Размер кристаллов лактозы

14-05-2014, 11:29

Считается, что распределение кристаллов лактозы и частиц сухого молока можно адекватно описывать логарифмически-нормальным законом распределения (ЛНЗР). Этим законом описываются экспериментальные ряды, изменение которых связано с большим числом равноценных по своему воздействию факторов. В отличие от нормального закона распределения, для ЛНЗР характерно наличие ассиметрии, которая имеет место на практике при получении KMC — при увеличении размера кристаллов лактозы их количество убывает.
Для характеристики ЛНЗР используется ряд показателей: средний диаметр кристаллов, мода, медиана распределения, среднее квадратичное отклонение, дисперсия ЛНЗР и коэффициент вариации распределения для каждого из исследованных продуктов. Результаты измерения количества и размеров кристаллов лактозы, приведены в табл. 8.5.

Размер кристаллов лактозы в исследуемых продуктах колеблется для сгущенной сыворотки от 15 до 320 мкм, для KMC от 10 до 80 мкм и для KMC с пороком от 10 до 200 мкм в то время как в сгущенном молоке этот показатель находится в пределах от 10 до 25 мкм. Размеры кристаллов в готовом КМС, полученном термообработкой при 65 °С и выдержанном после охлаждения в течение 2 ч, в основном соответствуют размерам кристаллов, содержащихся в сгущенном молоке песчанистой консистенции т. к. 89 % из них в таком KMC не превышают 25 мкм.
Количество крупных кристаллов (60-80 мкм) в KMC не превышает 2,7 %. В сгущенной сыворотке размеры кристаллов лактозы значительно больше и достигают 320 мкм, доля кристаллов размером свыше 60 мкм составляет не менее 35%, а в KMC с пороком консистенции кристаллы такого размера составляют более 40%. В образце KMC с пороком консистенции распределение кристаллов лактозы приближается к характеристикам сгущенной сыворотки. Средний размер кристаллов такого продукта составляет 63 мкм, что незначительно меньше, чем в сгущенной сыворотке (66 мкм), но значительно больше, чем в образце, структурирование которого вели при 65 °С, охлаждали в течение 3 ч и выдерживали после охлаждения в течение 120 мин (dср=18 мкм).
Структура KMC представляет собой многокомпонентную систему, основа которой состоит из переплетающихся пучков развернутых денатурированных молекул сывороточного белка. Эта сетка охватывает и лишает систему текучести и удерживает кристаллы лактозы во взвешенном состоянии, предотвращая их седиментацию. Молекулы воды и прочие компоненты концентрата в той или иной мере связаны с каркасом энергетически (адсорбция, сольватация).
Для обеспечения однородной консистенции готового продукта необходимо стремиться к образованию как можно большего количества кристаллов лактозы с минимальным возможным размером и к равномерному их распределению в объеме продукта. В готовом продукте следует не допускать растворения сформировавшихся кристаллов, для сохранения желаемого качества.
Кристаллизация лактозы в охлажденном концентрате молочной сыворотки, который можно рассматривать в данном случае как пересыщенный раствор лактозы, происходит благодаря переходу в кристаллическую форму α-изомера лактозы в виде моногидрата с температурой 10 °С (конечная температура операции охлаждения). Предельная растворимость в KMC лактозы по окончанию охлаждения составляет 13 %.
Процесс кристаллизации лактозы при производстве KMC происходит при проведении операций структурообразования. При этом размеры и количество кристаллов можно регулировать с помощью нескольких технологических приемов: степени пересыщения водного раствора лактозы; скорости охлаждения; механического перемешивания; внесения затравки.
Внесение затравки при производстве KMC не целесообразно, т.к. требует дополнительных трудозатрат и удорожает продукт. Степень пересыщения в данном случае зависит только от температуры, т. к. степень сгущения сыворотки, а значит, и массовая доля лактозы, является постоянной величиной и составляет около 32 % (незначительно варьируется в зависимости от состава исходной сыворотки). Таким образом, практически регулировать кристаллизацию лактозы в KMC можно, изменяя либо скорость охлаждения, либо скорость перемешивания продукта.
С точки зрения процесса кристаллизации лактозы, выдерживание продукта более 2-3 ч по окончанию охлаждения (5,5-7,0 ч от начала охлаждения) нецелесообразно. Результаты исследования кристаллизации подтверждают, что такой режим охлаждения обеспечивает стабильную и однородную в массе продукта консистенцию КМС, в отличие от сгущенной молочной сыворотки, в которой допускается выпадение в осадок кристаллов лактозы.
Режим перемешивания по отношению к процессу кристаллизации имеет двоякое значение. Во-первых, перемешивание позволяет удерживать кристаллы лактозы во взвешенном состоянии; во-вторых, процесс перемешивания поддерживает незначительный пограничный диффузионный слой молекул возле кристаллов лактозы, что обеспечивает их рост, позволяющий достигнуть оптимальной величины по окончанию процесса охлаждения.
При недостаточном перемешивании продукта (скорость вращения мешалки ниже 4 об/мин) возможно расслоение продукта в результате выпадения на дно кристаллов лактозы. Верхний предел интенсивности перемешивания обусловлен необходимостью формирования пространственной структуры белка (гелеобразования). При скорости перемешивания продукта выше 3-4 об/мин образующиеся связи между молекулами белка начнут необратимо механически разрушаться.
Результаты исследования кристаллизации лактозы показали, что для получения однородного по консистенции концентрата молочной сыворотки со стабильной структурой (характерное распределение групп кристаллов по размеру: 10-25 мкм — 89%, 25-60 мкм — 8,3%, 60-80 мкм — 2,7 %; средний размер кристаллов не более 18 мкм; количество кристаллов в 1 мм3 продукта — 35300) следует придерживаться следующих параметров технологического процесса:
— термообработка при температуре 65-68 °С;
— охлаждение продукта со скоростью 14-16 °С в ч;
— время охлаждения 3-4 ч.