Исследование молока, как и любого пищевого продукта, представляет собой сложную аналитическую задачу. Индивидуальность состава и физико-химической структуры, многокомпонентность, осложненная пробоподготовка, необходимость комплексного подхода – вот лишь некоторые причины, затрудняющие исследовательскую работу. Однако в настоящее время разработаны и широко применяются различные методики, базирующиеся на классических и современных методах идентификации веществ.
Любой метод анализа использует определенный аналитический сигнал, который в определённых условиях дают конкретные элементарные объекты (атомы, молекулы, ионы), из которых состоит исследуемое вещество. Информация, полученная с помощью аналитического сигнала, может иметь качественный или количественный характер. Например, открытие в молоке лактозы проводят с помощью качественной реакции на восстанавливающие дисахариды. При нагревании молочной сыворотки с реактивом Фелинга образуется красно-коричневый осадок оксида меди (I) Cu2O, характерная окраска которого в данном случае является аналитическим сигналом. С помощью качественных реакций в молоке открывают соли кальция, соли фосфорной кислоты, доказывают белковую природу казеина, ставят редуктазную пробу и пробу на пероксидазу. Количественный анализ решает задачу определения содержания того или иного компонента в анализируемом объекте и может проводиться с помощью химических, физико-химических и физических методов. Два последних метода являются инструментальными, так как для проведения анализа применяют специально приспособленные приборы и аппараты.
В химических методах анализа проводят химическую реакцию и измеряют либо массу полученного продукта (гравиметрия), либо объём титранта, израсходованного на взаимодействие с веществом (титриметрия). Титриметрическими методами определяют содержание в молоке общего белка и казеина, лактозы, кальция, витамина С, активность каталазы, титруемую кислотность, буферную ёмкость, кислотное и перекисное число.
С помощью физико-химических методов изучают физические явления (аналитические сигналы), которые являются результатом предварительно проведенных химических реакций. Так, колориметрический метод анализа основан на измерении интенсивности поглощения светового излучения цветным продуктом реакции. Колориметрия используется при определении в молоке массовой доли белков, т.к. они способны связывать кислый краситель амидо-черный 10Б и образовывать с ним нерастворимые комплексы при pH = 2,3 ± 0,1. При проведении этого вида анализа используют прибор – фотоэлектроколориметр.
Если анализ проводят физическими методами, то не прибегают к химическим реакциям, а изучают физические свойства вещества исключительно с помощью приборов. Активную кислотность (рН) молока определяют с помощью иономера (или рН-метра) методом прямой потенциометрии. Метод основан на изменении ЭДС (потенциала) потенциометрической ячейки, погружённой в молоко. Анализатор качества молока «Лактан 1-4» предназначен для измерения массовой доли жира, сухого обезжиренного молочного остатка (СОМО) в молоке, сливках, мороженном и концентрированном молоке, а также плотности молока ультразвуковым методом. В основу работы анализатора положен метод измерения скорости ультразвука в молоке при двух различных температурах (40–43 и 60–83 °С) и степень затухания звуковых колебаний при прохождении их через продукт (аналитический сигнал). Подобные комплексные экспресс-анализаторы получили широкое распространение в современном анализе молока и молочных продуктов. Автоматические способы определения массовой доли основных компонентов молока базируются на спектрофотометрии, спектроскопии, фотоэлектроколориметрии, рефрактометрии, турбидиметрии, флуоресцентном и люминесцентном методах анализа.
Современные методы анализа позволяют успешно решать поставленные практикой аналитические задачи. Методы и средства анализа постоянно изменяются: привлекаются новые инновационные подходы, используются новые принципы, явления, часто из других областей знания – физики, квантовой механики, радиоэлектроники, оптики и т.д., расширяются диапазоны обнаружения веществ, возрастает селективность, экспрессность, автоматизация и экономичность.
Практические навыки в области анализа молока как сырья для молочной промышленности являются неотъемлемой частью успешного освоения дисциплины «Химия и физика молока и молочных продуктов» и позволяют решать поставленные производственные и исследовательские задачи.
Учебное пособие «Химия и физика молока: лабораторный практикум» составлено в соответствии с Федеральным государственным образовательным стандартом высшего профессионального образования Российской Федерации по направлению подготовки 260200 – «Продукты питания животного происхождения», профиль – «Технология молока и молочных продуктов».
Содержание пособия разделено на 9 глав, в которых приводятся методики анализа компонентного состава молока, его физико-химических, биохимических и технологических свойств. Лабораторные работы содержат описание химических и физико-химических механизмов процессов, лежащих в основе предлагаемых методик, а также описание приборов и их принципиальных схем. Подробно изложен ход анализа, приведены формулы для обработки полученных данных. Автором рассмотрены варианты интерпретации результатов исследования. Апробирование методик проводилось на базе кафедры химии ФГБОУ ВПО «Орловский государственный аграрный университет» и в Инновационном научно-исследовательском испытательном центре ОрёлГАУ.
Все главы имеют вопросы для самоконтроля, способствующие успешному усвоению студентами теоретических знаний, выработке навыков научно-исследовательской деятельности, развитию аналитического мышления, способности обобщать и делать выводы. В конце учебного пособия приведены тестовые задания, охватывающие материал всего курса, что облегчает организацию и проведение итогового контроля знаний.
В приложении представлены нормы содержания отдельных компонентов в молоке.
Данное пособие предназначено для проведения лабораторного практикума, для самостоятельной работы студентов, а также может быть использовано при выполнении учебно-исследовательских работ студентов, в подготовке дипломных работ, в работе научных кружков, а также магистрами и аспирантами.
Подготовка бакалавров по направлению 260200 – «Продукты питания животного происхождения», владеющих знаниями и умениями в области современных методов анализа, является важнейшей задачей, решение которой открывает новые горизонты для их будущей производственной и научно-исследовательской деятельности в области технологии молока и молочных продуктов.