Тема 3. Контроль качества молока и молочных продуктов

Молоко представляет собой биологическую жидкость, которая образуется в молочной железе млекопитающих и предназначена для вскармливания новорожденного. Химический состав молока животных непостоянен. Он изменяется в течение лактации, а также под влиянием различных факторов: рационов кормления, состояния здоровья, содержания, породы, возраста животных и пр. Средний упрощенный состав коровьего молока представлен на следующей схеме:

Химический состав молока не только определяет его пищевую и биологическую ценность, но и влияет на технологическую переработку, выход и качество готовой продукции. Предприятия молочной промышленности контролируют в перерабатываемом молоке содержание сухих веществ, СОМО, жира, белков, иногда лактозы и некоторые показатели его физико-химических и технологических свойств.

Правила отбора проб заготовляемого молока и подготовка их к анализу

Для изучения состава молока, доставляемого на предприятия молочной промышленности, после внешнего осмотра тары осуществляют отбор средних проб в соответствии с ГОСТ 13928-84. Перед отбором проб молоко должно быть тщательно перемешано во избежание нарушения его однородности. Молоко, поступающее во флягах и цистернах, перемешивают вручную металлической мутовкой (возможен и механизированный способ перемешивания молока, доставленного в автомобильных и железнодорожных цистернах). Если молоко подморожено, то пробы отбирают только после его полного оттаивания.

Из фляг пробы молока отбирают металлической трубкой диаметром 9 мм и длиной около 1 м. Трубку медленно погружают в молоко, касаясь дна фляги. Скорость погружения должна быть такой, чтобы трубка успела наполниться молоком пропорционально его количеству во фляге. Верхнее отверстие трубки плотно зажимают большим пальцем и молоко переносят в приготовленную посуду. Из цистерны пробы молока отбирают кружкой вместимостью 0,5 л. Поступившие на исследование средние пробы молока тщательно перемешивают, многократно (4-5 раз) переливая молоко из одной емкости в другую. При образовании значительного слоя сливок или наличии видимых комочков жира пробы быстро нагревают на водяной бане до температуры 30-40 ^оС, тщательно перемешивают и охлаждают до 202 ^оС.

Лабораторная работа № 3 Анализ качества молока

Опыт 1. Определение плотности молока

Плотность – такое свойство молока, которое делает возможным сравнение массы определяемого объема различных веществ или массы данного вещества при различных условиях. Определяют её как массу, деленную на единицу объема. Для определения плотности существуют различные методы. В лабораторных условиях применяют пикномометрический и ареомометрический методы.

Пикномометрический метод

Материалы, реактивы, оборудование. Пикнометр, аналитические весы, молоко свежее, дистиллированная вода.

Техника определения. Чистый сухой пикнометр взвешивают и наполняют измеряемой жидкостью, не допуская засасывания воздуха. Затем легким нажимом вставляют капиллярную пробку до обозначенного меткой положения, термостатируя прибор в течение 20 минут при 20°С. Выступающую через капилляр жидкость промокают чистой не волокнистой фильтровальной бумагой, насухо вытирают пикнометр куском льняной ткани и оставляют на весах на 20 минут, а затем взвешивают. После взвешивания выливают из пикнометра жидкость, тщательно промывают и повторно взвешивают его, но с водой. Удельный вес (_L) рассчитывают по формуле:

Ареометрический метод

Материалы, реактивы, оборудование. Ареометр, молоко свежее.

Техника определения. Ареометрический метод позволяет быстро и просто вычислять плотность с помощью ареометра. Этот метод основан на измерении объема известной массы и на зависимости подъемной силы плавающего тела от плотности жидкости, в которую это тело погружено. Следовательно, подъемная сила, действующая на плавающее тело, тем больше, чем выше плотность жидкости. В жидкость с высокой плотностью тело будет погружаться не столь глубоко, как в жидкость с меньшей плотностью.

Ареометр состоит из стеклянной полой трубки с более плотной нижней частью (металлическими шариками) и стеклянного поплавка, который в верхней части имеет тонкую стеклянную трубку с делением. Металлические шарики нужны для того, чтобы ареометр погружался в жидкость ровно до шкалы, показывающей плотность исследуемой жидкости. Вследствие адгезии на шкале ареометра образуется плотный ободок жидкости, высота которого зависит от поверхностного натяжения данной жидкости. Плотность прозрачных жидкостей отсчитывают по уровню поверхности, а непрозрачных, например, молока, -по верхнему краю ободка.

Для различных жидкостей существуют специальные ареометры, которые используют только для измерения плотности в определенном диапазоне. К ним относятся лактоденсиметр для молока, которым можно измерять плотность в диапазоне от 1,020 до 1,045 г/мл. Величину плотности выражают в градусах лактоденсиметра Id.

Для точного определения требуется поддержание заданной температуры молока. На практике достаточно, если температура отклоняется от 20 °С не более. Чем на ±5 °С, так как в этом диапазоне можно вводить поправку измеренной по шкале лактоденсиметра плотности. При температурах ниже 20 °С на каждый градус вычитают 0,2 ·Id, а при температурах выше 20 °С прибавляют 0,2 ·Id.Ареометрический метод простой и быстрый, он широко применяется в лабораториях.

Опыт 2. Определение кислотности молока

Кислотность по фенолфталеину

Молоко по фенолфталеину показывает кислую реакцию и титруется щелочью. По количеству затраченной щелочи можно судить о величине титруемой кислотности молока. Титруемая кислотность не всегда может дать правильное представление о качестве заготовляемого молока. Для этой цели определяют водородный показатель (рН) - концентрацию в молоке активных ионов водорода.

Определение титруемой кислотности

Титруемую кислотность молока в нашей стране выражают в градусах Тернера (Т). Градусы Тернера показывают количество кубических сантиметров 0,1 н. (0,1 моль/дм³) раствора гидроксида натрия, необходимое для нейтрализации 100 см³ разбавленного в два раза водой молока.

Определение кислотности заключается в нейтрализации (титровании) кислых солей, белков, свободных кислот и других кислых соединений молока раствором щелочи в присутствии индикато­ра фенолфталеина.

Материалы, реактивы, оборудование. Колбы конические вместимостью 150 - 200 см³; пипетки вместимостью 10 и 20 см³; бюретка на 20 - 50 см³; бюретка для раствора фенолфталеина; молоко сырое; 0,1 М раствор гидроксида натрия (приготовленный из стандарт - титра); 1%-ный спиртовой раствор фенолфталеина, эталон окраски (В колбу вместимостью 150-200 см³ отмеривают пипеткой 10 см³ молока, 20 см³ воды и 1 см³ 2,5 %-ного раствора сульфата кобальта. Эталон пригоден для работы в течение 12 часов. Длительность хранения эталона можно увеличить, добавив каплю формалина).

Техника определения. В коническую колбу вместимостью 150 - 200 см³ отмеривают пипеткой 10 см³ молока, прибавляют 20 см³ ди­стиллированной воды и 3 капли фенолфталеина. Смесь тща­тельно перемешивают и титруют 0,1 М раствором гидроксида натрия до слабо-розового окрашивания, не исчезающего в течение 1 мин. Конец титрования устанавливают с помощью эталона окраски молока.

Титруемую кислотность молока в градусах Тернера подсчитывают, умножая на 10 объем щелочи, пошедший на нейтрализацию 10 см³ молока. Расхождение между параллельными определениями не должно быть выше 1^оТ.

Титруемую кислотность можно определить с помощью потенциометрического анализатора, используя автоматическое титрование пробы щелочью до точки эквивалентности (рН 8,9).

Опыт 3. Определение кислотности кисломолочных продуктов и мороженного

Методы определения кислотности исследуемых продуктов аналогичны методам контроля кислотности молока и соответствуют требованиям ГОСТ 3624-67.

Материалы, реактивы, оборудование. Приборы те же, что и при определении кислотности молока, кроме того, весы лабораторные рычажные 4-го класса точности, химические стаканы вместимостью 100 - 150 см³, фарфоровая ступка вместимостью 150 - 200 см³, мерные цилиндры на 50 и 100 см³, стеклянная палочка, кефир или простокваша, сметана, творог, мороженое (неокрашенное и окрашенное), реактивы те же, что и при анализе молока.

Техника определения. Ход анализа при определении кис­лотности продуктов в основном аналогичен анализу молока. Отличие заключается в отборе проб большинства продуктов (за исключением кисломолочных напитков) путем отвешивания на весах и в проведении со­тветствующей подготовки к исследованию. Так, кефир предварительно выдерживают на водяной бане для удаления углекислого газа, а творог застирают с водой в ступке, в которой титруют полученную смесь раствором гидроксида натрия.

Кисломолочные напитки. При контроле титруемой кислотности в коническую колбу вместимостью 150 - 200 см³ вносят 20 см³ воды, прибавляют пипеткой 10 см³ продукта. Пипетку промывают этой смесью, вымывая остатки продукта. Далее определение проводят так же, как и в молоке.

Водородный показатель (рН) продуктов определяют на тех же прибо­рах и в том же порядке, что и кислотность молока. Для перевода рН продуктов (кефира, простокваши) в градусы титруемой кислотности можно пользоваться следующей таблицей.

Усредненные соотношения между рН и титруемой кислотностью кисломолочных напитков.

Титруемая кислотность, оТ	Значение рН
	кефира	простокваши
50	5,38	5,30
55	5,25	5,15
60	5,14	5,00
65	5,04	4,86
70	4,94	4,73
75	4,85	4,60
80	4,76	4,47
85	4,68	4,37
90	4,60	4,28
95	4,54	4,21
100	4,48	4,14
105	4,42	4,08
110	4,36	4,02
115	4,31	3,98
120	4,26	3,94
125	-	3,91
130	-	3,88

Сметана. В стакан вместимостью 100 - 150 см³ отвешивают 5 г сметаны. Продукт тщательно перемешивают стеклянной палочкой, постепенно прибавляя 30 - 40 см³ воды. Затем вносят три капли 1%-ного раствора фенолфталеина и титруют 0,1 М ра­створом гидроксида натрия до слабо-розового окрашивания, не исчезающего в течение 1 мин.

Титруемая кислотность сметаны (°Т) равна объему щелочи, пошедшему на нейтрализацию 5 г продукта, умноженному на 20.

Творог. В фарфоровую ступку вместимостью 150 - 200 см³ вносят навеску творога в 5 г, тщательно растирают и перемешивают продукт пестиком, прибавляя небольшими порциями 50 см³ воды, нагретой до 35 - 40°С. Далее вносят три капли раствора фенолфталеина и титруют раствором гидроксида натрия так же, как и при контроле кислотности сметаны. Аналогичным образом подсчитывают и титруемую кислотность творога, умножая объем израсходованной щелочи на 20.

Мороженое. В коническую колбу вместимостью 150 - 200 см³ отвешивают 5 г мороженого и добавляют при анализе неокрашенного мороженого 30 см³ воды, а при контроле окрашенного – 80 см³. Затем смесь тщательно перемешивают, добавляют 3 капли раствора фенолфталеина и титруют 0,1 М раствором гидроксида натрия до появления слабо-розового окрашивания, не исчезающего в течение 1 минуты. Для определения конца титрования окрашенного мороженного колбу с титруемой смесью помещают на белый лист бумаги и для сравнения ставят рядом колбу с 5 г исследуемого мороженного и 80 см³ воды. Титруемую кислотность мороженного подсчитывают, умножая на 20 объем раствора гидроксида натрия, пошедший на нейтрализацию 5 г продукта.

Опыт 4. Определение в молоке массовой доли лактозы

Массовую долю лактозы в молоке (а также сахарозы, внесенной в некоторые молочные продукты) определяют физическими (рефрактометрический, спектрофотометрический, поляриметрический) и химическими (йодометрический, метод Бертрана и др.) методами.

Рефрактометрический метод доступен, относительно прост и достаточно точен. Им определяют массовую долю лактозы в свежем молоке кислотностью не выше 20 ^оТ.

Метод основан на способности сыворотки (полученной из молока осаждением белков) преломлять проходящий через нее свет в зависимости от концентрации лактозы. Показатель преломления молочной сыворотки устанавливают по углу отклонения свето­вого луча слоем сыворотки, заключенной между призмами рефрактометра.

Материалы, реактивы, оборудование. Толстостенная пробирка с пробкой, пипетка вместимостью 5 см³, водяная баня, термометр, стеклянная трубка, вата, рефрактометр типа РЛ или РПЛ, молоко свежее, 4%-ный раствор хлорида кальция.

Техника определения. В толстостенную пробирку отмеривают 5 см³ исследуемого молока и добавляют 5 капель 4%-ного раствора хлорида кальция. Пробирку плотно закрывают корковой или резиновой пробкой и для полного осаждения белков ставят ее в кипящую водяную баню. Через 10 мин пробирку вынимают из бани и охлаждают до 18 - 20°С, опуская в холодную воду. Затем берут стеклянную трубку или пипетку с ватным тампоном в нижней части и набирают сыворотку (жидкость слегка мутноватая), фильтруя ее через вату.

Содержание лактозы в сыворотке определяют при помощи рефрактометра. В течение 10 - 15 мин через призмы рефрактометра пропускают воду с температурой 17,5°С. Далее откидывают верхнюю призму, на поверхность нижней призмы быстро наносят несколько капель молочной сыворотки и верхнюю призму опускают. Наблюдая в окуляр, движением специальной рукоятки вверх и вниз совмещают границу между темной и светлой частями поля зрения с пунктирной линией (указателем). Если граница между темным и светлым полем неотчетливая (радужная), вращением винта компенсатора достигают резкости (монохроматичности). Показатель преломления молочной сыворотки отсчитывают по левой шкале (деление шкалы должно совпадать с пунктирной линией, совмещенной с границей темного и светлого полей) с точностью до 0,0001. Массовую долю лактозы в молоке находят, пользуясь таблицей, приведенной ниже.

Зависимость массовой доли лактозы от показателя преломления молочной сыворотки

Показатель преломления при 17,5 оС	Массовая доля лактозы, %	Показатель преломления при 17,5 оС	Массовая доля лактозы, %
1,3390	3,01	1,3411	4,03
1,3391	3,06	1,3412	4,08
1,3392	3,11	1,3413	4,13
1,3393	3,16	1,3414	4,18
1,3394	3,21	1,3415	4,23
1,3395	3,26	1,3416	4,28
1,3396	3,31	1,3417	4,33
1,3397	3,36	1,3418	4,38
1,3398	3,42	1,3419	4,44
1,3399	3,47	1,3420	4,49
1,3400	3,52	1,3421	4,54
1,3401	3,57	1,3422	4,59
1,3402	3,62	1,3423	4,64
1,3403	3,67	1,3424	4,69
1,3404	3,70	1,3425	4,74
1,3405	3,72	1,3426	4,79
1,3406	3,77	1,3427	4,84
1,3407	3,82	1,3428	4,89
1,3408	3,87	1,3429	4,96
1,3409	3,93	1,3430	5,00
1,3410	3,98	1,3431	5,05

Опыт 5. Определение в молоке массовой доли жира

Массовую долю жира в молоке определяют после разрушения защитных оболочек жировых шариков (кислотный метод Гербера, экстракционный метод Розе-Готлиба) или без него (методы с использованием полуавтоматических и автоматических приборов).

Кислотный метод Гербера

Кислотный метод считается стандартным методом (ГОСТ 5867-69) и до сих пор имеет широкое распространение в нашей стране и ряде других стран благодаря точности, относительной простоте и доступности. Метод основан на освобождении и выделении жира из жировых шариков пробы молока под действием концентрированной серной кислоты и изоамилового спирта с последующим его центрифугированием. Внесенная в жиромер серная кислота не только разрушает белковые оболочки жировых шариков, но и действует на основной белок молока - казеинат кальция. Последний вначале теряет кальций с образованием нерастворимого казеина и сульфата кальция, затем выпавшие хлопья казеина растворяются в избытке кислоты:

Изоамиловый спирт, а также образующийся в присутствии кислоты его серный эфир понижают поверхностное натяжение на границе раздела жира и плазмы молока и способствуют выделению жира:

Подогревание и последующее центрифугирование содержимого жиромера приводят к полному выделению и соединению жира в сплошной слой, количество которого измеряют по шкале жиромера.

Материалы, реактивы, оборудование. Жиромер для молока с пределами измерения от 0 до 6% или от 0 до 7% с ценой деления 0,1% (ГОСТ 23094-78), пробки резиновые для жиромеров, пипетки вместимостью 10,77 см³ (ГОСТ 20292 - 74), приборы для автоматического отмеривания серной кислоты и изоамилового спирта вместимостью, соответственно, 10 и 1 см³; штатив для жиромеров, водяная баня, центрифуга, термометр, секундомер, молоко сырое, кислота серная плотностью 1810-1820 кг/м³, спирт изоамиловый.

Техника определения. Чистые жиромеры ставят в штатив, в один из них вливают 10 см³ серной кислоты, стараясь не смочить горлышко жиромера. Затем мерной пипеткой отмеривают 10,77 см³ исследуемого молока и, приложив кончик пипетки к внутренней стенке горлышка жиромера под углом, дают молоку медленно стечь по стенке жиромера так, чтобы оно не смешивалось с серной кислотой (после опорожнения пипетки выжидают еще 5 с). Оставшуюся в кончике пипетки часть молока выдувать не следует, так как объем пипетки рассчитан на свободное вытекание жидкости. После этого в жиромер вливают 1 см³ изоамилового спирта, не допуская смачивания горлышка жиромера. После внесения изоамилового спирта жиромер закрывают специальной резиновой пробкой и встряхивают до полного растворения белков, переворачивая его 4 - 5 раз. При смешивании молока с серной кислотой жиромер сильно нагревается, поэтому, во избежание ожога рук, рекомендуется завернуть жиромер в полотенце. Жиромер ставят (пробкой вниз) в водяную баню с температурой 65 ± 2°С и выдерживают 5 мин. Затем его вынимают, вытирают полотенцем и вставляют в патрон центрифуги узкой частью к центру. Один жиромер или нечетное их число вставлять в центрифугу нельзя, обычно в нее ставят не менее двух жиромеров, располагая их симметрично один против другого. Если число жиромеров нечетное, то в центрифугу для уравновешивания помещают жиромер с водой.

Центрифугу закрывают крышкой и жиромеры центрифугируют в течение 5 мин с частотой 1000-1200 об/мин. После центрифугирования жиромер вынимают из патрона и, держа пробкой вниз, ставят в водяную баню с температурой 65 ± 2°С на 5 мин (предварительно движением резиновой пробки столбик жира переводят в участок жиромера со шкалой). Уровень воды в бане должен быть несколько выше слоя жира в жиромере.

Жиромер вынимают из водяной бани, вытирают его и быстро отсчитывают объем жира. Для этого, держа жиромер вертикально на уровне глаз, движением пробки вверх и вниз уста­навливают нижнюю границу столбика жира на любом целом делении и отсчитывают число делений до нижней точки вогнутого мениска столбика жидкости. Если столбик жира не отделяется резко от остальной жидкости, жиромер необходимо встряхнуть, поставить в водяную баню (65 ± 2°С) на 5 мин, провести центрифугирование, снова его поставить в водяную баню и затем выполнить отсчет жира.

Опыт 6. Определение в молоке сухого вещества

Содержание сухого вещества, а также влаги и сухого обезжиренного остатка (СОМО) в молоке определяют методом высушивания и расчетным путем (по формулам).

Метод заключается в высушивании навески молока в сушильном шкафу при температуре 102±2°С до постоянной массы.

Материалы, реактивы, оборудование. Шкаф сушильный, эксикатор, бюксы стеклянные, палочки стеклянные, пипетка вместимостью 10 см³, баня водяная, молоко, песок (просеянный через сито, промытый соляной кислотой и водой, высушенный и прокаленный), вода дистиллированная.

Техника определения. Стеклянный бюкс с 20-30 г песка и стеклянной палочкой, не выступающей за края бюксы, помещают в сушильный шкаф и выдерживают при 102±2°С в течение 30-40 минут. После этого бюксу вынимают из сушильного шкафа, закрывают крышкой, охлаждают в эксикаторе 40 минут и взвешивают. В эту же бюксу пипеткой вносят 10 см³ молока, закрывают крышкой и взвешивают.

Молоко с песком тщательно перемешивают стеклянной палочкой и открытую бюксу нагревают на водяной бане при частом перемешивании содержимого до получения рассыпающейся массы. Затем открытую бюксу и крышку помещают в сушильный шкаф с температурой 102±2°С. По истечении 2ч бюксу вынимают из сушильного шкафа, закрывают крышкой, охлаждают в эксикаторе 40 мин и взвешивают. Последующие взвешивания выполняют после высушивания в течение 1ч до тех пор, пока разность между двумя последовательными взвешиваниями будет равна или менее 0,001 г.

Массовые доли (%) сухого вещества С и влаги В вычисляют по формулам:

где - масса бюксы с песком, стеклянной палочкой и навеской молока после высушивания, г; - масса бюкса с песком и стеклянной палочкой, г; - масса бюксы с песком, стеклянной палочкой и навеской молока до высушивания, г.

Расхождение между параллельными определениями должно быть не более 0,1%.