Метод криоскопии для оценки качества сырого молока и молочных продуктов

Качество сырого молока в условиях развивающейся в России рыночной экономики становится особенно важным, нередко ключевым параметром, определяющим эффективность молокоперерабатывающей отрасли. Среди основных контролируемых показателей состава и качества молока (всего их насчитывается около 30) весьма существенным является содержание посторонней воды, что служит признаком его натуральности. Посторонняя вода может попадать в молоко не только из-за преступного мошенничества при дойке (фальсификация молока водой - весьма распространенная практика в период «социалистического соревнования» и «встречных планов» в бывшем СССР и, к сожалению, неизжитая до сих пор «кое-где у нас порой»), но и из-за нарушения дисциплины и низкого уровня технологий и несовершенства оборудования в системах дойки, охлаждения, хранения и транспортировки сырого молока на фермах, в том числе при их мойке и санитарной обработке.

Согласно литературным данным, содержание посторонней воды в молоке повышается приблизительно на 0,25% при переходе его из одной ступени переработки на другую из-за остаточной промывной воды при неполной сушке емкостей и трубопроводов. В конечном итоге доля посторонней воды в молоке может достигать 2-3 %. Это вообще считается технологически неизбежным. Например, в Германии претензии к поставщику не предъявляются, если содержание посторонней воды в молоке не превышает 2,5 %. Для перерабатывающих предприятий это приводит к убыткам из-за уменьшения выхода готовых молочных продуктов и дополнительным затратам при их производстве, особенно при выработке сухого молока.

Таким образом, необходимо знать, насколько молоко, поступающее на переработку, соответствует требованиям натуральности, т.е. иметь возможность достаточно быстро и точно определить наличие в нем посторонней воды.

Натуральность молока определяется числом истинно растворимых его составных частей (минеральных солей и молочного сахара), содержание которых колеблется незначительно. Таким образом, она может быть выражена концентрационным параметром - осмоляльностью.

Известно, что у человека и высших животных осмоляльность крови - величина постоянная и поддерживается на строго определенном уровне различными функциональными системами организма. С не меньшей точностью поддерживается концентрация грудного молока или молока животных, поскольку оно изоосмотично крови. Абсолютная же величина осмотической концентрации натурального молока у животных может отличаться в известных пределах (274-296 ммоль/кг Н₂O) в зависимости от их природы, особи, кормовой базы, условии содержания, региона и т.п., но в среднем будет постоянна для данного стада. Следует заметить, что могут быть сезонные колебания натуральности молока, пределы которых необходимо устанавливать и периодически перепроверять.

При добавлении воды осмотическая концентрация снижается. Данное изменение происходит пропорционально массовой доле добавленной воды. Однако традиционно (вот уже 70 лет) добавленную воду в молоке определяют путем измерения температуры его замерзания.

Из теории растворов известно, что понижение температуры замерзания (T зам) раствора по отношению к температуре замерзания чистого растворителя (воде) пропорционально числу частиц в растворе независимо от их природы, размера, заряда и формы, т.е. осмоляльности.

Т зам = K · m

где К — криоскопическая постоянная, равная 1,8603 °С; T - число частиц (осмотическая концентрация), ммоль/кг Н₂O.

Приборы, измеряющие температуру замерзания растворов, называются криоскопами (осмометрами), а метод измерения - криоскопическим.

Обнаруживают воду, добавленную в молоко, сравнением пробы, подлежащей исследованию, с контрольной, не содержащей добавленной воды или усредненной для данной географической зоны пробой неразбавленного молока. Неразбавленное молоко имеет относительно фиксированную точку замерзания, которая лежит ниже температуры замерзания чистой воды. С добавлением воды молоко разбавляется, осмотическая концентрация уменьшается, его температура замерзания может повыситься до температуры замерзания чистой воды. Интервал между натуральным молоком и чистой водой рассматривается как 100 % добавленной воды. В пределах этого интервала и лежит определяемый показатель процента добавленной воды (но, естественно, не величина абсолютной температуры). В среднем температура замерзания молока повышается на 0,005 °С от добавления в него 1 % воды.

Криоскопический метод является практически единственным, нашедшим применение благодаря простоте и высокой воспроизводимости, а температура замерзания, служашая характеристикой натуральности молока, - обязательным контролируемым показателем при приемке сырого молока в высокоразвитых странах, входящих в Международную молочную федерацию (ММФ). Методика измерения этого параметра, а также аппаратура описаны в стандарте этой организации.

В настоящее время классический метод Бекмана по измерению температуры замерзания с помощью ртутных термометров вытеснился современными автоматическими приборами - криоскопами и осмометрами, использующими в качестве датчиков температуры замерзания высокостабильные полупроводниковые термометры сопротивления. Наибольшее распространение в мире для измерения температуры замерзания молока получили криоскопы и осмометры следующих фирм: Advanced milk Cryoscope ( Adv . Instr ., США); Fisko Cryoscope ( Fiske Ass ., США); Cryo-Star ( Fiinke - Gerber , Германия); Osmometer ( Dr . Knauer , Германия); Cryo-Task ( PBI , Италия).

В соответствии с национальными стандартами страны, входящие в ММФ, установили собственные исходные температуры замерзания неразбавленного молока. Например, в США средняя температура замерзания цельного молока составляет 0,545 °С. Однако реально используется другая точка, так называемая точка «отсечки» или «предупредительная» точка, равная 0,525 °С и предполагающая 3,7 % добавлен­ной воды:

В Германии точка «отсечки» установлена на уровне 0,520 °С, в Эстонии — 0,510 °С и т.д. Молоко, которое имеет температуру замерзания выше указанной, покупается по более низкой цене или подлежит возврату.

Так контролируется качество цельного молока в высокоразвитых странах и некоторых государствах бывшего СССР. А как используется опыт этих стран в России?

В настоящее время на территории России действует устаревший ГОСТ 25101-82, устанавливающий метод определения точки замерзания молока на основе термометра Бекмана. Однако, как указано в ГОСТе, метод предназначен для исследовательских целей и не является обязательным для применения. Это объясняется, во-первых, тем, что в России не установлены точки «отсечки», характерные для различных районов, а во-вторых, в ГОСТ на молоко заготовляемое до сих пор не внесено дополнение, обязывающее производить входной контроль молока-сырья по температуре замерзания. Но в последнее время наблюдается возрастание интереса к методу криоскопии молока со стороны молочных предприятий по причине складывающейся реальной экономической ситуации, нежелания покупать воду и нести убытки.

Актуальность проблемы усиливается процессами, происходящими в результате стремления России присоединиться к общеевропейскому рынку, и необходимостью добиваться конкурентоспособности отечественного молока и молочной продукции на внутреннем рынке.

Ввиду отсутствия зональных «исходных» температур замерзания молочные хозяйства поступают следующим образом. «Исходная» точка замерзания для неразбавленного молока определяется для местных условий по стойловой пробе, при этом для точного определения степени разбавления молока нет необходимых данных, полученных какой-то другой независимой лабораторией.

Кроме того, методика криоскопии (oсмометрии) находит применение в молочной промышленности при освоении новых безотходных технологий по более полному использованию таких вторичных продуктов, как подсырная и творожная сыворотка.

Для обработки молочной сыворотки все шире применяют различные физико-химические процессы: электродиализ, ультрафильтрацию, обратный осмос и др. Эти методы позволяют получить для пищевой промышленности ценные добавки для производства продуктов детского, диетического и лечебного питания, сыра, творога, мороженого и т.д. Использование сыворотки при выработке этих продуктов требует регулирования ее минерального состава или же максимального извлечения минеральных солей, т.е. проведения процесса деминерализации, степень которой может наиболее точно и быстро контролироваться с помощью осмометров (криоскопов).

Методику осмометрии применяют также для контроля степени гидролиза в технологическом процессе гидролиза лактозы при производстве сиропов гидролизованной лактозы, они включены НПО «Углич» в Технические условия на сыворотки: гидролизованную сгущенную (ТУ 9229-013-4610209-93), гидролизованную сгущенную деминерализованную (ТУ 9229-014-04610209-93), гидролизованную сгущенную нейтрализованную (ТУ 9229-012-04610209-93). Так как сиропы гидролизованной лактозы производятся из молочной сыворотки, это дает большой экономиче­ ский эффект сыродельным заводам вследствие максимального использования исходного сырья молока.

Несомненный интерес осмометрия представляет при контроле качественных показателей продуктов детского питания для детей до 1 года. Показатель осмоляльности является важным комплексным показателем качества адаптированных продуктов детского питания на молочной основе, предусмотренным в медико-биологических требованиях и санитарных нормах качества продовольственного сырья и пищевых продуктов.

В заключение следует сказать, что применение осмометрии не ограничивается перечисленными задачами. Данная методика необходима контрольным лабораториям крупных сельхозпроизводителей, фермерским хозяйствам, заинтересованным в получении объективной информации о своей продукции и закупаемой в других хозяйствах для выпойки молодняка и производства молочных продуктов, отраслевым НИИ, занимающимся выработкой требований к правилам приемки, заготовки и переработки сельхозпродукции.

Методика осмометрии (криоскопии) является одной из основных, принятой ММФ в качестве средства сертификации качества молока и молочных продуктов.