Влияние температуры пастериазции на вязкость молока
η·103 (в Па· с) при 20 0С
Состояние структуры |
Температура пастеризации, 0С |
|||||
63 |
72 |
80 |
85 |
90 |
100 |
|
Неразрушенная Разрушенная Через 15 мин после разрушения |
1,995 1,852 1,881 |
2,014 1,900 1,909 |
2,090 1,947 1,957 |
2,318 2,070 2,099 |
2,356 2,147 2,156 |
2,422 2,147 2,185 |
Степень денатурационных изменений белков молока зависит не только от температуры, но и от продолжительности теплового воздействия (табл. 4).
Таблица 4
Влияние температуры пастеризации и выдержки при ней на вязкость обезжиренного молока η·103 (в Па· с)
Температура, 0С |
Выдержка в процессе пастеризации, с |
||||||||
0 |
15 |
30 |
60 |
120 |
300 |
600 |
1200 |
1800 |
|
63 72 80 85 90 |
1,532 1,539 1,576 1,578 1,611 |
- 1,542 1,578 1,579 - |
- 1,544 1,579 - 1,613 |
- - 1,581 - - |
- - 1,581 1,591 1,616 |
1,533 1,646 1,592 1,599 1,626 |
1,533 1,550 1,596 1,601 1,656 |
1,533 1,566 - - - |
1,533 1,572 - - - |
Примечание: Вязкость сырого молока 1,530·10 -3 Па·с
Многие исследователи отмечают, что молоко и сливки обладают ярко выраженными структурно-вязкими свойствами, которые меняются в зависимости от степени разрушения структуры.
Изменение вязкости при повторной деформации характеризует тиксотропию системы. В молоке структурная вязкость обусловливается в первую очередь молочным белком, в сливках – молочным жиром и особенно образованием скоплений жировых шариков.
Следует заметить, что и в сливках структурная вязкость обусловлена взаимодействием белка с водой. Отличие заключается в том, что основную роль в сливках играет не казеин, а оболочечный белок, имеющий большую поверхность контакта с водой.
Вязкость молока и сливок значительно изменяется при нагревании. С повышением температуры до 60 0С вязкость заметно снижается, при нагревании до более высоких температур она повышается. Понижение вязкости при нагревании до 60 0С объясняется на основании теории вязкости жидкости, т.е. вязкость воды, а следовательно, и молока при изменении температуры на 1 0С изменяется на 2-3 %. Что касается повышения вязкости при дальнейшем нагревании молока (пастеризации и стерилизации), то оно вызывается вышеописанной денатурацией белковых веществ.
Добавление к молоку соли повышает его вязкость (табл. 5, 6), которая становится еще больше после пастеризации молока при высокой температуре.
Величины, представленные в табл. 5, получены на вискозиметре Гепплера.
Таблица 5
Содержание солей, кг/м3 |
При темпера- туре пастеризации 85 0С |
При температуре пастеризации 95 0С |
Содержание солей, кг/м3 |
При температуре пастеризации 85 0С |
При температуре пастеризации 95 0С |
||||||
η·103, Па·с |
рН |
η·103, Па· с |
рН |
η·103, Па·с |
рН |
η·103, Па·с |
рН |
||||
Цитрат натрия |
Хлорид кальция |
||||||||||
0,00 |
1,819 |
6,48 |
1,838 |
6,51 |
0,00 |
1,958 |
6,47 |
1,890 |
6,50 |
||
0,08 |
1,852 |
6,50 |
1,867 |
6,52 |
0,02 |
1,927 |
6,43 |
1,875 |
6,50 |
||
0,10 |
1,881 |
6,52 |
1,890 |
6,53 |
0,04 |
1,925 |
6,47 |
1,862 |
6,50 |
||
0,30 |
1,922 |
6,54 |
1,929 |
6,55 |
0,07 |
1,899 |
6,46 |
1,840 |
6,49 |
||
0,40 |
1,947 |
6,57 |
1,977 |
6,58 |
0,09 |
1,888 |
6,45 |
1,834 |
6,46 |
||
1,00 |
1,979 |
6,59 |
2,017 |
6,61 |
0,11 |
1,938 |
6,43 |
1,831 |
6,45 |
||
1,50 |
1,995 |
6,63 |
2,035 |
6,64 |
0,22 |
2,011 |
6,42 |
1,888 |
6,42 |
||
2,00 |
2,060 |
6,66 |
2,061 |
6,67 |
0,44 |
2,115 |
6,36 |
2,039 |
6,36 |
||
Фосфат натрия |
Сахарат кальция |
||||||||||
0,00 |
1,953 |
6,46 |
1,964 |
6,48 |
0,00 |
1,880 |
6,61 |
1,858 |
6,60 |
||
0,12 |
1,964 |
6,47 |
1,982 |
6,50 |
0,08 |
1,858 |
6,61 |
1,845 |
6,60 |
||
0,15 |
1,975 |
6,48 |
1,998 |
6,51 |
0,15 |
1,857 |
6,63 |
1,828 |
6,63 |
||
0,60 |
1,987 |
6,51 |
2,022 |
6,53 |
0,23 |
1,845 |
6,65 |
1,819 |
6,65 |
||
1,20 |
2,008 |
6,54 |
2,034 |
6,56 |
0,31 |
1,832 |
6,66 |
1,810 |
6,67 |
||
1,50 |
2,025 |
6,57 |
2,061 |
6,60 |
0,38 |
1,825 |
6,67 |
1,810 |
6,69 |
||
2,25 |
2,039 |
6,61 |
2,121 |
6,64 |
0,76 1,53 2,29 3,06 |
1,893 |
6,72 |
1,827 |
6,76 |
||
3,00 |
2,092 |
6,66 |
2,183 |
6,67 |
1,959 |
6,93 |
1,919 |
6,93 |
|||
2,140 |
7,13 |
2,064 |
7,14 |
||||||||
2,278 |
7,35 |
2,258 |
7,36 |
||||||||
Влияние солей натрия и кальция на вязкость молока при 200С
Добавление к молоку перекиси водорода также приводит к возрастанию его вязкости (табл. 7). Вязкость указанная в табл. 6 и 7 получена на реовискозиметре Гепплера.
На формирование структуры молочного продукта в основном оказывает влияние молочный белок – казеин, денатурирующий вплоть до коагуляции при действии кислот (например, при нарастании кислотности), свертывающийся под действием протеолитических ферментов (например, сычужного). При больших концентрациях и высоких значениях рН казеин образует прочные структуры.
На основании классификации пространственных структурированных систем, данной П.А. Ребиндером, структуру, возникающую в системе казеин-вода, можно определить как коагуляционно-конденсационную (смешанный тип структуры).
Таблица 6 Таблица 7
Зависимость вязкости обезжиренного молока от концентрации в нем поваренной соли |
Влияние добавляемой к молоку перекиси водорода на его вязкость |
Концентрация с·103, кг соли на 1 кг молока |
Вязкость η·103, Па·с |
|
Концентрация В·103, кг перекиси на 1 кг молока |
Вязкость η·103, Па·с |
0 0,1 0,2 0,4 0,6 0,8 |
1,682 1,679 1,675 1,695 1,707 1,710 |
0 0,01 0,15 0,20 0,80 1,50 3,00 |
1,48 1,46 1,48 1,48 1,50 1,51 1,52 |
Из-за наличия устойчивых прослоек жидкой среды в участках коагуляционного сцепления, препятствующих дальнейшему сближению частиц, коагуляционные структуры обладают характерными механическими свойствами. Это – структурная вязкость, а в более концентрированных дисперсиях (пастах) – явная пластичность. С наличием тонких адсорбционно- пластифицирующих прослоек среды в контактах между частицами связана и полная тиксотропия коагуляционных структур – их способность обратимо разрушаться при механических воздействиях, постепенно восстанавливаясь во времени до той же предельной прочности в результате броуновских соударений частиц по коагуляционным участкам.
Тиксотропия коагуляционных структур позволяет в условиях практически однородного сдвига (например, в ротационных вискозиметрах с коаксиальными цилиндрами с узким зазором) получать полные реологические кривые зависимости эффективной вязкости от напряжения сдвига, т.е. от равновесной степени разрушения структуры в стационарном потоке.
Такие зависимости были установлены А.А. Трапезниковым. Им исследованы образцы ацидофилина, простокваши и кефира. По своим реологическим характеристикам эти продукты различаются довольно сильно. Кефир по сравнению с другими молочными продуктами – наименее структурированная система. В такой системе имеет место прочностная тиксотропия. Неспособность структуры ацидофилина к тиксотропному восстановлению указывает на то, что она образуется в результате коагуляции и склонна к синерезису. Механическое воздействие ускоряет синерезис. Структура простокваши менее прочна, чем структура ацидофилина, но комплексы свойств простокваши и ацидофилина в общем аналогичны.
Несмотря на некоторые расхождения в абсолютных значениях реологических величин, общие закономерности сохраняются для каждого вида кисломолочного продукта.
Вязкость молочных продуктов можно представить как сумму вязкости дисперсионной среды и дисперсной фазы, а также приращение вязкости вследствие образования структуры:
η = 0,69 10 -3 exp (19000 Т*/R)·
·
,
(1)
где Т* - избыточная обратная абсолютная температура, 1/К; R - универсальная газовая постоянная, 8,314 Дж/(моль К); ύд ф - объемная концентрация дисперсной фазы, м3/ м3.
Член, стоящий перед фигурной скобкой, характеризует изменение вязкости воды в зависимости от температуры; 4,5 ύд ф - поправка на дисперсную фазу; второй комплекс в фигурных скобках учитывает приращение вязкости за счет структуры.
И. Кайрюкштене (Вильнюс) были исследованы структурно- механические свойства кислотных и сычужных сгустков пахты, полученной при разных способах производства масла.
Вязкость сгустков, полученных путем сквашивания с закваской молочнокислых культур, определяли реовискометром Гепплера, измерения проводили при 20 0С кюветой 0,1. Определяли начальную вязкость (ηн), вязкость разрушенной структуры (ηр) и вязкость после восстановления (ηв). Эти показатели позволили рассчитать коэффициенты потери вязкости Пη и восстановления структуры Вη после механического воздействия.
Продолжительность сычужного свертывания и другие показатели сычужных сгустков определяли на тромбоэластографе. Были исследованы кислотные и сычужные сгустки из пахты типа А, полученной при выработке масла методом периодического сбивания, пахты типа Б, полученной при выработке масла методом непрерывного сбивания, и пахты типа В – при выработке масла методом преобразования высокожирных сливок. Пахта типа А была более богата жиром и белком. Пахта типа В по содержанию СОМО и плотности была наиболее близка к обезжиренному молоку.
По вязкости кислотные сгустки очень отличаются (табл. 8).
Наибольшую начальную вязкость имел сгусток из пахты типа В (1,9·10-3 Па·с), самую меньшую – сгусток из пахты типа А (12,3·10-3 Па·с). Потеря вязкости в результате механического воздействия была самой большой у сгустков из пахты типа В (75 %), восстановление структуры которого составляет 38,5 %.
При сравнении структурно-механических свойств кислотных сгустков пахты и обезжиренного молока установлено, что пахта образует кислотный сгусток, значительно отличающийся от сгустка обезжиренного молока.
Начальная вязкость сгустка в зависимости от типа пахты в 6-17 раз меньше вязкости сгустка обезжиренного молока. Эти сгустки значительно меньше разрушались и восстанавливали больше структурных связей. Надо отметить, что хотя кислотные сгустки пахты типа В по своим структурно-механическим свойствам были гораздо ближе к сгусткам обезжиренного молока, но от них отличались.
Таблица 8
Реологические показатели сгустков пахты
Тип пахты |
Вязкость, η·10-3, Па·с |
||||
ηн |
ηн |
ηн |
Пη, % |
Вη, % |
|
а) кислотные |
|||||
А Б В Обезжиренное молоко |
12,30 20,60 31,90 209,40
|
6,40 8,10 8,00 14,50
|
7,50 12,20 12,30 19,90 |
48,0 59,6 75,0 93,1
|
60,9 59,2 38,5 9,5 |
б) сычужные |
|||||
А А + 1 % СОМ А + 2 % СОМ А + 3 % СОМ Б Б + 1 % СОМ Б + 2 % СОМ Б + 3 % СОМ В В + 1 % СОМ В + 2 % СОМ В + 3 % СОМ Обезжиренное молоко |
9,14 13,82 16,80 20,68 11,66 15,69 21,40 37,20 10,51 11,47 14,20 18,28 187,8 |
4,98 5,32 5,93 7,16 5,32 5,87 6,48 9,07 4,77 5,46 6,28 6,96 14,4 |
7,03 8,60 13,3 16,38 8,06 10,3 11,9 - 5,18 5,94 6,82 8,6 33,0 |
45,5 61,5 64,7 65,4 54,4 62,6 69,7 75,6 54,6 52,4 55,8 61,9 92,3 |
76,9 62,2 79,1 79,2 69,1 65,6 55,6 - 49,3 51,8 48,0 47,0 17,5 |
Исследование сычужных сгустков пахты разных типов на реовискометре показало, что тип пахты не оказывает существенного влияния на вязкость (ηН) сгустков (табл. 8). По сравнению с показателем ηН обезжиренного молока этот же показатель пахты был в 16-20 раз меньше. При добавлении СОМ показатели ηН, ηР и ηВ увеличиваются.
Вязкость разрушенной структуры после механического воздействия (ηР) и вязкость после восстановления (ηВ) сгустков разных типов мало различаются.
Вязкость кислотных сгустков пахты при попадании воды уменьшается (табл. 9) на 24 %, вязкость сгустка после механического воздействия – на 20 %.
Таблица 9
Влияние разбавления пахты водой на вязкость кислотного сгустка
Показатель |
Количество воды, % |
|||
0 |
10 |
20 |
30 |
|
ηн·10-3, Па·с ηр·10-3, Па·с ηв·10-3, Па·с Пη, % Вη, % |
16,2 7,7 8,6 52,4 53,0 |
12,3 6,1 6,8 50,4 55,3 |
8,2 4,9 5,7 40,2 69,5 |
6,1 4,5 4,9 26,2 80,3 |
При добавлении 20 % воды эти показатели уменьшаются соответственно на 50 % и 36 %. При увеличении количества воды коэффициент потери вязкости сгустка становится меньше, а коэффициент восстановления структуры увеличивается. При попадании 20 % воды сгусток получается слабый, с ярко выраженными тиксотропными свойствами. Из пахты, разбавленной водой, образуется более слабый сычужный сгусток. Тромбоэластограммы показывают, что, хотя первая стадия свертывания (r) проходит более быстро, сгусток образуется слабый. Структурно-механические показатели подтверждаются данными о синеретических свойствах сгустков. При температуре 35 0С и 42 0С из кислотных сгустков сыворотка вообще не выделяется. При повышении температуры синерезиса сыворотка выделяется, но в 5-8 раз меньше, чем из обезжиренного молока. Из сычужных сгустков пахты при температуре 35 0С и 42 0С сыворотка выделяется очень слабо, в 8-15 раз меньше, чем из обезжиренного молока. Синерезис как кислотных, так и сычужных сгустков пахты можно улучшить повышением температуры или добавлением натурального или сухого (СОМ) обезжиренного молока.
Если добавить СОМ к пахте, то образующийся кислотный сгусток имеет более высокую вязкость, при добавлении 1% СОМ начальная вязкость увеличивается примерно в 2 раза, при добавлении 2% СОМ – примерно в 3 раза (табл. 10). Наибольшему увеличению подвержена начальная вязкость (ηН) сгустка, коэффициент потери вязкости увеличивается, а коэффициент восстановления вязкости уменьшается, то есть этот сгусток по своим свойствам приближается к сгустку обезжиренного молока.
Таким образом, добавка обезжиренного молока в количестве 20% или сухого обезжиренного молока в количестве 2% повышает упругость и вязкость сгустков, усиливает выделение сыворотки.
При попадании воды в пахту упругость и вязкость сгустков уменьшается, а синерезис сокращается.
Таблица 10