Mleko spożywcze:
Mleko spożywcze pod względem udziału procentowego zajmuje pierwsze miejsce w ogólnej produkcji mleczarskiej. Głównie mleko spożywcze jest produktem uzyskanym z mleka krowiego po dokonaniu odpowiednich zabiegów technologicznych, nadający mu określony skład chemiczny i zabezpieczający jego wartość odżywczą, higieniczną oraz trwałość.
Produkcja mleka spożywczego pasteryzowanego obejmuje następujące czynności technologiczne:
Odbiór i klasyfikacja – mleko przyjmowane do zakładów mleczarskich powinno odpowiadać kryteriom przyjęcia mleka zawartym w normie na mleko surowe do skupu (wygląd, barwa, stopień zanieczyszczeń mechanicznych, zapach, świeżość (kwasowość – pH, st SH, próba alizarolowa), temperatura przyjmowanego mleka (do 8 st C – co dziennie, do 6 st C – co dwa dni); z każdej partii mleka dostarczonego do zakładu mleczarskiego zostaje pobrana próbka mleka w celu przeprowadzenia oceny surowca, na ocenę jakości składają się: l. i skład jakościowy drobnoustrojów, liczba komórek somatycznych, obecność niepożądanych substancji w mleku, a także ewentualne zafałszowania (temp. zamarzania -0,512 st C).
Oczyszczanie i normalizacja – mleko może zawierać niepożądane cząstki brudu, składniki krwi, komórki wymienia, drobnoustroje, które mogą zostać oddzielone od mleka mechanicznie z wykorzystaniem różnic w wielkości cząstek (filtry) lub ich gęstości (wirówki, hydrocyklony). W Polsce filtry nie znalazły szerszego zastosowania. W większości po 60 min filtrowania mleka sprawność filtrowania wynosi ok. 18%. Efektywne oczyszczanie jest możliwe kiedy wielkość porów filtra wynosi ok. 25 mm., jednak po kilku min. pozostaje na filtrze warstwa osadu, która uniemożliwia efektywne filtrowanie. Hydrocyklony – możliwe jest oddzielenie jedynie dużych zanieczyszczeń mechanicznych. Skuteczność oczyszczania jest niewielka w porównaniu z filtrami o śr. porów 100 µm oraz stosowanie wysokich ciśnień zadecydowały o braku zainteresowania tym sposobem. Klasyfikatory – wirówki oczyszczające. Obecnie stosuje się wirówki odtłuszczająco-oczyszczające, które dominują w polskich zakładach mleczarskich. Podczas oczyszczania mleka przy zastosowaniu wirówek powstają pewne ilości (0,05%-0,1%) osadu (szlamu), który jest usuwany ręcznie (demontaż wirówki) lub mechanicznie (w czasie pracy wirówki). Wirówki samooczyszczające stały się obecnie standardowym wyposażeniem nowoczesnych zakładów mleczarskich. W temp. 50 ts C osiąga się 20-40% obniżenia drobnoustrojów. W specjalnych wirówkach do oddzielenia drobnoustrojów (wirówki baktofugacyjne) stosuje się przyspieszenie 8 000 – 10 000 g i przy 60-65 st C osiąga się 98-99,8% obniżenia drobnoustrojów. Normalizacja (standaryzacja) – w produkcji mleka często istnieje konieczność normalizacji zawartości tłuszczu wynikająca m.in. z naturalnych wahań zawartości tego składnika w mleku. Celem normalizacji jest uzyskanie produktu o możliwie standardowej zawartości tłuszczu, zgodnej z założeniami produkcyjnymi, jednakże niektóre zakłady produkują tzw. mleko z naturalną zawartością tłuszczu. Standaryzacja zawartości tłuszczu polega na zmieszaniu odpowiednich ilości mleka odtłuszczonego i pełnego lub mleka odtłuszczonego i śmietanki; odwirowanie odpowiedniej ilości śmietanki z mleka pełnego; gdy zachodzi potrzeba otrzymania mleka o wyższej zawartości tłuszczu niż z mleku pełnym, do normalizacji stosuje się dodatek śmietanki.
Homogenizacja – emulsje typu olej w wodzie takich jak mleko lub śmietanka, ulegają różnym zmianom fizycznym, które przyczyniają się do destabilizacji emulsji , co objawia się powstaniem warstwy śmietanki lub nawet wydzielaniem tłuszczu na powierzchni produktu gotowego. Aby zapobiec temu zjawisku, wykonuje się homogenizację polegającą na rozbiciu i dyspersji kuleczek tłuszczowych oraz ich skupisk do mniejszych rozmiarów. W celu uzyskania pełnego efektu homogenizacji cała ilość tłuszczu musi występować w formie płynnej. Temperatura homogenizacji musi być wyższa niż temp. topnienia tłuszczu. Homogenizacja zimnego mleka jest nieefektywna ponieważ tłuszcz jest w większości zestalony. W mleczarstwie polega na przepuszczeniu ogrzanego produktu pod wysokim ciśnieniem przez wąską szczelinę w homogenizatorze. W efekcie uzyskuje się kuleczki tłuszczowe o śr. 0,1µm-10µm, w większości 2µm. Metody homogenizacji: pod względem podziału stosowanego ciśnienia: homogenizacja nisko-, średnio-, wysokociśnieniowa. Homogenizacja może być prowadzona w systemie łącznym (polegającym na obróbce całej ilości mleka) lub w systemie rozdzielnym (mleko przerobowe zostaje wówczas rozdzielone na mleko odtłuszczone i śmietankę).
Pasteryzacja;
Chłodzenie;
Normalizacja końcowa – jest to drugi etap normalizacji dwuetapowej przeprowadzana jest po obróbce technologicznej, gdy zostanie stwierdzona niezgodność rzeczywistej zawartości tłuszczu z żądaną. Do tej normalizacji należy używać mleka pasteryzowanego o takiej samej temperaturze jak mleko normalizowane.
Przechowywanie;
Pakowanie;
Magazynowanie.
Mleko spożywcze ze względu na zawartość tłuszczu można podzielić na:
Mleko odtłuszczone (0,05-0,5% tł.)
Mleko częściowo odtłuszczone (0,6-2,0% tł.)
Mleko pełne (>2,0% tł.)
Niektóre polskie zakłady mleczarskie produkują również tzw. mleko wiejskie lub naturalne, w którym nie normalizuje się zawartości tłuszczu. Mleko spożywcze może być produkowane z różnymi dodatkami smakowymi lub dodatkiem mleka regenerowanego z proszku mlecznego. Wszystkie rodzaje mleka spożywczego mogą być produkowane jako wyroby pasteryzowane o przedłużonej trwałości lub sterylizowane.
Ćwiczenie 1. Oznaczanie gęstości mleka.
Gęstość – jest to masa do objętości.
Odtłuszczanie – powoduje wzrost gęstości;
Rozwodnienie – powoduje obniżenie gęstości, gęstość wody niższa niż mleka;
Zawartość tłuszczu – im więcej tłuszczu tym mniejsza jest gęstość mleka;
Zawartość suchej masy beztłuszczowej – wzrost masy powoduje zwiększenie gęstości.
Wg. Norm
>2,0% - 1,0280 g/ml, <2,0% - 1,0290 g/ml, <0,5% - 1.0300 g/ml.
Ćwiczenie 2. Normalizacja zawartości tłuszczu.
Zawartość tłuszczu zależy od indywidualnych cech krów, rasy, poziomu żywienia, stanu fizjologicznego zwierzęcia, pory roku i waha się w granicach 2,3-8,4%. Przeciętna zawartość tłuszczu w mleku krów ras hodowanych w Polsce wynosi 3,4%. Normalizacja jest często konieczna w produkcji mleka spożywczego jej celem jest uzyskanie produktu o możliwie standardowej zawartości tł, zgodnej z założeniami produkcyjnymi.
Proporcje w jakiej ma być zmieszane mleko pełne lub śmietanka z mlekiem odtłuszczonym w celu uzyskania określonych ilości mleka o żądanej zawartości tł, ustalić możemy za pomocą kwadratu Pearsona:
C B-A
A
B A-C
Gdzie:
A – wymagany % tłuszczu w mleku;
B – % tłuszczu w mleku pełnym;
C – % tłuszczu w mleku odtłuszczonym;
B-A – część mleka odtłuszczonego;
A-C – część mleka pełnego.
Części mleka należy zsumować i na podstawie proporcji obliczyć ilość mleka potrzebną do normalizacji.
Ćwiczenie 3. Oznaczenie kwasowości miareczkowej mleka w ˚SH
Kwasowość w ˚SH jest to ilość cm3 0,25n NaOH zużytych do zmiareczkowania w 100 cm3 mleka wobec 4 cm3 2% alkoholowego (96%) roztworu fenoloftaleiny.
1˚SH odpowiada 1 cm3 0,25n NaOH zużytego do zobojętnienia wobec fenoloftaleiny substancji kwaśnych zawartych w 100 cm3 mleka.
Ćwiczenie 4. Oznaczanie białka ogólnego i kazeiny w mleku.
Mleko zawiera przeciętnie ok. 3,3% tzw. białka ogólnego (substancji azotowych ogółem). Białka właściwe stanowią 3,1%, a związki azotowe niebiałkowe ok. 0,2%. Głównym białkiem mleka jest kazeina, jej zawartość wynosi ok. 2,5%. Pozostałe białka określone są mianem białek serwatkowych, gdyż po wytrąceniu kazeiny pozostają w serwatce. Występują one w mleku w ilości ok. 0,6%, a należą do nich albuminy oraz globuliny wysokocząsteczkowe.
Znanych jest wiele metod oznaczania zawartości białka ogólnego jak i poszczególnych jego frakcji w mleku. Do podstawowych metod należą: metoda Kjeldahla, metoda for molowa Walkera, metoda Jakubowskiego oraz metody kolorymetryczne.
Metoda for molowa Walkera:
Zasada metody polega na miareczkowym oznaczeniu wolnych grup COOH, ściślej – uwolnionych jonów H+ w białkach mleka, po uprzednim zablokowaniu grup aminowych NH2 za pomocą aldehydu mrówkowego (formaliny).
Oznaczenie przeprowadza się w dwóch etapach:
Etap 1 – zobojętnienie mleka 0,1n NaOH wobec fenoloftaleiny do lekko różowego zabarwienia. Fenoloftaleina zabarwia się na różowo przy pH powyżej 8,3. Zatem w pierwszym miareczkowaniu zobojętnione zostają wolne grupy α-aminowe gdyż są one całkowicie zjonizowane w zakresie pH niższym niż 6,8, a w zakresie pH 6,8-8,88 istnieją w stanie równowagi z formą niejonową (-NH2). pH mleka po miareczkowaniu go wobec fenoloftaleiny osiąga wartość wyższą niż 8,3.
Etap 2 – Do zobojętnionego mleka dodaje się zobojętnioną formalinę, która powoduje uwolnienie protonów z grup Ɛ-aminowych lizyny. Grupy te są w stanie wyłącznie zjonizowanym (-NH3) aż do pH 9,8, a dopiero przy pH powyżej 10,8 istnieją wyłącznie w formie niejonowej i dlatego nie mogą zostać zobojętnione przy pierwszym miareczkowaniu. Uwolnione protony (w postaci jonów wodorowych) miareczkujemy następnie 0,1n NaOH do ponownej zmiany barwy mleka na lekko różową. Ponieważ udział aminokwasów jest w białkach mleka stały, zatem ilość NaOH zużyta w drugim miareczkowaniu jest proporcjonalna do zawartości białek w mleku.
Ćwiczenie 5. Pasteryzacja mleka
Pasteryzacja jest procesem cieplnym, którego głównym celem jest wyeliminowanie lub zminimalizowanie zagrożenia zdrowia ludzkiego wskutek zniszczenia drobnoustrojów chorobotwórczych obecnych w mleku, przy jednoczesnym zachowaniu minimalnych zmian chemicznych, fizycznych i organoleptycznych mleka. Proces powinien być przeprowadzony tak aby do min. ograniczyć zmiany chemiczne i organoleptyczne. Pasteryzacja jest skuteczna jeżeli w pasteryzowanym produkcie zostały zniszczone wszystkie bakterie chorobotwórcze oraz 99,9% form wegetatywnych bakterii saprofitycznych (niechorobotwórczych).
FIL/IDF Międzynarodowa Federacja Mleczarska zaleca następujące parametry:
Mleko – 65˚C/30 min lub 72˚C/15 s;
Śmietanka o zawartości tłuszczu 18% - 75˚C/15 s;
Śmietanka o zawartości tłuszczu 30% - 80˚C/15 s.
W praktyce przemysłowej stosuje się dwa zasadnicze rodzaje pasteryzacji:
Wysoka krótkotrwała (HTST – ang. High Temperature Short Time) w temp. 72-75˚C/15-25 s;
Wysoka momentalna (VHT – ang. Very High Temperature) w temp. 80-90˚C/2-25 s.
Niska krótkotrwała (LTLH – ang. Low Temperature Long Holding) w temp. 62-65˚C/20-40 min (metoda nie jest stosowana w produkcji mleka spożywczego).
W wyniku działania wyższych temperatur na mleko następuje inaktywacja zawartych w nim enzymów oraz zmiana niektórych właściwości fizykochemicznych. W zależności od wysokości temp. i czasu jej oddziaływania, enzymy mogą być zniszczone lub tylko osłabione w swojej aktywności, natomiast cechy fizykochemiczne mleka w pewnym stopniu zmienione.
Pod wpływem pasteryzacji wysokiej krótkotrwałej inaktywacji ulegają (giną) takie enzymy jak: fosfataza alkaliczna i amylaza. W wyniku pasteryzacji ,mentalnej w zależności od jej parametrów inaktywacji może ulec peroksydaza.
5.1. Oznaczanie skuteczności pasteryzacji mleka (próba na obecność fosfatazy alkalicznej)
Fosfataza alkaliczna mleka ulega inaktywacji w temp. 63˚C w czasie 30 minut lub w temperaturze 72˚C w czasie 15-16 sekund. Jest ona bardzo wrażliwa na wysoką temperaturę. Daje wyniki ilościowe, co pozwala ujawnić nawet małe odchylenia w pasteryzacji. Nadaje się zatem do kontroli pasteryzacji długotrwałej i krótkotrwałej.
Do określenia skuteczności pasteryzacji wykorzystujemy tzw. Fosfatesty. Jest to metoda wskaźnikowa oparta na reakcjach enzymatycznych fosfatazy z estrami kwasu fosforowego. Stosowanie wymienionych wskaźników znacznie upraszcza oznaczenie, eliminuje przygotowanie bardzo nietrwałego odczynnika w metodzie chemicznej, eliminuje użycie szkła laboratoryjnego oraz nie wymaga każdorazowego wykonywania próby ślepej. Niedogodnością natomiast jest krótka ich trwałość (3 miesiące) oraz konieczność przechowywania ich w temperaturze 0 – 4˚C w ciemnym pomieszczeniu.
Interpretacja wyników:
Wariant „K” – barwa biała – mleko prawidłowo pasteryzowane;
Wariant „S” – barwa intensywnie żółta – mleko nie pasteryzowane;
Wariant „1” – barwa lekko kremowa – mleko pasteryzowane, które zawiera około 1% mleka nie pasteryzowanego;
Wariant „2,5” – barwa kremowa – mleko pasteryzowane, które zawiera około 2,5% mleka nie pasteryzowanego;
Wariant „5” – barwa lekko żółta – mleko pasteryzowane, które zawiera około 5% mleka nie pasteryzowanego.
Prawidłowo spasteryzowane mleko nie powinno reagować ze wskaźnikiem (brak fosfatazy alkalicznej).
5.2. Oznaczanie skuteczności pasteryzacji mleka (próba na obecność peroksydazy wg. Storcha).
Próba Storcha stosowana jest do określenia skuteczności pasteryzacji momentalnej, gdy mleko ogrzewane jest do temperatury powyżej 80˚C, ponieważ ogrzewanie w temperaturze 80˚C przez 15 s zupełnie inaktywuje ten enzym. Metoda opiera się na utleniającym działaniu peroksydaz mleka na perafenylenodwuaminę w obecności nadtlenku wodoru.
Peroksydaza znajdująca się w mleku pochodzi z wymienia krów (leukocyty) lub paszy. ZZnajduje się w serum mleka i stanowi ok. 1% białek serwatkowych mleka. Enzym klatalizuje reskcję utleniania związków organicznych, przy czym proces polega na odwodorowaniu tych związków. Reakcja zachodzi szybko, jeśli do badanego środowiska zostanie dodany związek, który łatwo będzie wiązał odłączony od substratu wodór. W tym celu stosuje się dodatek wody utlenionej. Natomiast jako substrat stosuje się parafenyledwuaminę, która po odwodorowaniu (utlenieniu) zabarwia się na niebiesko. W przypadku inaktywacji enzymu peroksydazy nie występuje zabarwienie dodanej do mleka substancji (brak reakcji barwnej).
Natychmiastowe pojawienie się niebieskiego lub ciemnoniebieskiego zabarwienia świadczy o tym, że w mleku znajduje się peroksydaza, która nie zostanie unieczynniona. Dowodzi to że mleko nie było pasteryzowane lub było ogrzewane do temp. niższej niż 78˚C. Gdy po upływie ok. 30 s pojawi się zabarwienie szaroniebieskie, oznacza to że mleko było ogrzane do temp. 79-80˚C lub, że zawiera dodatek mleka surowego. Brak zabarwienia świadczy o ogrzaniu mleka do temp. powyżej 80˚C i inaktywacji peroksydazy.