Аннотация

С технологической точки зрения исследование коагуляции молока, содержащего близкое к естественному количество жира, является актуальной задачей. В данной работе проведено теоретическое и экспериментальное исследование процесса флокуляции и гелеобразования в восстановленном модельном молоке, содержащем различное количество казеина (2,5 и 5 % по массе) и жира (0, 2,5 и 5 % по массе). Экспериментальное исследование вязкоупругих свойств формирующихся сгустков проводилось с помощью динамического реометра собственной конструкции, отличающегося возвратно-поступательным перемещением кюветы относительно неподвижного зонда. Разработана упрощенная кинетическая модель процесса формирования сгустка. Флокуляционная стадия этого процесса описывается как рост фрактальных агрегатов размерностью D = 2,22. В этом случае средний размер агрегатов растет быстрее, чем расстояние между ними, и, если исходная концентрация мицелл казеина достаточна, система достигает стадии перколяции, т.е. образования сплошной среды - геля. Далее происходит упрочнение сгустка за счет образования дополнительных связей. На основе сформулированной модели объяснено наличие минимальной концентрации мицелл для гелеобразования. Предложено возможное объяснение пропорциональности модуля упругости и модуля потерь для сетки геля. Установлено, что уменьшение концентрации мицелл ведет к снижению числа дополнительных связей в единице объема на стадии формирования сгустка и пропорциональному снижению его прочности. Например, при любой концентрации жира прочность сгустка, в котором исходная концентрация мицелл вдвое больше, примерно в два раза выше. Увеличение концентрации жира также ведет к увеличению прочности сгустка как за счет уменьшения доступного для мицелл объема, так и за счет увеличения жесткости казеиновых цепочек, связанного с уменьшением их длины. Кроме того, покрытые белковыми молекулами поверхности жировых шариков могут, повидимому, становиться затравочными центрами для хлопьеобразования и образования дополнительных связей в сгустке, повышая тем самым скорости этих процессов.

Ключевые слова

Коагуляция молока, кинетическая модель, фрактальные агрегаты, перколяция, вязкоупругость

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Effects of mineral salts and calcium chelating agents on the gelation of renneted skim milk / P. Udabage, I.R. McKinnon, M.A. Augustin // Journal of Dairy Science. - 2001. - Vol. 84. - P. 1569-1575.
2. Tuinier, R. Stability of casein micelles in milk / R. Tuinier, C.G. de Kruif // Journal of Chemical Physics. - 2002. - Vol. 117. - P. 1290-1295.
3. Effect of insoluble calcium concentration on rennet coagulation properties of milk / J. Choi, D.S. Horne, J.A. Lucey // Journal of Dairy Science. - 2007. - Vol. 90. - P. 2612-2623.
4. A phenomenological model of milk coagulation / А.M. Osintsev, E.S. Gromov, V.I. Braginsky // Foods and Raw Materials. - 2013. - Vol. 1(1). - P. 11-18.
5. Everett, D.W. Dynamic rheology of renneted milk gels containing fat globules stabilized with different surfactants / D.W. Everett, N.F. Olson // Journal of Dairy Science. - 2000. - Vol. 83. - P. 1203-1209.
6. The impact of the concentration of casein micelles and whey protein-stabilized fat globules on the rennet-induced gelation of milk / Z. Gaygadzhiev, M. Corredig, M. Alexander // Colloids Surf B Biointerfaces. - 2009. - Vol. 68. - P. 154-162.
7. Rennet-induced aggregation of milk containing homogenized fat globules. Effect of interacting and non-interacting fat globules observed using diffusing wave spectroscopy / M. Corredig, G. Titapiccolo, Z. Gaygadzhiev, M. Alexander // International Dairy Journal. - 2011. - Vol. 21. - P. 679-684.
8. Interactive effects of milk fat globule and casein micelle size on the renneting properties of milk / A. Logan, L. Day, A. Pin et al. // Food and Bioprocess Technology. - 2014. - Vol. 7. - P. 3175-3185.
9. de Kruif, C.G. Casein micelle structure, functions and interactions, in: Fox P.F. and McSweeney P.L.H. (Eds.), Advanced Dairy Chemistry: Proteins / C.G. de Kruif, C. Holt, // Kluwer Academic/Plenum Publishers. - 2003. - Vol.1. - P. 233-276.
10. Динамический формограф для реологических исследований в пищевой промышленности / А.М. Осинцев, В.И. Брагинский, Д.С. Бабурчин, А.Н. Пирогов // Техника и технология пищевых производств. - 2014. - № 2. - С. 20-24.
11. Осинцев, А.М. Исследование механизма протеолитической стадии энзиматической коагуляции молочного казеи- на / А.М. Осинцев, K.B. Qvist // Коллоидный журнал. - 2004. - № 2. - С. 223-227.
12. Bremer, L.G.B. Theoretical and experimental study of the fractal nature of the structure of casein gels / L.G.B. Bremer, T. van Vliet, P. Walstra // Journal of the Chemical Society, Faraday Transactions 1: Physical Chemistry in Condensed Phases. - 1989. -Vol. 85. - P. 3359-3372.
13. Casein micelle hydration and fractal structure of milk aggregates and gels / N. Vétier, S. Banon, J.P. Ramet, J. Hardy // Lait. - 2000. - Vol. 80. - P. 237-246.
14. Scaling and fractal analysis of viscoelastic properties of heat-induced protein gels / M.M. Ould Eleya, S. Ko, S. Gunasekaran // Food Hydrocolloids. - 2004. - Vol. 18. - P. 315-323.
15. Zhong, Q. Physicochemical Variables Affecting the Rheology and Microstructure of Rennet Casein Gels / Q. Zhong, C.R. Daubert, O.D. Velev // Journal of Agricultural and Food Chemistry. - 2007. - Vol. 55. - P. 2688-2697.
16. Смыков, И.Т. Фрактальные структуры роста в молочном сгустке / И.Т. Смыков // Хранение и переработка сель- хозсырья. - 2008. - № 3. - С. 14-17.
17. Смирнов, Б.М. Физика фрактальных кластеров / Б.М. Смирнов. - М.: Наука, 1991. - 136 с.
18. Дой, М. Динамическая теория полимеров / М. Дой, С. Эдвардс. - М.: Мир, 1998. - 441 с.