Аппаратные методы исследования физико-химических показателей качества молочной продукции

Введение.
Молоко и молочные продукты относятся к группе повседневного потребления и сопровождают человека в течение всей жизни – с первых дней появления на свет до глубокой старости. Роль молочных продуктов в рационе человека трудно переоценить. Они изначально обладают полезными диетическими свойствами в силу особенностей состава и свойств сырья, из которого изготавливаются. Не зря великий русский ученый академик И.П. Павлов назвал молоко: «Изумительной и наиболее совершенной пищей, приготовленной самой природой».

Литературный обзор
Высокая пищевая ценность молока обусловлена тем, что оно содержит все необходимые человеку питательные вещества, которые хорошо сбалансированы и легко и полностью усваиваются. В последние десятилетия вследствие негативного воздействия внешних факторов большое внимание уделяется разработке, производству и контролю молочных продуктов питания лечебно-профилактического назначения, имеющих сбалансированный состав, способствующих укреплению защитных функций организма. Речь идет о продуктах функционального назначения, оказывающих направленное действие на отдельные системы организма или организм в целом, которые в известной степени могут служить альтернативой лекарственным препаратам. Ещё Гиппократ говорил: «Наше лекарство должно быть пищей, а наша пища должна быть лекарством». Молочные продукты относятся к числу наиболее потребляемых человеком продуктов и именно через них можно определенным образом повлиять на состояние здоровья. На первый план здесь выступают кисломолочные продукты, которые наряду с ценными пищевыми веществами содержат большое количество живых клеток полезных микроорганизмов. В современном мире роль молочных продуктов сложно переоценить, поэтому в перерабатывающей промышленности существует насущная проблема точного, правильного, достоверного и по возможности быстрого осуществления контроля молока и молочных продуктов по физико-химическим показателям качества и безопасности. Применение стандартизованных методов контроля порой не позволяет оперативно оценить качество, и значительно усложняется процесс входного контроля, особенно в связи с увеличением фальсификаций молочного сырья.

Поэтому в последнее время набирает актуальность использования аппаратных методов анализа, которые позволяют довольно быстро провести ряд необходимых измерений. Отличительная особенность молока и молочных продуктов как объектов исследований состоит в том, что данные продукты представляют собой сложные поликомпонентные системы. Все это влечет за собой необходимость совершенствования и методологии исследований молочных продуктов в направлении их точности и воспроизводимости результатов исследований с использованием высокоэффективных, в основном, инструментальных методов анализа. Химический состав и пищевая ценность молока. Основными показателями молока являются химический состав, степень чистоты, органолептические, биохимические, физико-химические свойства, а также наличие в нем токсических и нейтрализующих веществ. В состав молока входят более сотни органических (жир, белки, углеводы, ферменты, витамины, гормоны) и неорганических (вода, минеральные соли, пигменты, газы) веществ. Молоко является сложной полидисперсной системой.

Молочный сахар - лактоза растворен в дисперсной среде(воде – 85-89%) молока, величина его молекул 1-1,5 нм. Соли молока находятся в виде коллоидных частиц, белковые вещества образуют коллоидные растворы. Жир молока находится в теплом состоянии в виде эмульсии, в холодном – в виде суспензии. Молоко состоит из воды и распределенных в ней пищевых веществ – жиров, белков, углеводов, ферментов, витаминов, минеральных веществ, газов.

Таблица 1 Химический состав молока 

Компонент	Среднее значение,%	Массовая доля,%
Вода	87,5	85-89
Сухое вещество, всего	12,5	11-15
молочный жир	3,8	2,9-5
фосфолипиды	0,04	0,03-0,05
Белки, всего	3,3	2,8-3,6
В том числе: казеин	2,6	2,3-2,09
сывороточные белки (альбумин и глобулин)	0,7	0,6-0,8
Небелковые азотистые соединения	0,05	0,02-0,08
Углеводы (лактоза)	4,7	4,5-5,0
Галактоза, глюкоза	0,55	0,01-0,1
Зола(минеральные вещества)	0,73	0,6-0,85
Соли неорганических кислот	0,8	0,5-0,8
Газы, мл %	6,5	5-8

 
Состав молока непостоянен. Отсутствие одного из веществ или незначительное отклонение его количества от нормы обычно указывает на болезненное состояние животного или на неполноценность пищевого рациона (корма).Теоритические исследования путем сравнения с альтернативными методами Гравиаметрический метод определения жира по Соксклету Сущность метода. Принцип анализа заключается в обработке пробы соляной кислотой, добавлении спирта и последующей экстракции жира из получившейся смеси диэтиловым и петролейным эфирами, выпаривании растворителей и взвешивании остатка. Для автоматизации процесса используют автоматические экстракторы жира по Сокслету. Автоматические экстракторы жира позволяют не только анализировать сразу несколько проб, но и контролировать процесс и следить за нагревом. Анализатор белка по Кельдалю Анализ белка по методу Кьельдаля является самым распространенным методом, но, к сожалению, имеет ряд существенных недостатков : низкая скорость анализа, большое количество возможных потерь в процессе анализа, громоздкое оборудование и необходимость использования агрессивных реагентов (концентрированная серная кислота и раствор щелочи). Уменьшить или полностью исключить данные недостатки метода позволяет применение автоматизированного оборудования для определения азота/белка. Метод Кьельдаля включает в себя три основных этапа: дигерирование, дистилляцию и титрование. До настоящего времени не найдена замена серной кислоте, которая используется для вышеуказанной цели.

Однако использовать для дегидрирования чистую серную кислоту нецелесообразно из-за низкой скорости протекания процесса. Время дегидрирования можно значительно уменьшить добавлением соли и катализаторов. Лучше использовать стандартизированные изделия, например, таблетки Кьельтабз. Альтернативные методы определения кислотности В качестве основных приборов, позволяющих определить уровень активной и титруемой кислотности в молоке, необходимо выделить pH-метры, рефрактометры, анализаторы титруемой кислотности, экспресс тесты (индикаторные полоски). Действие Рh-метров основано на измерении уровня электродвижущей силы электродной системы, пропорциональной активности ионов водорода в молоке. Прибор оснащается погружным датчиком, встроенным электродом, специальным индикатором и набором стандарт-титров. PH-метры бывают как стационарные, так и портативные. Рефрактометры - это измерительные приборы, основанные на определении коэффициента преломления волны света. Рефрактометры позволяют определить физико-химические свойства вещества, а в интересующем нас случае, установить уровень кислотности молока. Экспресс тесты (индикаторные полоски) - наиболее простейший из приборов для измерения уровня кислотности молока. Принцип работы довольно прост: берём индикаторную полоску и опускаем в молоко, а по прошествии15 секунд сравниваем изменившийся цвет полоски со сравнительной шкалой, также прилагаемой в комплекте. Полоски являются наименее точным, на наш взгляд, определителем кислотности молока, можно получить приблизительный результат, подходящий для домашней разовой варки сыров, не сильно зависящих от уровня pH.Экспресс- метод ультразвукового анализа Сущность метода. Метод основан нараспространении ультразвуковых волн в жидкости. В зависимости от физико-химических свойств продукта, варьируется и скорость ультразвука. Ход анализа. Анализ производится в течение 2-3 минут с помощью ультразвуковых анализаторов молока. Проба молока помещается в анализатор, затем прибор выводит результаты исследования на экране. При этом прибор дает результаты сразу по нескольким параметрам в зависимости от калибровки (жиру, белку, СОМО, добавленной воде ит.д.). Анализатор молока Лактан Анализируемые параметры : жир, белок, сомо, плотность, добавленная вода, сухие вещества, лактоза, температура. Анализатор прост и удобен в работе, не требует высокой квалификации персонала. Для проведения анализа необходимо наполнить стаканчик пробой молока, поставить стаканчик под пробоприемник и нажать всего одну кнопку для выполнения измерения. По окончании анализа результат измерения появится на индикаторе прибора. После окончания работы анализатор следует промыть специальными моющими средствами, поставляемыми в комплекте с анализатором. Клевер-2 Анализатор качества молокаКлевер-2 обеспечивает экспресс-оценку процентного содержания жира, сухого обезжиренного молочного остатка (СОМО) и плотности в одной пробе свежего цельного, консервированного молока или сливок. Несмотря на многообразие функций, анализатор качества молока Клевер-2 очень прост в применении, что позволяет проводить на нем измерения неквалифицированному персоналу. Основные операции на приборе заключаются в том, чтобы залить пробу для измерения и после измерения слить ее. Процесс измерения качественных показателей молока или сливок занимает2,5 - 3,5 мин. Молоко комнатной температуры измеряется за 2,5 мин, а охлажденное -за 3,5 мин. На индикатор прибора выводится вся необходимая оператору информация.

Индикация результатов измерений производится в цифровой форме с дискретностью отсчета 0,01%. Прибор работает автономно, но имеет возможность подключения к компьютеру для градуировки или регистрации результатов измерений. Для работы анализатора Клевер-2 с компьютером в комплекте с ним поставляется все необходимое для подключения Экспресс-метод инфракрасной спектроскопии Метод инфракрасной спектроскопии применяется в молочной промышленности для определения химического состава (жира, белка, лактозы) и физико-химических свойств (плотность, точка замерзания и т.д.) вещества. Метод ИК-спектроскопии используется как для контроля поступающего сырья, так и для анализа готовой продукции. Метод основан на том, что через вещество проходит ИК-излучение, которое иногда ослабевает настолько, что образуются полосы поглощения. Данные полосы представляют собой ИК-спектр. Анализатор сопоставляет ИК-спектры анализируемого вещества с ИК-спектрами, сохраненными в библиотеке прибора, и на основании этого определяет точный состав продукта. Обычно ИК-спектроскопию применяют как дополнительный метод исследования после хроматографии.

Однако ее можно применять как основной метод при анализе в полевых условиях или в том случае, если нужно провести исследование быстро. При этом метод ИК-спектроскопии остается одним из наиболее точных, так как ИК-спектр – одно из наиболее однозначных физических свойств, характеризующих вещество. Вывод К наиболее известным моделям в настоящее время относятся отечественные ультразвуковые анализаторы Лактан, Клевер и другие различного исполнения, а также зарубежные –Лактоскан, Экомилк (Болгария) и другие. Основное отличие приборов разных фирм –программное обеспечение. От его качества во многом зависит технический уровень самого прибора, в том числе точность определения количества того или иного компонента. Ультразвуковые анализаторы молока и молочной продукции лишены таких недостатков, как длительность определения показателей, использование дорогостоящих реактивов, повышенная опасность для обслуживающего персонала. С помощью ультразвуковых анализаторов можно без применения химических реактивов одновременно измерять до 11 показателей, характеризующих качество молочной продукции. В последние годы уровень приборной техники для анализа молочной продукции значительно вырос. И если раньше сложное аналитическое оборудование применялось для научных исследований, то тенденции аналитического приборостроения сегодняшнего дня связаны с внедрением высококлассных приборов непосредственно в производственные условия. При этом разработчики, не снижая параметрических характеристик аппаратуры, стараются снизить ее стоимость и упростить работу на ней. Разработанные в последнее время национальные стандарты на инструментальные методы анализа позволят расширить применение оборудования для анализа молочной продукции. 

Литература.

Учебные пособия: 

1. Голубева, Л. В. Технология молока и молочных продуктов. Молочные консервы : учебник и практикум для академического бакалавриата / Л. В. Голубева. — 2-е изд., пере- раб. и доп. —Москва : Издательство Юрайт, 2019.
2. Забодалова Л.А., Евстигнеева Т.Н. Технология цельномолочных продуктов и мороженого: Учеб. пособие. СПб.: НИУ ИТМО; ИХиБТ, 2013.
3. Родионов, Г. В. Технология производства и оценка качества молока : учеб. пособие / Г. В. Родионов, В. И. Остроухова, Л. П. Табакова. – Санкт-Петербург [и др.] :Лань, 2018.
4. Твердохлеб Г., Диланян З.Х., Чекулаева Л.В., Шилер Г.Г. Технология молока и молочных продуктов. М.: Агропромиздат, 1991.
5. ТР ТС 033/2013 Технический регламент Таможенного союза "О безопасности молока и молочной продукции"

Электронные ресурсы: 

1. Лабмолоко 

2. Лабмолоко 

3. Ozlib