Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Химия и физика молока. Учебное пособие.pdf
Министерство образования и науки Российской Федерации
Федеральное государственное бюджетное
образовательное учреждение высшего образования
«Казанский национальный исследовательский
технологический университет»
О. Ю. Кузнецова, Г. О. Ежкова
ХИМИЯ И ФИЗИКА
МОЛОКА
Учебное пособие
Казань
Издательство КНИТУ
2017
УДК 637.04
ББК 36.95
К89
Кузнецова О. Ю.
. / О. Ю. Кузнецова,
ISBN 978-5-7882-2282-0
ISBN 978-5-7882-2282-0
©
Кузнец ова О. Ю., Ежкова Г. О., 2017
©
Казанский национальный исследовательский
технологический университет, 2017
УДК 637.04
ББК 36.95
Печатается по решению редакционно-издательского совета
Казанского национального исследовательского технологического университета
Рецензенты:
д-р с.-х. наук, проф. М. К. Гайнуллина
канд. вет. наук, доц. В. П. Коростылева
К89
Химия и физика молока : учебное пособие
Г. О. Ежкова; Минобрнауки России, Казан. нац. исслед. технол.
ун-т. – Казань : Изд-во КНИТУ, 2017. – 144 с.
Пособие подготовлено в соответствии с профилем подготовки
«Технология молока и молочных продуктов» по направлению бакалавриата
19.03.03 «Продукты питания животного происхождения» для дисциплины
«Химия и физика молока». Рассмотрены роль молока и молочных продуктов
в питании человека, виды молока, его химический состав и особенности
промышленной переработки. Приведены материалы для подготовки к
выполнению лабораторных работ и сдаче текущего контроля по дисциплине
«Химия и физика молока», а также примеры заданий контрольных работ.
Содержит требования по технике безопасности и общие правила
работы в биохимической учебной лаборатории, основные методики по
определению качества молока при его приемке и переработке на
молокоперерабатывающем предприятии.
Подготовлено на кафедре «Технологии мясных и молочных
продуктов».
2
ВВЕДЕНИЕ
Одним из основных источников питания повседневного
назначения является молоко и молочные продукты. Молоко
используют в качестве пищи как в непереработанном, так и
переработанном виде. Молоко обладает высокой пищевой и
биологической ценностью.
Основными производственными показателями молока как
объекта технологической переработки являются состав, степень
чистоты, органолептические, биохимические, физико-механически е
свойства, а также отсутствие в нем токсических веществ. К
органолептическим показателям молока относятся цвет, вкус, запах,
внешний вид, консистенция; к биохимическим – кислотность и
бактерицидная активность; к физико-механическим – температура,
плотность, вязкость, теплоемкость, осмотическое давление,
поверхностное натяжение, теплопроводность, электропроводность и
др. К токсическим загрязнителям, которые могут содержаться в
молоке, относятся тяжелые металлы, антибиотики, пестициды,
гормональные препараты, микотоксины, нейтральные вещества – соль,
аммиак.
В рамках изучения дисциплины «Химия и физика молока»
рассматриваются основные органолептические, физико-химические и
биохимические подходы к исследованию структурных особенностей и
качества молока и молочных продуктов.
Пособие предназначено для бакалавров, обучающихся по
профилю подготовки «Технология молока и молочных продуктов»
направления 19.03.03 «Продукты питания животного происхождения».
Учебное пособие составлено в соответствии с
образовательным стандартом нового поколения и основано на
современных действующих нормативных и законодательных актах
(ГОСТ, ТУ и т.д.).
3
1. РОЛЬ МОЛОКА И МОЛОЧНЫХ ПРОДУКТОВ
В ПИТАНИИ ЧЕЛОВЕКА
«Молоко – это удивительная пища,
созданная самой природой».
Молоко сельскохозяйственных животных является ценным
пищевым продуктом. Наибольшее распространение в питании людей
получили коровье молоко и продукты его переработки.
Молоко – биологическая жидкость, образующаяся в молочной
железе млекопитающих и предназначенная для вскармливания
новорожденного детеныша и предохранения его от инфекций в
начальный период жизни. Это чувствительная многокомпонентная
система, обладающая высокими питательными, иммунологическими и
бактерицидными свойствами и изменяющая свое состояние при
воздействии различных факторов.
Сырым (парным) называется свежеполученное молоко, не
подвергавшееся тепловой обработке. Парное молоко содержит все
витамины и микроэлементы, необходимые для нормальной
жизнедеятельности организма.
Питьевым называется молоко, подвергшееся тепловой
обработке.
Согласно ГОСТ 31450-2013 «Молоко питьевое» термин
«питьевое молоко» трактуется как молочный продукт с массовой
долей жира менее 10 %, подвергнутый термической обработке, как
минимум пастеризации, без добавления сухих молочных продуктов и
воды, расфасованный в потребительскую тару.
ГОСТ 31450-2013 распространяется на упакованное в
потребительскую тару после термической обработки или
термообработанное в потребительской таре питьевое молоко,
изготавливаемое из коровьего сырого молока и/или молочных
продуктов и предназначенное для непосредственного использования в
пищу.
В последнее время набирает популярность питьевое молоко,
обогащенное различного рода пищевыми и биологически активными
добавками (БАД). Для этого вида продукции используется
межгосударственный стандарт ГОСТ 33478-2015 "Молоко питьевое
обогащенное. Общие технические условия".
4
На основе действующих стандартов ГОСТ 31450-2013 и ГОСТ
33478-2015 питьевое молоко классифицируется следующим образом.
1. В зависимости от молочного сырья продукт получают:
- из цельного молока;
- нормализованного молока;
- обезжиренного молока.
2. В зависимости от режима термической обработки молоко
подразделяют:
- на пастеризованное;
- топленое;
- стерилизованное;
- ультрапастеризованное.
3. Продукт в зависимости от используемых пищевых и
биологически активных веществ (БАВ) изготовляют обогащенным:
- молочным белком;
- витаминами и их комплексами (премиксами);
- пребиотиками;
- пищевыми волокнами;
- микро- и/или макроэлементами;
- полиненасыщенными жирными кислотами (ПНЖК);
- фосфолипидами.
Молоко – единственный пищевой продукт, который
обеспечивает организм млекопитающих всеми необходимыми
питательными веществами.
Основными свойствами молока как пищевого продукта
являются:
1) легкая усвояемость;
2) способность к возбуждению органов пищеварения;
3) лучшее усвоение азота молока по сравнению с азотом
других продуктов.
Высокая питательная ценность молока обусловлена не только
содержанием в нем белков, жиров, углеводов, минеральных солей и
благоприятным их соотношением, но и специфическим составом этих
компонентов. Фактически нет другого пищевого продукта, который по
питательной ценности равен молоку.
Молоко и молочные продукты являются наиболее ценными в
пищевом и биологическом отношении среди огромного количества
различных продуктов животного и растительного происхождения. Их
перевариваемость составляет 95-98 %.
5
Основным белком молока является казеин. Он легко
«атакуется» и переваривается в нативном неденатурированном
состоянии с помощью протеолитических (белокрасщепляющих)
ферментов пищеварительного тракта.
Незаменимые аминокислоты белков молока практически
идентичны составу «идеального» белка, определяющего
биологическую ценность белков. По переваримости и
сбалансированности аминокислотного состава белки молока относятся
к наиболее ценным с биологической точки зрения.
Вопросы для самоконтроля
1. Дайте определени е термина «молоко».
2. В чем отличие сырого молока от обогащенного?
3. Какие виды молока Вы знаете?
4. По каким критериям можно классифицировать молоко?
5. Какие основные свойства молока вы знаете?
6. Чем обусловлена высокая питательная ценность молока?
2. ХИМИЧЕСКИЙ СОСТАВ МОЛОКА
Молоко имеет сложный непостоянный химический состав. В
нем насчитывается более ста различных компонентов. Химический
состав молока характеризуется важнейшими питательными
веществами – белками, жирами, углеводами и др.. Их содержание не
является строго постоянным. Оно изменяется в зависимости от
различных факторов (порода и индивидуальные особенности
животного, виды кормов, стадии лактации, условия содержания и т.п.).
Отсутствие одного из веществ или незначительное отклонение его
количества от нормы обычно указывает на болезненное состояние
животного или неполноценность пищевого рациона (корма).
Молоко разных животных и человека различно по
химическому составу.
Молоко в среднем имеет следующий химический состав: вода
~87 % и распределенные в ней сухие вещества (или сухой остаток)
~13 % (рис. 1).
Наиболее ценной частью молока является сухой молочный
остаток (СМО). При производстве молочной продукции стремятся к
максимальному его сохранению. СМО называется все то, что остается
6
после высушивания молока при температуре от 102 до 105 °С. В него
входят все составные части молока, за исключением воды и веществ,
улетучивающихся при высушивании.
Рис. 1. Химический состав молока
Наиболее изменчивой частью сухого остатка является жир,
поэтому в практике чаще пользуются показателем сухого
обезжиренного остатка молока (СОМО). Содержание СОМО
является более постоянной величиной, чем содержание СМО. СОМО в
среднем составляет 8-9 %. Это наиболее ценная часть молока, поэтому
на предприятиях молочной промышленности стремятся к его
контролю и максимальному сохранению. По величине СОМО судят о
натуральности молока. Его содержание должно быть не ниже 8 %.
7
Сухие вещества находятся в молоке в тонкодисперсном и
растворенном состоянии, т.е. в наиболее благоприятном для усвоения
виде: жир – в виде тонкой эмульсии, белки – в виде коллоидных
растворов, молочный сахар – в молекулярном состоянии, минеральные
соли – в коллоидном, молекулярном и ионном состоянии.
Вода. Наибольший удельный вес в молоке занимает вода. Она
является обязательной частью молока и обусловливает его физическое
состояние. Вода в молоке и молочных продуктах выступает в качестве
диспергирующей среды и растворителя. Она стабилизирует структуру
белковых молекул и других полимерных компонентов, формируя
консистенцию и вкус продукта.
В молоке содержится 85-89 % (в среднем 87 %) воды, большая
часть которой от 83 до 86 % находится в свободном состоянии, а
меньшая часть от 3,5 до 4,5 % в связанной форме.
Свободная вода является растворителем органических и
неорганических соединений молока (лактозы, минеральных
элементов, кислот, ароматических веществ и пр.). Свободная вода как
растворитель участвует во всех биохимических процессах,
протекающих в молоке при выработке молочных продуктов. Ее легко
можно удалить, сгущая, высушивая и замораживая молоко.
Связанная вода значительно отличается от свободной воды по
своим свойствам. Она не замерзает при низких температурах (минус
40 °С), не растворяет электролиты, имеет плотность, вдвое
превышающую плотность свободной воды, не удаляется из продукта
при высушивании и т.д. Связанная вода в отличие от свободной
недоступна микроорганизмам. Поэтому для подавления развития
микрофлоры в пищевых продуктах свободную воду полностью
удаляют или переводят в связанную, добавляя влагосвязывающие
компоненты (сахар, соли, многоатомные спирты и пр.).
Основную часть связанной воды составляет адсорбционная
(химически связанная) вода, которая удерживается молекулярными
силами около поверхности коллоидных частиц (белков,
фосфолипидов, полисахаридов).
Сухие вещества молока представлены следующими
компонентами – белки, липиды, углеводы, ферменты, витамины,
минеральные вещества, пигменты, гормоны, посторонние химические
вещества и газы (рис. 1, табл. 1). Их содержание варьируется в
зависимости от кормовых рационов, стадии лактации, сезона,
географической зоны, породы животных и пр.
8
Таблица 1. Состав коровьего питьевого молока
Компонент
Массовая доля, %
Вода
85-89
Сухие вещества, всего
в том числе:
11-15
Липиды (жиры):
стеролы
0,012-0,013
Белки, всего:
сывороточные белки
2,1-2,9
2,8-3,6
Углеводы, всего:
галактоза, глюкоза
4,6-5,1
0,01-0,1
Небелковые азотистые соединения
0,02-0,08
Зола
0,6-0,85
Соли неорганических кислот
0,5-0,8
Газы, мл%
5-8
молочный жир
фосфолипиды
в том числе:
казеин
в том числе:
лактоза
2,9-5
0,03-0,05
0,6-0,7
4,5-5
Белки. В состав молока входят три основные группы белков
(рис. 2): казеин, сывороточные белки и белки оболочек жировых
шариков. Помимо них в молоке присутствуют небелковые азотистые
вещества, мочевина, пептиды, аминосоединения, креатин, креатинин,
аммиак, оротовая, мочевая и гиппуровая кислоты.
Казеин является основным белком молока, его содержание
колеблется от 2,1 до 2,9 % (что составляет до 78-85 % от общего
количества белка). Он содержит несколько фракций (α-, β- и γказеины), которые отличаются: 1) аминокислотным составом,
2) отношением к ионам кальция и 3) отношением к сычужному
ферменту. Все фракции казеина являются фосфопротеидами.
Сывороточные белки получаются после осаждения казеина из
обезжиренного молока кислотой. В сыворотке остается 0,5-0,8 %
сывороточных белков (15-
22 % от всех белков). Они представлены:
β-лактоглобулином, α-лактальбумином, альбумином сыворотки крови,
иммуноглобулинами, компонентами протеозопептонной фракции и
лактоферрином.
9
Рис. 2. Основные группы белков молока
Белки оболочек жировых шариков (их содержится до 2-5 % от
всех белков) являются структурными элементами оболочек жировых
шариков. Они способствуют их стабильности во время
технологической обработки. Некоторые из них обладают свойствами
ферментов.
Липиды представлены в первую очередь молочным жиром,
свободными жирными кислотами (СЖК), фосфолипидами, стеринами
и другими соединениями (рис. 3).
Рис. 3. Основные липиды молока
10