Механическая обработка.

Механические воздействия при транспортировании, передвижении молока в молокопроводе, в процессе доения, перекачивании, перемешивании и гомогенизации в основном сопровождаются изменением степени дисперсности жира. В зависимости от конструкций аппаратов и условий работы на них, а также от температуры и кислотности молока при механической обработке его возможно дробление крупных жировых шариков или, наоборот, их агрегирование и даже слияние. Механическая обработка может вызвать образование пены, снижающей устойчивость жировой дисперсии молока и коллоидных частиц белков. Кроме того, мембранная обработка и гомогенизация могут изменить структуру и свойства казеина и сывороточных белков.

Перекачивание и перемешивание

При перекачивании молока и сливок насосами уменьшается количество мелких жировых шариков (диаметром до 2 мкм) и происходит диспергирование крупных (диаметром 4-6 мкм и выше) шариков с увеличением числа средних (диаметром 2- 4 мкм).

В результате механического воздействия на оболочки жировых шариков в процессе перекачивания молока происходит частичная дестабилизация жира (при работе некоторых насосов молочный жир сбивается в комочки). Эффект разрушения жировой эмульсии возрастает с повышением напора в линии нагнетания, концентрации жировой фазы, кислотности молока, а также при подсасывании воздуха в перекачиваемый продукт. Центробежные насосы оказывают большее разрушающее действие по сравнению с ротационными.

В процессе перекачивания молока и сливок часто образуется пена, продукт обогащается воздухом, его коллоидная система может нарушаться вследствие изменения состояния белков.

Плотность молока после перекачивания насосами незначительно отличается от исходной, вязкость в результате диспергирования жира в процессе перекачивания несколько возрастает. Способность молока к сычужному свертыванию после перекачивания его насосами не изменяется.

Перемешивание свежевыдоенного молока мешалками (при охлаждении и хранении в резервуарах и т. д.) существенно не влияет на диспергирование и стабильность жира. При воздействии мешалок на молоко во время длительного хранения оболочки жировых шариков могут нарушаться, в результате чего образуется свободный жир, склонный к липолизу и окислению.

Мембранные методы обработки

К мембранным методам обработки - разделения смесей с помощью специальных полупроницаемых мембран, имеющих поры размером менее 0,5 мкм, относится ультрафильтрация (УФ).

УФ в молочной промышленности применяют с целью концентрирования (сгущения) цельного или обезжиренного молока перед выработкой сыра, творога и других молочных продуктов. Ее также используют для получения концентратов отдельных компонентов молока, например концентратов сывороточных белков.

В процессе ультрафильтрации на мембране задерживаются только высокомолекулярные вещества (жировые шарики, казеин, сывороточные белки, коллоидный фосфат кальция, связанные с белками витамины, металлы), а вода и низкомолекулярные соединения (лактоза, растворимые соли и др.) проходят через поры мембраны в фильтрат.

Ультрафильтрация не влияет отрицательно на структуру и путем соответствующего подбора мембран можно добиться ухода через поры фильтра лишь одного растворителя дисперсность белков и жировых шариков, лишь отмечается частичная поверхностная денатурация сывороточных белков на границе раздела фаз воздух - жидкость. Продолжительность сычужной свертываемости УФ-концентрата несколько выше продолжительности свертывания неконцентрированного молока. Образующиеся сычужные сгустки хуже отделяют сыворотку. Однако ультрафильтрация молока при низкой и средней степени концентрирования экономически целесообразна, так как способствует повышению выхода продуктов, устраняет потери жира и белка.

Гомогенизация

При хранении сырого молока отстаивается слой сливок (жировая эмульсия молока при этом не разрушается). Это объясняется тем, что крупные жировые шарики вследствие меньшей по сравнению с плазмой плотностью постепенно поднимаются на поверхность молока. Образование скоплений жировых шариков зависит от соотношения межмолекулярных сил сцепления и электрических сил отталкивания между шариками.

У крупных жировых шариков силы сцепления превышают силы отталкивания. При столкновении в результате броуновского движения они образуют рыхлые скопления и скорость отстаивания жира резко возрастает. Свойством склеивать (агглютинировать) жировые шарики обладают содержащиеся в молоке иммуноглобулины. Мелкие жировые шарики (диаметром менее 1 мкм) не образуют скоплений и не поднимаются на поверхность молока, так как силы электрического отталкивания между ними преобладают над силами притяжения. Чтобы предотвратить отстаивание жира, необходимо уменьшить размеры жировых шариков, т. е. повысить степень диспергирования жировой фазы молока. Для этого применяют гомогенизацию (буквально: повышение гомогенности - однородности).

В результате гомогенизации в молоке образуются однородные по величине шарики диаметром около 1 мкм. Степень диспергирования жировых шариков зависит от температуры, давления гомогенизации, содержания жира и других факторов.

В молоке после гомогенизации не происходит скоплений жировых шариков и практически не наблюдается отстоя сливок. Однако в гомогенизированном молоке с повышенным содержанием жира могут возникать скопления жировых шариков. Агрегированию жировых шариков способствует гидрофобизация их поверхности. Это явление можно объяснить следующим образом. В процессе гомогенизации резко возрастает общая поверхность жировых шариков, происходит перераспределение оболочечного вещества (оболочки шариков гомогенизированного молока отличаются по составу от оболочек шариков негомогенизированного молока). Фосфолипидов и оболочечных белков, имеющихся в молоке, недостаточно для того, чтобы покрыть увеличивающую ся поверхность жировых шариков. Поэтому дефицит оболочечного вещества компенсируется (полностью или частично) за счет адсорбирования белков плазмы (казеина и сывороточных белков). Это приводит к стабилизации жировой эмульсии.

В гомогенизированном молоке с повышенным содержанием жира (сливках) может быть недостаточно оболочечного вещества для быстрого образования новых оболочек, часть жира остается незащищенной. Выяснено, что прочные оболочки образуются только при соотношении СОМО/жир выше 0,6-0,85. Между жировыми шариками с гидрофобной поверхностью активно действуют силы межмолекулярного сцепления. При соударении шариков ооразуются рыхлые скопления, или агрегаты. Может происходить также слияние отдельных шариков с увеличением их диаметра.

В процессе гомогенизации изменяется не только молочный жир, но белки и соли. Диаметр казеиновых мицелл уменьшается, часть их распадается на фрагменты и субмицеллы, которые адсорбируются поверхностью жировых шариков. Изменяется солевой баланс молока: в плазме увеличивается количество кальция в ионно-молекулярном состоянии, часть же коллоидных фосфатов и цитратов кальция адсорбируется поверхностью жировых шариков.

В результате гомогенизации изменяются физико-химические и технологические свойства молока. С повышением давления гомогенизации увеличивается вязкость молока, понижаются поверхностное натяжение и пенообразование.

После гомогенизации снижается термоустойчивость молочных эмульсий, особенно эмульсий с высоким содержанием жира. Скорость сычужного свертывания гомогенизированного молока повышается, увеличивается прочность полученных сгустков.