Плотность
Плотность, или объемная масса, молока при 20°С колеблется от 1027 до 1032 кг/м3. Средняя величина плотности заготовляемого в РФ молока низкая и составляет 1028,5 кг/м3(или 28,5 градусов ареометра). Плотность молока зависит от температуры (понижается с ее повышением) и химического состава (понижается при увеличении содержания жира и повышается при увеличении количества белков, лактозы и солей).
Плотность молока, определенная с разу 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 (за счет изменения коэффициентов температурного расширения) при постепенном понижении температуры молока. Поэтому плотность закупаемого молока следует определять не ранее чем через 2 ч после дойки.
Величина плотности молока меняется в течение лактационного периода, вследствие болезней, а также под влиянием кормовых рационов, породы и других факторов. Значительно отличаются от нормального молока по плотности молозиво и молоко, полученное от больных маститом животных, что объясняется резким изменением содержания в них белков, лактозы и других составных частей.
Плотность молока изменяется при фальсификации — понижается при добавлении воды (каждые 10% добавленной воды вызывают уменьшение плотности в среднем на 3 кг/м3) и повышается при подснятии сливок или разбавлении обезжиренным молоком. Поэтому по величине плотности косвенно судят о натуральности молока при подозрении на фальсификацию. Однако молоко, не удовлетворяющее требованиям ГОСТа по плотности, например молоко, имеющее плотность ниже 1027 кг/м3, но цельность которого подтверждена стойловой пробой, принимается как сортовое.
Плотность других молочных продуктов, как и плотность молока, зависит от химического состава. Например, плотность (в кг/м3) сыворотки (творожной, подсырной и казеиновой) равна, соответственно 1019…1026, 1018…1027 и 1020…1025, обезжиренного молока — 1032…1035, пахты – 1031…1033.
Вязкость и поверхностное натяжение
Вязкость, или внутреннее трение, нормального молока при 20°С в среднем составляет 1,8 • 10~3 Па • с с колебаниями от 1,3 • 10-3 до 2,2 • 10-3 Па • с. Она зависит главным образом от содержания белков и жира, дисперсности мицелл казеина и шариков жира, степени их гидратации и агрегирования. Сывороточные белки и лактоза незначительно влияют на вязкость молока.
В процессе хранения и обработки молока (перекачивание, гомогенизация, пастеризация и т.д.) вязкость молока повышается. Это объясняется увеличением степени диспергирования жира, укрупнением белковых частиц, адсорбцией белков на поверхности шариков жира и т.д..
Практический интерес представляет вязкость сильноструктурированных молочных продуктов — сметаны, кисломолочных напитков и пр. Вязкость этих продуктов, обусловленная образованием внутренних структур, отличается от истинной вязкости ньютоновских жидкостей (к которым можно условно отнести цельное молоко). При течении неньютоновских жидкостей вязкость зависит от напряжения сдвига и градиента скорости. Для них введено понятие «эффективная вязкость», которое характеризует равновесное состояние между процессами восстановления и разрушения структуры в установившемся потоке (А. В. Горбатов). Эффективная вязкость простокваши, ацидофилина и сметаны 30%-й жирности составляет 445,1791 и 305 Па • с • 10-3, соответственно.
Поверхностное натяжение молока (сила, действующая на единицу длины границы раздела фаз молоко—воздух) ниже поверхностного натяжения воды (72,7 • 10-3 Н/м) и при 20°С равно около 44 • 10-3 Н/м. Более низкое по сравнению с водой значение поверхностного натяжения объясняется наличием в молоке поверхностно-активных веществ (ПАВ) — фосфолипидов, белков, жирных кислот и т.д. Поверхностное натяжение молока зависит от его температуры, химического состава, состояния белков, жира, активности липазы, продолжительности хранения, режимов технологической обработки и т.д. Так, поверхностное натяжение снижается при нагревании молока и особенно сильно при его липолизе, так как в результате гидролиза жира образуются ПАВ — жирные кислоты, ди- и моноацилглицерины, понижающие величину поверхностной энергии.
Натяжение в молоке возникает также на границе раздела других фаз — жир—плазма и воздух—плазма, способствуя образованию гидратных оболочек шариков жира и пены (А. П. Белоусов). Пенообразование имеет большое значение для некоторых процессов переработки молока, например для процесса маслообразования, фризерования смеси при производстве мороженого и др. Вместе с тем пенообразование при получении, транспортировке, перекачивании, сепарировании и сгущении молока отрицательно влияет на качество получаемых молочных продуктов, так как способствует дестабилизации жировой эмульсии, липолизу и окислению свободного жира.
Осмотическое давление и температура замерзания
Осмотическое давление молока близко по величине к осмотическому давлению крови животного и в среднем составляет 0,66 МПа. Температура замерзания нормального молока в среднем равна -0,54°С.
Осмотическое давление молока (и понижение температуры замерзания по сравнению с водой) обусловливается главным образом высокодисперсными веществами: лактозой (на молочный сахар приходится около 50…60% всей величины давления) и ионами солей — преимущественно хлоридами и фосфатами калия и натрия. Белковые вещества и коллоидные соли незначительно влияют на осмотическое давление молока, жир практически не влияет.
Осмотическое давление обычно рассчитывают по температуре замерзания молока. Согласно законам Рауля и Вант-Гоффа
где ?t — понижение температуры замерзания исследуемого раствора, °С; 2,269 — осмотическое давление 1 моля вещества в 1 л раствора, МПа; К— криоскопическая постоянная растворителя, для воды равна 1,86. Следовательно, при температуре замерзания молока -0,54°С (?t = 0,54) его осмотическое давление составит
Pосм = 0,54 • 2,269/1,86 = 0,66 МПа.
Осмотическое давление молока, как и других физиологических жидкостей организма животного, поддерживается на постоянном уровне (его колебания незначительны и составляют 0,64…0,70 МПа). Поэтому повышение в молоке содержания хлоридов, влияющих на осмотическое давление молока, происходит после снижения в результате изменения физиологического состояния животного (особенно перед концом лактации или при его заболевании) количества другого важного компонента — лактозы.
Температура замерзания молока также довольно постоянная величина и колеблется в узких пределах — от —0,505 до -0,575°С. Она зависит от химического состава молока, поэтому может меняться в течение лактационного периода, при заболевании животных, а также при разбавлении молока водой, добавлении к нему соды и при повышении кислотности. По данным Г. С. Инихова, температура замерзания молока понижается в начале лактации (—0,564°С), повышается в ее середине (—0,55°С) и снова заметно снижается к концу (—0,580С).
Внесение в молоко 1% воды повышает среднюю температуру замерзания молока (—0,54°С) немногим более чем на 0,006°С (табл. 1).
Принцип измерения температуры замерзания молока лежит в основе криоскопического метода контроля натурального молока.
Таблица 1. Влияние степени разбавления молока водой на температуру замерзания
Степень разбавления Температура Степень разбавления Температура
молока водой, % замерзания молока, *С молока водой, % замерзания молока, “С
0 -0,540 7 -0,502
1 -0,534 8 -0,497
2 -0,529 9 -0,491
3 -0,524 10 -0,486
4 -0,518 15 -0,459
5 -0,513 20 -0,432
6 -0,508 25 -0,405
Электропроводность и теплофизические свойства
Удельная электропроводность молока в среднем составляет 46 • 10-2 См/м с колебаниями от 40 • 10-2 до 60 • 10-2 См/м. Ее обусловливают главным образом ионы — Cl-, Na+, K+, Н+, Са2+ и др. Электрически заряженный казеин, сывороточные белки и шарики жира в силу больших размеров передвигаются медленно и несколько тормозят подвижность ионов, то есть практически уменьшают электропроводность молока.
Величина электропроводности молока зависит от лактационного периода, породы животных и других факторов. Молоко, полученное от животных больных маститом и в конце лактации, имеет повышенную электропроводность, равную 1,3 и 0,65 См/м, соответственно. Следовательно, по изменению удельной электропроводности молока можно выявить животных с воспалением молочной железы.
Электропроводность повышается при нарастании кислотности молока и снижается при разбавлении его водой. Концентрирование молока вследствие повышения вязкости и усиления межионных взаимодействий приводит к снижению электропроводности.
Теплофизические свойства молока необходимо знать для расчетов затрат теплоты или холода на нагревание или охлаждение молока и молочных продуктов. Наиболее важными из них являются удельная теплоемкость, теплопроводность и коэффициент температуропроводности, которые связаны между собой соотношением
где а — коэффициент температуропроводности, м2/с; ? — теплопроводность, Вт/(м • К); с — удельная теплоемкость, Дж/(кг • К); р — плотность продукта, кг/м3.
Теплофизические свойства молока и молочных продуктов зависят от температуры, содержания сухих веществ, влаги, жира, кислотности, дисперсности жира и т.д.
Удельная теплоемкость цельного молока, как и удельная теплоемкость воды и обезжиренного молока, в интервале температур 273…333°К (О…6О°С) изменяется незначительно. В указанном интервале температур приближенно ее можно считать величиной постоянной, равной 3900 Дж/(кг • К), или 3,9 кДж/(кг • К).
Список использованной литературы:
1. К.К. Горбатова «Химия и физика молока»
2. Я.С. Зайковский «Химия и физика молока и молочных продуктов»