Фізичні та хімічні властивості кисломолочних продуктів і методи їх дослідження

СаНРО₄ + 2С₃Н₆О₃ → (С₃Н₅О₃)Са + Н₃РО₄

Са₃(С₆Н₅О₇)₂ + 6С₃Н₆О₃  → 3(С₃Н₅О₃)Са + 2 С₆Н₈О₇

Це сприяє кращому засвоєнню  кальцію кисломолочних продуктів  у порівнянні з молоком[3].

 

 

2. Фізичні методи дослідження  кисломолочних продуктів.

2.1. Рефрактометричний метод.

Теоретичні основи рефрактометрії.

Рефрактометрія є одним з  найбільш широко використовуваних аналітичних  методів, що дозволяють визначити речовину, що знаходиться в рідкому стані, чи концентрацію двухкомпонентних розчинів.  
     Рефрактометрія заснована на явищі заломлення світла при переході з одного середовища в інше, що  називається рефракцією.  Показником чи коефіцієнтом заломлення називають відношення синуса кута падіння променя світла до синуса кута його заломлення

n = sin a/sin b.

Якщо промінь світла переходить з  вакууму чи повітря в інше середовище, то кут падіння завжди більше кута заломлення. При збільшенні кута падіння, змінюється співвідношення між величиною світлової енергії, що проходить в інше середовище, і відбитої від границі розділу. При кутах падіння вище критичного, світло цілком відбивається від поверхні розділу. Цей кут називається  кутом повного внутрішнього відбиття. Знаючи кут повного внутрішнього відбиття а', можна визначити показник заломлення                               

n = 1/sin а'.

У зв'язку з тим, що показник заломлення залежить від довжини хвилі, існує  безліч показників заломлення для тих  самих речовин. Найбільш розповсюдженим є показник заломлення жовтої лінії  натрію (589,3 нм), що позначається n. 
 Показник заломлення залежить від внутрішнього стану речовини, від її температури, тиску, концентрації, природи розчинника. Тому для систематизації отриманих результатів, приймається показник заломлення, визначений при температурі 20°С, у спектрі натрію (589,3 нм). При вимірах в умовах іншої температури, вводять поправки на температуру по формулі:

n' = n₂₀ + k(20-t).

Принцип дії промислових рефрактометрів.

Принцип дії промислових рефрактометрів базується на використанні явища  повного внутрішнього відображення світла в оптичній призмі, що знаходиться  в контакті з рідиною. 
 Світло від джерела вводиться в оптичну призму і падає на її внутрішню поверхню, що контактує з досліджуваним розчином. Світлові промені попадають на границю роздільної призми і розчину під різними кутами. Частина променів, кут падіння яких більше критичного, цілком відбивається від внутрішньої поверхні призми і, виходячи з неї, формують світлу частину зображення на фотоприймачі. Частина променів, кут падіння яких менше критичного, частково переломлюється і проходять у розчин, а частково відбивається і формує темну частину зображення на фотоприймачі [7]. 
       Положення границі розділу між світлом і тінню залежить від співвідношення коефіцієнтів заломлення матеріалу оптичної призми і досліджуваного розчину, а також довжини хвилі випромінювання джерела світла. Оскільки оптичні характеристики призми і довжина хвилі джерела постійні, то по положенню границі розділу світла і тіні на фотоприймачі можна однозначно визначити коефіцієнт  заломлення чи оптичну щільність досліджуваного розчину. 
       Оскільки, оптична схема рефрактометрів побудована на використанні відображення і проходження світла тільки усередині призми, то ні прозорість розчину, ні наявність у ньому нерозчинних включень, що розсіюють світло, газових пухирців не впливають на результат виміру. 
      Для компенсації впливу температури досліджуваної рідини на результати виміру концентрації в промислових рефрактометрах використовуються теплові датчики.

ІРФ-464 (вид рефрактометра) дозволяє швидко і надійно визначити зміст  білка і сухих речовин у  кисломолочних продуктах, не застосовуючи дорогих хімічних реактивів, що дозволяє широко використовувати прилад для паспортизації молочних продуктів, а також у сироварінні[6].

2.2. Визначення в'язкості методом Оствальда.

В'язкість, або внутрішнє тертя - це властивість рідини чинити опір відносного зміщення шарів при зсуві, розтяганні та інших видах  деформації. Відносну в'язкість молока або кисломолочного продукту визначають за допомогою віскозиметра Оствальда на підставі формули, виведеної Пуазейлем.

В'язкість молока або молочних продуктів характеризує їх консистенцію  і має значення при оцінці якості. В'язкість, або внутрішнє тертя – це  здатність рідини (пластичних речовин)  зміщувати її частин одне щодо одного. Отже, величина в'язкості пов'язана з структурою речовини і при її порушенні змінюється, що створює труднощі при користуванні різними методами визначення. 
 В'язкість в істинно в'язких рідинах вимірюють капілярними віскозиметрами (типу Оствальда), висловлюючи її в числах відносної в'язкості або в абсолютних величинах [8].

Затискають віскозиметр в штативі у вертикальному положенні і занурюють його в широку склянку з дистильованою водою, яка має температуру (20 ± 1) ° С.

У широке коліно приладу  піпеткою вносять 10 см³ дистильованої води з температурою (20 ± 1) ° С. За допомогою гумової трубки, одягненою на вузьке коліно приладу, засмоктують воду в розширення 2 приблизно на 1 см вище верхньої межі (М₁). Потім дають воді вільно витікати через капіляр. Коли рівень води опуститься до межі М₁, включають секундомір, а, коли він дійде до нижньої межі (М₂), вимикають. Помічають тривалість витікання води від межі М₁ до межі М₂. Дослід повторюють три рази. Після цього виливають воду з віскозиметра і обполіскують його досліджуваним продуктом. Дослід тричі повторюють з продуктом, що має температуру (20 ± 1) ° С, так, як описано вище.

У розрахунках використовують середні значення тривалості витікання  води і молочного продукту.

Паралельно проводять  вимірювання густини досліджуваного продукту. Після закінчення роботи віскозиметр ретельно обполіскують дистильованою водою, промивають хромовою сумішшю, знову обполіскують дистильованою водою і висушують у сушильній шафі.

Розрахунок відносної  в'язкості досліджуваного молока проводять  за формулою, виведеною на підставі формули Ж. Пуазейля:

де η_м - в'язкість досліджуваного молока при 20 ° С, Па∙с;

η_в - в'язкість води при 20 ° С, Па∙с (п., = 1,005∙ 10^-3 Па∙ с);

ρ_м і ρ_в - відповідно щільність досліджуваного молока і води при 20°С, кг/м³ (р, = 998,2 кг/м³);

t_м і t_в-тривалість витікання відповідно досліджуваного молока і води з капіляра одного і того ж віскозиметра, с. [13].

2.3. Метод визначення рН.

Норми точності вимірювань.

Межею можливих значень похибки  вимірювання = ±0,04 для заданої ймовірності  Р=0,95.

Діапазон вимірювань від 3 до 8 рН.

Метод вимірювання.

Метод вимірювання заснований на визначенні активності іонів  водню  за допомогою потенціометричних  аналізаторів за ДСТ 19881 – 74.

Прилади вимірювання, допоміжні реактиви та матеріали.

Аналізатор потенціометричний  для контролю рН молока і молочних продуктів за ДСТ 19881 – 74. Ваги лабораторні 4-г класу точності з найбільшою межею завішування 300 г за ДСТ 24104 – 80. Термометри ртутні скляні лабораторні з діапазоном вимірювання 0 - 100 º С і ціною поділки шкали 1 ºС за ДСТ 2045 – 71.

Колби мірні, виконання 1 і 2, 1 і 2-го класів точності, місткістю 1000 см за ДСТ 1770 – 74. Стакани типу В і Н , місткістю 50, 100 см за ДСТ 26336 – 82.  Папір фільтрувальний лабораторний за ДСТ 12026 – 76.

Стандарт – титр для  приготування  зразкових буферних розчинів 2-го розряду з рН 6,86 і 4,01 за ДСТ 8.135 – 74. Використовуються розчини  калію фосфорнокислого одно заміщеного  КН2РО4 і безводного натрію фосфорнокислого  дво заміщеного Nа2НРО4, який має рН 6,88 при температурі (20±1) ºС, розчин  С8Н5О4К, який має рН 4,00 при температурі (20±1) ºС.

Вода дистильована за ДСТ 6709 – 75.

Калій хлористий, за ДСТ 4234 – 77. 

Умови виконання  вимірювання.

Температура навколишнього  повітря для аналізаторів 1-го типу (контроль в пробах) за групою  IV, а для аналізаторів 2-го типу(контроль в резервуарах) за групою III за ДСТ 12997 – 84 .

Відносна вологість 95% при  температурі навколишнього середовища 25ºС.

Напруга 220В.

Частота струму (50 ± 1) Гц.

Напруга зовнішніх магнітних  полів – не більша 400А/м.

Температура молочного продукту від 5 до 35 ºС.

Підготовка до виконання вимірювань.

Буферні розчини для рН – метрії виготовляють з фіксоналів і зберігають при температурі (20 ± 3) º С не більше  двох місяців.

Приготування  розчину хлористого калію.

256 г хлористого калію  поміщають в колбу місткістю  1000 см і заливають дистильованою свіжо кип’яченою водою температурою 50 – 60 º С до повної місткості. Розчин ретельно перемішують до повного розчинення реактиву, фільтрують і охолоджують. Розчин зберігають в бутилі зачиненого пробкою, при температурі (20 ± 5) ºС на протязі 6 місяців.

Перевірка приладу  за буферним розчином.

Прилад вмикають за 30 хв. до початку перевірки.

Прилад настроюють за буферним розчином із значенням рН, рівним 6,88 і 4,00 при температурі (20 ± 1) º С.

Перед перевіркою приладу  за буферним розчином електроди необхідно  ретельно промити дистильованою  водою.

В скляний стакан місткістю 50 – 100 см наливають (40 ± 5)см буферний розчин температурою (20 ± 1)ºС після чого поміщають в нього електроди через 10 – 15 секунд знімають показання пристрою. Якщо показання в пристрої відрізняються від стандартного значення рН  зразкового буферного розчину більше ніж на 0,05, то пристрій настроюють за допомогою регулятора.

Перевірка пристрою за стандартним  буферним розчином повинна виконуватись кожного дня.

Виконання вимірів.

В стакан місткістю 50 – 100 см. наливають (40 ± 5) см. молочного продукту температурою (20 ± 2)ºС і занурюють електроди прибору. Електроди не повинні доторкатися стінок і дна приладу. Через 10 – 15 секунд знімають показання по шкалі приладу. Для швидкого встановлення показань приладу вимірювання проводять при круговому переміщенні склянки з молочним продуктом.

Показання за приладом відраховують  через 3 – 5 секунд після встановлення стрілки. Після кожного виміру електроди датчика промивають дистильованою водою. При багатьох вимірах рН молочних продуктів залишки передминулої проби видаляють з електродів  наступною пробою, а електроди промивають через 3 – 5 вимірів[8].

2.4. Методи визначення  густини.

ГОСТ 3625—84 МОЛОКО И МОЛОЧНЫЕ ПРОДУКТЫ. Методы определения плотности. Даний стандарт розповсюджується на молоко, вершки, кисломолочні продукти, сироватку і встановлює ареометричний і пікнометричний методи визначення густини [6].

2.4.1. Ареометричний метод визначення густини:

1. Апаратура, матеріали і реактиви.

Ареометри для кисломолочних продуктів типа AM з ціною поділки шкали 0,5 кг/м^3t або типа АМТ з ціною поділки шкали 1,0 кг/м³ (далі ареометри) для густини кисломолочного продукту цілісного, підвищеній жирності, білкового, вітамінізованого і знежиреного. 

Циліндри скляних для  ареометрів, зовнішнім діаметром  31, 39 і 50 мм;  заввишки 215, 265 і 415 мм; термометри ртутні скляні лабораторні з діапазоном вимірювань 0—55°С, ціною поділки  0,5 і 1,0ºС; термометри скляні рідинні (не ртутні) з діапазоном вимірювань 0-30°С, ціною поділки 0,5 і 1,0ºС; секундомір механічний типа СОППР 3-го класу; баня водяна; дистилятор; мішалка; рушники льняні; вода дистильована.

2. Підготовка  до вимірювання.

Густину кисломолочних продуктів  визначають в підготовленій суміші до сквашування при (20±2)°С.

Ареометри  і необхідна  скляна апаратура повинні бути ретельно вимиті миючими розчинами, обполоснути питною, дистильованою або кип'яченою водою, а залишки вологи видалені льняною тканиною або рушником, потім апаратура повинна бути витримана на повітрі до повного висихання.

Після підготовки ареометра  до вимірювань не допускається торкатися  руками його робочої частини. Ареометр беруть за верхню частину стержня, вільну від шкали. Ареометри, термометри  і мішалки, підготовлені до вимірювання, зберігають в циліндрах, накритих   покривним склом або поліетиленовим чохлом [5].

Пробу об'ємом 0,25 або 0,50 дм³ ретельно перемішують і обережно, щоб уникнути утворення піни, переливають по стінці в сухий циліндр, який слід тримати в злегка похилому положенні. Якщо на поверхні проби в циліндрі утворилася піна, її знімають мішалкою.

При виникненні розбіжностей в оцінці якості при визначенні щільності  кисломолочного продукту застосовують ареометричний метод, що полягає в тому, що пробу нагрівають до (40±2)°С, витримують при цій температурі протягом (5±1) хв., потім охолоджують її до (20±2)°С і проводять вимірювання густини кисломолочного продукту ареометрами типа AM або АМТ.

3. Проведення  вимірювань.

Циліндр з досліджуваною  пробою встановлюють на рівній горизонтальній поверхні і вимірюють температуру  проби  . Відлік показників температури проводять не раніше, чим через 2 – 4 хв. після опускання.

Сухий і чистий ареометр опускають повільно в досліджувану пробу, занурюючи його до тих пір, поки до передбачуваної відмітки ареометричної  шкали не залишиться 3 – 4 мм, потім залишають його у вільно плаваючому стані. Ареометр не повинен стосуватися стінок циліндра.

Розташування циліндра з  пробою на горизонтальній поверхні повинне  бути, по відношенню до джерела світла, зручним для відліку показників за шкалою густини і шкалою термометра.

Перший відлік свідчень густини  проводять візуально з шкали ареометра через 3 хв. після встановлення його в нерухомому положенні. Після цього ареометр обережно підводять на висоту до рівня баласту в ньому і знову опускають, залишаючи його у вільно плаваючому стані. Після встановлення його в нерухомому стані, проводять другий відлік свідчень густини . При відліку свідчень густини очей повинен знаходитися на рівні меніска. Відлік свідчень проводять по верхньому краю меніска.

Відлік свідчень по ареометрах типів AM і АМТ проводить до половини ціни найменшої поділки шкали. У  ареометрах типів АОН-1 і АОН-2 відлік свідчень проводять до ціни найменшої  поділки.