Среда, 19.09.2018, 02:30
Высшее образование
Приветствую Вас Гость | RSS
Поиск по сайту



Главная » Статьи » Сельское и приусадебное хозяйство

РАЗВИТИЕ ТЕХНОЛОГИЙ РАСКИСЛЕНИЯ МОЛОКА И МОЛОЧНЫХ ПРОДУКТОВ ПУТЕМ ЭЛЕКТРООБРАБОТКИ С ЦЕЛЬЮ ПОВЫШЕНИЯ ИХ КАЧЕСТВА

И.Ф. Горлов, доктор сельскохозяйственных наук, профессор, академик РАН
И.М. Осадченко, доктор химических наук, профессор
Н.И. Мосолова, доктор биологических наук
Е.С. Воронцова, аспирант

РАЗВИТИЕ ТЕХНОЛОГИЙ РАСКИСЛЕНИЯ МОЛОКА И МОЛОЧНЫХ ПРОДУКТОВ ПУТЕМ ЭЛЕКТРООБРАБОТКИ С ЦЕЛЬЮ ПОВЫШЕНИЯ ИХ КАЧЕСТВА

В работе изложены обширные сведения по технологиям раскисления молока и молочных продуктов. Коровье молоко занимает важное место в питании человека, однако качество молока не всегда удовлетворяет необходимым требованиям, что является актуальной проблемой для молочных заводов и производителей. Закисление молока выше 21 оТ (градуса Тернера) переводит его во второй сорт и может привести к порче и невозможности дальнейшей переработки. Для обеспечения переработки скисшего молока (выше 22 оТ) необходимо провести операцию раскисления (снижение кислотности до требуемых показателей). Мы проанализировали сведения о существующих опытах раскисления молока в различных режимах электроактивации. При этом в некоторых моментах химизм процесса требует уточнения, встречаются и спорные ситуации, однако в целом доказана возможность раскисления молока от 50 оТ до практически нормальных значений - 16-17 оТ с сохранением приемлемых для переработки органолептических и физических свойств продукта. Экспериментальными исследованиями подтверждена возможность снижения кислотности некоторых кисломолочных продуктов путем электрообработки в катодной камере непроточного диафраг- менного электролизера установки «МЕЛЕСТА». При этом исходный кефир до обработки имел показатели качества: содержание жира - 1 %, белков - 2,8 %, углеводов - 3,9 %, рН - 4,3, ОВП +214 мВ, а после: при сохранении концентрации полезных веществ продукт имел рН - 5, ОВП - -600 мВ, которые сохранялись при температуре +2.. .+8 оС в течение 1 суток. Продукт был приятного вкуса и запаха, с более низкой кислотностью. Таким образом, повышение качества и сохранности молока и молочных продуктов возможно в различных режимах электроактивации, что представляет научный и практический интерес для дальнейшего изучения.

Ключевые слова: коровье молоко, технологии, раскисление, электрообработка, хранение, кислотность.

 

Работа выполнена в рамках Государственного задания

Введение. Коровье молоко занимает важное место в питании человека как источник белков, жира, макро- и микроэлементов, витаминов, хорошо усваивается организмом, отличается высокой пищевой ценностью [6]. В последние годы наблюдается тенденция к повышению уровня потребления молока, однако качество его не всегда удовлетворяет необходимым требованиям, что является актуальной проблемой для молочных заводов и производителей различных форм собственности. Применяемые технологии в ряде случаев не отвечают требованиям сегодняшнего дня из-за изношенности оборудования и морального устаревания.

Молоко - продукт достаточно чувствительный к условиям и срокам хранения. Свежему молоку необходимо обеспечить сохранность его нативных свойств, минимальное обсеменение микрофлорой; оно должно храниться при температуре 4±2 оС в целях замедления сбраживания (закисления). Охлажденное молоко должно храниться не более 24 часов [2, 10]. Закисление молока выше 21 оТ (градуса Тернера) переводит его во второй сорт и может привести к порче и невозможности дальнейшей переработки.

Для обеспечения переработки скисшего молока (выше 22 оТ) необходимо провести операцию раскисления (снижение кислотности до требуемых показателей).

Имеющиеся в литературе публикации имеют ограниченный характер, иногда противоречивы, что побудило нас провести в этом направлении специальные экспериментальные исследования.

Мы остановились на технологиях раскисления молока и молочных продуктов путем пропускания постоянного электрического тока через молоко, помещенное в электрическое поле отрицательного электрода диафрагменного электролизера с нерастворимыми электродами. Такую обработку иногда называют электролизом, электрообработкой, катодной (электрохимической) активацией.

Материалы и методы. Материал научных исследований включает:
- описание электрических явлений в молоке при его электролизе;
- результаты исследований различных авторов с оценкой достоинств и недостатков;
- их сопоставление, выводы и литература.

Основной химический состав коровьего молока, использованного в нашем эксперименте, включает (на 100 г): 87 г воды и 13 г сухих веществ (жир 3,4 г, углеводы и лактоза 4,8 г, белки 3,4 г), макро- и микроэлементы (основные минеральные элементы: Ca, P, Mg, K, Na, Cl, S), витамины и др., что соответствует средним показателям [2].

Водородный показатель (рН) заготовляемого молока в связи с титруемой кислотностью представлен в таблице 1.

Таблица 1 - рН заготовляемого молока

В молоке в силу его полидисперсности находятся частицы с различными электрическими зарядами: электронейтральные молекулы (например, сахара), положительно и отрицательно заряженные ионы солей и электрически заряженные коллоидные частицы белков. Жировые шарики несут на себе собственный заряд и заряд адсорбированных белковых частиц. При пропускании через молоко электрического тока все эти частицы принимают участие в его прохождении, но степень их участия зависит от количества и величины зарядов, величины частиц и т.п. [3, 8].

Электронейтральные частицы сахара, как и жировых шариков, не влияют на скорость прохождения электрического тока. В меньшей степени то же можно сказать относительно электрически заряженных коллоидных частиц. При отсутствии электролитов коллоидные частицы были бы единственными переносчиками электрического тока, но в присутствии сильно диссоциированных электролитов роль их как переносчиков электронов значительно падает. В итоге переносчиками электрического тока в молоке преимущественно являются ионы солей.

Для выяснения роли каждой составной части молока проведены испытания искусственных смесей солей и показано, что жир, белки и сахар понижают электропроводность, и сильнее всего - белок.

При нормальном состоянии животного электропроводность молока является довольно постоянной величиной и колеблется в узких пределах 39,37-51,25 . 10-4 См/см, в среднем 43,91 . 10-4 См/см. Электропроводность молока коров в других странах имеет более широкие пределы 38,00-62,16 . 10-4 См/см.

Можно отметить, что различные авторы определяли электропроводность молока при различных температурах, что затрудняет сравнение имеющегося материала. Электропроводность молока изменяется под влиянием лактационного периода (выше в начале и к концу его). Патологическое состояние животного может сильно отразиться на электропроводности молока в сторону повышения.

Хотя белки молока почти не принимают непосредственного участия в прохождении электрического тока через молоко, тем не менее, заряды белков имеют определенное значение в общих свойствах молока. Основной белок молока - казеин - при пропускании электрического тока через молоко движется к аноду и имеет отрицательный заряд.

Прибавляя к молоку кислоту или щелочь, можно изменить заряд белковой мицеллы, так как при этом изменяется степень распада на ионы в кислотных и основных группах казеина. При добавлении щелочи отрицательный заряд казеиновой мицеллы повышается, кислоты - понижается. В изоэлектрической точке казеина (рН = 4,6) заряд мицеллы равен нулю, а при дальнейшем добавлении кислоты казеин приобретает положительный заряд (он начинает вновь растворяться).

При пропускании электрического тока как постоянного, так и переменного через молоко в нем происходит ряд изменений, вызываемых электролизом электролитов молока. В последнее время стали применять аппараты для нейтрализации (раскисления) кислого молока электрическим током, изучен химизм его действия на составные части молока.

Солевая часть молока под влиянием постоянного электрического тока разделяется электролитически, причем анионы теряют свои отрицательные заряды на аноде, а катионы - положительные заряды на катоде. При потере своих зарядов катионы и анионы переходят в соответствующие атомы и молекулы и могут вызывать новые, вторичные реакции. При наличии в молоке ионов натрия, калия, кальция и магния они не могут разряжаться на катоде из-за своего высокого электродного потенциала, а восстанавливаться может вода до водорода на катоде: H2O + e → 1/2 H2 + OH-, при рН < 6 имеющиеся ионы Н+ разряжаются с выделением водорода Н+ + е → 1/2 H2 [2]. На аноде будет разряжаться хлоридион с образованием свободного хлора 2Cl- + 2e → Cl2 (аноды из платины или угольные, катоды стальные). Хлор может реагировать с белками молока, образуя хлорированный белок. Фосфат РО43- не может разряжаться на нерастворимом аноде, а будет разряжаться вода с выделением кислорода H2O - e → 1/2 О2 + OH-. В конечном итоге на катоде выделяется водород, на аноде - хлор и кислород.

Известно, что в молоке имеются соли органических лимонной или молочной кислот и казеиновокислый кальций. Эти соли также под действием электрического тока подвергаются изменениям. Анион органической кислоты теряет свой отрицательный заряд одновременно с выделением СО2. Лишенные СО2 остатки кислот (радикалы) могут соединяться с собой, образуя новые вещества, либо окисляясь кислородом до ангидридов.

Например, из молочной кислоты или ее кальциевой соли может получиться гликоль по уравнению:

Ряд исследований в опытах зафиксировали образование не гликоля, а уксусного ангидрида после окисления.
Анион казеина на аноде теряет заряд, разряжаясь на аноде, и свертывается, образуя пленку. Происходит ли у аниона казеина отщепление СО2 и потеря части его кислотных свойств, пока не известно.

Указанные изменения приводят к тому, что реакция молока сильно меняется в сторону снижения его кислотности. При соответствующей силе тока и времени его воздействия реакция свежего молока может сделаться даже щелочной.

Молоко содержит ферменты, аскорбиновую кислоту (витамин С), которые могут каталитически ускорять процессы окисления или восстановления других органических веществ или же переходить в окисленную или восстановленную форму. Эти свойства связаны с изменениями электрических зарядов (с переносом электронов), с некоторым электрическим напряжением, который называют ОВП (Eh).

ОВП определяется непосредственно электрометрически, он зависит от отношения концентрации окисленной и восстановленной формы соединения и концентрации водорода. Для величины редокс-потенциала, измеренного по отношению к потенциалу нормального водорода, действительно уравнение:

Результаты и обсуждение. Технология раскисления свежего молока опробиро- вана в проточной установке, содержащей диафрагменный электролизер системы ПЭМ [4, 5]. Молоко с повышенной кислотностью поступало в катодные камеры, а в анодные камеры - электролит, в частности 1 %-ный раствор NaCl. Результаты, в частности, представлены по наилучшему варианту в таблице 2.

Таблица 2 - Физико-химические параметры электрообработки и показатели качества молока

Как видно из данных таблицы, состав молока практически не изменился, окислительно-восстановительный потенциал (ОВП) сильно варьировал, причем в сторону повышения. Титруемая кислотность снизилась на 3-6° Т до требуемых показателей качества молока. Обработанное молоко далее использовалось для приготовления напитка с фруктовыми соками.

Процесс раскисления молока-сырья изучен в работе [11].

Авторы исследования указывают на достоинства электрообработки молока: простоту, удобство, возможность использования в хозяйстве с небольшим дойным стадом. Молоко подвергали электрообработке на лабораторной установке, состоящей из двух электродов (катод - пластина из нержавеющей стали, анод - графитовый стержень), подключенных к источнику тока, при комнатной температуре. Электроды опускали в сосуд объемом 1 л. С целью предотвращения попадания электролита в молоко анод помещали в пористый керамический сосуд, электролитом служил 10 %-ный раствор K2SO4.

В качестве опытных образцов было использовано сборное молоко с повышенной кислотностью (рН 6,57). Исходную и конечную кислотность определяли потенциометри- ческим титрованием. Во время обработки молока сила тока постоянно снижалась, что говорит об уменьшении электропроводимости молока в процессе электролиза. Время обработки находилось в прямой зависимости от силы тока. Например, при силе тока 0,3 А показатель рН изменялся от 6,57 до 8,3 за 9 минут, при этом улучшались органолептические показатели молока, исчезли посторонние запахи и привкусы, свойственные несвежему молоку. В обработанном молоке снизилась кислотность и уменьшилось количество бактерий - с 1-4 млн/см3 в контроле до 10 тыс./см3 в опыте. Термоустойчивость обработанного молока увеличилась: группа устойчивости по алкогольной пробе изменилась до 1.

Для исследования качества обработанного молока его заквашивали термофильными стрептококками. В опытном молоке закваска развилась лучше, о чем свидетельствует более интенсивное нарастание кислотности. Слабый сгусток образовался в опытном молоке на 40 мин раньше. Готовый творог из опытного молока имел более низкую влажность и более высокое содержание сухого вещества. Электрообработка молока позволяет снизить его кислотность за счет удаления из молока ионов водорода (образование при диссоциации кислых фосфатов молока). Улучшаются органолептиче- ские показатели молока и его биологические свойства.
Одну из наиболее ранних разработок процесса раскисления молока привел Бахир В.М. с соавторами [1].

Электрообработку молока-сырья проводили на установке «ЭЛХА» с электродами из графита в диафрагменном электролизере при t = 22-27° С. Молокосырье загружали в катодную камеру, водопроводную воду - в анодную камеру (таблица 3).

Таблица 3 - Результаты электролиза

Электрообработке может быть подвержено сырое и пастеризованное молоко с кислотностью до 50° Т (фактически кислое молоко). Молоко после обработки выдерживало кипячение, и можно было приготовить кефир.

В патенте [9] те же авторы использовали электролизер, в котором анод в виде цилиндра из ОРТА, катод - стержня из титана, в анолите - растворе NaCl 1-2 г/л, плотность тока 1000 А/м2.

За 1,5-10 минут обработки кислотность снижали с 24-50° Т до 16-18° Т. При этом анолит может использоваться как дезинфицирующее средство для обработки оборудования.

Технология раскисления молока путем униполярного электрохимического воздействия изучена [7].

На проточном электролизере изучено раскисление молока в катодной камере. Результаты представлены в таблице 4.

Таблица 4 - Режимы электрохимической обработки молока

В серии опытов установлено, что при силе тока 3 А на обработку 2 литров скисающего молока с исходной титруемой кислотностью 40° Т требуется более 40 мин, при 30 оТ - 15 мин.

Результаты в таблице указывают на то, что электрообработка может обеспечивать эффективный процесс раскисления в активаторах непрерывного действия, что представляет большой практический интерес для решения проблем в системе общественного питания (по мнению авторов). Таким образом, по мнению авторов исследования, показано возможное применение метода электроактивации при создании конструкций, предназначенных для восстановления кислотности скисающего молока до его нормального значения.

Дополнительно исследован процесс изучения влияния электрообработки на микробную обсемененность различных ее видов.

Показано, что последовательная обработка в катодной и анодной зонах по 5 мин. приводит к снижению общей микробной обсемененности в 19 раз (с 404 • 105 до 22 • 105). Показано также, что электрообработка позволяет раскислять молоко от 50° Т до практически нормальных значений - 16-17º Т.

В результате обработки молоко представляет собой однородную жидкость без осадка и отстоя сливок, не имеющую запахов и вкуса, не свойственных молоку. Цвет остается белым. Органолептические свойства остаются неизменными.

Нами проведена исследовательская работа по изучению возможного снижения кислотности некоторых кисломолочных продуктов путем электрообработки в катодной камере непроточного диафрагменного электролизера установки «МЕЛЕСТА». При этом в анодную камеру загружали разбавленный раствор электролита, например 1 %- ный раствор поваренной соли. Процесс проводили при температуре 30-35° С. Электролизер имел катод из нержавеющей стали, анод - типа ОРТА. При электрообработке с плотностью тока 0,1-0,15 А/см2, при расходе количества электричества 0,2 Ампер-часов на 1 л католита (молочного продукта) и анолита.

Исходный кефир имел показатели качества: содержание жира - 1 %, белков - 2,8 %, углеводов - 3,9 %, рН - 4,3, ОВП - +214 мВ. После электрообработки при сохранении концентрации полезных веществ продукт имел рН - 5, ОВП - -600 мВ, которые сохранялись при температуре +2...+8° С в течение 1 суток. Продукт был приятного вкуса и запаха с более низкой кислотностью.

Заключение. В экспериментальной работе приведены уточненные сведения по химизму процесса электролиза молока, данные по режиму проведения его, показатели качества, возможность хранения от +2 до +8 оС, что представляет научный интерес и практическую значимость.

Библиографический список

1. Бахир, В.М. Электрохимическая активация [Текст] / В.М. Бахир. - М., 1992. - Часть II. - С. 196-199.
2. Горбатова, К.К. Биохимия молока и молочных продуктов [Текст] / К.К. Горбатова, П.И. Гунькова. - Санкт-Петербург, 2010. - 328 с.
3. Зайковский, Я.С. Химия и физика молока и молочных продуктов [Текст] / Я.С. Зай- ковский. - Изд. 3-е. - М.: Пищепромиздат, 1950. - 372 с.
4. Иванова, Т.Н. Электрохимическая активация для регулирования кислотности молока [Текст] / Т.Н. Иванова, М.А. Тарасова, О.В. Мартынова // Пищевая промышленность. - 2008. - № 11. - С. 46-49.
5. Мартынова, О.В. Разработка обогащенных составных молочных продуктов с применением электрохимической активации [Текст] : автореферат дис. ... канд. тех. наук: 05.18.04 / О.В. Мартынова. - Воронеж, 2010. - 22 с.
6. Осадченко, И.М. Основные направления развития технологий электрообработки молока [Текст] / И.М. Осадченко, И.Ф. Горлов, Н.И. Мосолова // Хранение и переработка сель- хозсырья. - 2013. - № 4. - С. 15-19.
7. Технология раскисления молока униполярного электрохимического воздействия [Текст] / И.В. Миронова, Д.В. Фролов, О.В. Богатова и др. // Вестник мясного скотоводства. - 2013. - № 1 (79). - С. 126-132.
8. Томилова, А.М. Прикладная электрохимия [Текст] / А.М. Томилова. - Изд.3-е. - М.: Химия, 1984. - 520 с.
9. Установка для раскисления молока [Текст] : патент. РФ № 2057435 / В.М. Бахир и др.- 1996.
10. Шалыгина, А.М. Общая технология молока и молочных продуктов [Текст] / А.М. Шалыгина, Л.В. Калинина. - М., КолосС, 2007. - 199 с.
11. Шумилова, И.Ш. Раскисление молока сырья [Текст] / И.Ш. Шумилова, В.А. Руденок // Хранение и переработка сельхозсырья. - 2010. - № 4. - С. 39-41.

"Известия нижневолжского агроуниверситетского комплекса" № 2 (50), 2018

Категория: Сельское и приусадебное хозяйство | Добавил: x5443 (14.08.2018)
Просмотров: 48 | Теги: раскисление, молоко | Рейтинг: 0.0/0
Всего комментариев: 0
Добавлять комментарии могут только зарегистрированные пользователи.
[ Регистрация | Вход ]
...




Copyright MyCorp © 2018 Обратная связь