:

В=(0,42 – 0,1)/(2·10^-4·2,9·1·4,38·10⁶⁾=126·10⁶.

Далее, интерполируя данные таблицы 9.1, находим В₁:

(161-105)/(150-100)=1,12;

1,12 · (126—100)=29;

105+29=134;

В₁=134-10⁶.

Средний диаметр мицелл казеина будет равен

d₁ =1,342· ·10^-8 = 687·10¹⁸ см или 68,7 нм.