|
ПРЕДИСЛОВИЕ
В соответствии с Директивами XXIV съезда КПСС по пятилетнему плану развития народного хозяйства СССР на 1971 — 1975 годы перед работниками молочной промышленности поставлена задача по дальнейшему повышению качества выпускаемой продукции, улучшению питательной ценности и вкусовых достоинств ее.
Для успешного решения поставленной задачи необходимы хорошо организованный повседневный контроль производства на предприятиях молочной промышленности, начиная с сырья, а также оснащенность заводских и центральных лабораторий современными методами анализа и приборами для их осуществления.
В настоящее время значительно усовершенствовалась техника исследования молока и молочных продуктов. Электронная микроскопия, хроматография, электрофорез, рефрактометрия, спектро-фотометрия, колориметрия и другие современные методы позволяют получить исчерпывающие характеристики основных компонентов молока.
В книгу включены методы исследования, проверенные научно-исследовательскими лабораториями и на молочных предприятиях нашей страны.
Издательство выражает благодарность рецензентам Д-ру техн. наук П. Ф. Дьяченко и канд. техн. наук Е. А. Ждановой за ряд ценных замечаний, сделанных ими при просмотре рукописи.
Отзывы о книге и замечания просьба направлять по адресу: Москва, Б-120, Мрузовский пер., 1, изд-во «Пищевая промышленность».
Раздел I. ФИЗИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ АНАЛИЗА МОЛОКА И МОЛОЧНЫХ ПРОДУКТОВ
МИКРОСКОПИРОВАНИЕ МОЛОКА И МОЛОЧНЫХ ПРОДУКТОВ
МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ С ПОМОШЬЮ ОПТИЧЕСКИХ МИКРОСКОПОВ
Оптический микроскоп
Методом микроскопирования исследуют структуру молока и молочных продуктов и отдельные элементы их. Для изучения структуры продуктов, формы и величины их частиц применяют оптические микроскопы с увеличением до 2000 раз.
Современный оптический микроскоп представлен на рис. 1. Он состоит из тяжелого штатива 2, к которому прикреплены тубус 6, предметный столик 9 и осветительная часть. Тубус состоит из двух трубок, входящих одна в другую. В тубусе расположены окуляр 5 и объективы 8, которые ввинчены в нижнюю часть его — револьвер 7. Револьвер — круглый вращающийся диск, чаще с тремя гнездами. Объективы ввинчивают в гнезда таким образом, что один из них всегда находится в середине тубуса. Вращая диск, можно менять объективы.
Чтобы препарат, находящийся на столике, был ясно виден, тубус поднимают или опускают. Для грубой установки его передвигают кремальерой 4. Точную наводку на препарат производят микрометрическим винтом 3. Осветительная часть состоит из зеркала 12, отражающего свет от источника излучения в микроскоп, и конденсора 10 с диафрагмой 11, собирающей свет.
Объективы и окуляры представляют собой сложные оптические системы, состоящие из нескольких линз. Объективы, увеличивающие предмет, бывают сухие и иммерсионные. Сухие объективы непосредственно направляют свет на исследуемый препарат, передвижением тубуса Добиваются получения четкого изображения. Их используют для небольших увеличений (в 500 — 600 раз). Для большего увеличения в микроскоп вставляют иммерсионный объектив. Чтобы лучи света, прошедшие через препарат, попали в объектив, на препарат наносят кедровое масло. Показатель преломления воздуха меньше, чем стекла и кедрового масла, поэтому лучи света (особенно периферийные), вышедшие из препарата на воздух, частично рассеиваются. Иммерсионные объективы имеют большую кривизну линз, что уменьшает фокусное расстояние и увеличивает изображение. Вместе с этим уменьшается диаметр линз и для четкости изображения необходимо собрать все лучи, прошедшие через препарат.
В оптических микроскопах с использованием специальных приспособлений (ультрафиолетовых, красных лучей) увеличивающая способность достигает 2000 — 2500 раз. Получаемое увеличение в микроскопах рассчитывают, перемножая цифры, стоящие на окуляре и объективе. Иногда использут специальные микрометрические линейки, вставляемые в тубус микроскопа. Окуляр-микрометр представляет собой круглую стеклянную пластинку с выгравированной в центре линейкой, разделенной на равные части. Микрометр вкладывают в окуляр на диафрагму между верхней и нижней линзами. Чтобы определить абсолютное деление окулярмикрометра, необходимо установить при данном номере объектива и окуляра число его делений, соответствующее определенному числу делений объектмикрометра. Объектмикро-метр — металлическая пластинка величиной с предметное стекло. В пластинку в центре ее вмонтировано округлое стекло с линейкой длиной 1 мм, которая разделена на 100 делений (каждое из них равно 10 мкм), или линейкой длиной 0,5 мм, разделенной на 50 частей.
Это число определяют, поместив объектмикрометр на предметный столик вместо предметного стекла и производят отсчет с выбранным объективом и окуляром.
Препарат для микроскопирования помещают на предметное стекло (76x26 мм) и сверху накрывают покровным стеклом (20x20x0,17 мм).
Микроскопирование молока (по Г. Тинякову)
Стеклянной палочкой берут небольшую каплю молока и наносят ее на среднюю часть предметного стекла. Сверху каплю закрывают покровным стеклом, под тяжестью которого молоко растекается тонким слоем. Лишнее молоко осторожно удаляют фильтровальной бумажкой, не касаясь предметного стекла. В фарфоровой чашечке расплавляют парафин, захватывают его нагретым пинцетом и быстро проводят им по краю предметного стекла, чтобы образовалась узкая полоска, закрывающая доступ воздуха к препарату. Полученный препарат можно сохранять несколько дней.
Если молоко перед заливкой парафином нужно подкрасить, например Суданом III (реактив 32), их смешивают в равных объемах и через 1 2 ч делают препараты. Можно к капле молока на предметном стекле добавить каплю судана III, закрыть иокровным стеклом И залить парафином.
Предметное стекло с препаратом помещают на стол микроскопа. В поле зрения видно большое количество мелких светлых кружков — жировых шариков (величиной I — 4 мкм), которые окружены темными кольцами. Воздушные пузырьки окружены более широкими темными кольцами. Жировые шарики могут располагаться агрегатами, как бы склеенными липкими оболочками. При разбавлении молока водой и при пастеризации они разъединяются. На поверхности отдельных жировых шариков видны почковидные выпячивания — легкоплавкий жировой материал (вероятно, ненасыщенные глицериды), излившийся на поверхность шарика при прорыве его оболочки кристаллами образовавшихся глицеридов.
По величине и форме жировых шариков можно судить о качестве молока. Жировые шарики диаметром менее 1 мкм преобладают в стародойном молоке или полученном от больных коров, а диаметром 10 — 20 мкм — в молоке, неблагополучном в гигиеническом отношении.
В нормальном молоке жировые шарики круглой формы. Деформация их указывает на пороки молока. В мороженом молоке жировые шарики морщинистые.
В препаратах молока, особенно молозива, содержатся молочные тельца. По внешнему виду они напоминают крупные жировые шарики (диаметром от 40 до 200 мкм), внутри которых содержатся кристаллы глицеридов разных форм. Молочные тельца, как и жир, хорошо окрашиваются Суданом III, но проявляют в молоке неустойчивость, способность к дроблению, почкованию, поглощению различных частиц. Это дает основание предполагать, что они являются белковолипоидными образованиями.
В препаратах молока, полученного от здоровых животных, почти не встречаются эритроциты (красные кровяные тельца), а количество лейкоцитов (белых кровяных телец) не превышает 100 клеток в 1 млё. В молозиве содержание лейкоцитов достигает 1000 клеток в 1 мм3.
В молоке пониженной кислотности находятся различные формы лейкоцитов. Из лейкоцитов с зернистой структурой преобладают нейтрофилы — фагоцитарные лейкоциты (диаметром 9 — 12 мкм), защищающие организм от вредных микроорганизмов. Окрашиваются кислыми и основными красками. Реже встречаются эозино-филы величиной 12 — 15 мкм, окрашивающиеся эозином в ярко-красный цвет. Они, очевидно, обезвреживают чужеродные белки и белки распадающихся тканей. Из незернистых лейкоцитов в препаратах молока находятся малые лейкоциты (диаметром 6 мкм), моноциты (диаметром до 16 мкм) и др. — все они энергичные фагоциты.
Иногда в препаратах попадаются частицы тканей, эпителиальные клетки. Присутствие их в значительных количествах указывает на неправильности молокоотде-ления в молочной железе. Механические примеси указывают на негигиенические условия доения и содержания коров. При значительных отклонениях микроскопической картины препаратов проводят санитарно-гигиеническую оценку молока методом центрифугирования и микроскопическим исследованием осадка.
Микроскопирование сливочного масла
Величину капелек воды и их распределение в масле определяют микроскопированием. Капельки воды и другие частицы в сливочном масле подсчитывают в плоских счетных камерах Тома или Горяева (глубиной 0,015 мм для мелких и 0,1 мм для крупных капелек).
Для подсчета общего количества капелек воды используют окулярную сетку, а для разбивки капелек иа группы — окулярную линейку.
Для микроскопического исследования отрезают небольшой ровный брусок (20 — 30 г) масла и охлаждают его до температуры 8 — 10° С, при которой ведут все подсчеты. Очень маленький кусочек масла помещают в счетную камеру глубиной 0,015 мм, покровное стекло слегка притирают до появления на краях его спектральных колец. Капельки воды подсчитывают при двух увеличениях (400 и 900) в нескольких клетках счетной камеры. Капельки воды диаметром 10 — 15 мкм (средние) рассматривают при увеличении в 400 раз, мелкие — в 900 раз. Крупные капелыщ воды (диаметром выше 50 мкм) подсчитывают при увеличении в 80 раз, приготовляя препарат в счетных камерах глубиной 0,1 мм.
Для установления среднего количества капелек воды в масле микроскопируют не менее 10 препаратов. М. Казанский рекомендует для сохранения структуры масла готовить препарат, прикладывая предметное стекло к разрезу образца масла и рассматривая в микроскоп без покровногр стекла при небольшом увеличении.
При микроскопировании сливочного масла видно, что в основе структуры его лежит непрерывная жировая жидкая фаза, хотя в отдельных местах встречается непрерывная водная фаза и отдельные жировые шарики. Количество капелек воды (пахты) при правильной обработке масла достигает 20 млн. в 1 а. Величина капелек воды косвенно указывает на стойкость масла при хранении. В поляризационном микроскопе можно установить кристаллические образования жира — шарики и жировые скопления в отвердевшем состоянии.
Микроскопирование сыра (по Г. Тинякову)
Определение структуры сыра. Для изготовления препаратов из середины сыров вырезают небольшой кубик (около 1 слг3) и фиксируют его в 10%-ном растворе формалина 12 — 24 ч и 2 — 3 раза промывают водой. Можно обойтись без фиксации, но в этом случае препараты хуже окрашиваются. На замораживающем микротоме готовят срезы сыра толщиной около 15 — 20 мкм. Их сразу переносят в воду. Можно сделать срезы ножом безопасной бритвы.
Затем срезы сыра последовательно опускают на 2 мин в 50%-ный спирт, на 10 — 15 мин в раствор судана III (реактив 32) и на 10 мин в ванночку с гематоксилином (реактив 36). После этого срез ополаскивают в дистиллированной, водопроводной и снова в дистиллированной воде, помещают на предметное стекло, заливают каплей расплавленного глицерин-желатина (реактив 37) и закрывают покровным стеклом, слегка прижимая его иглой для равномерного распределения жидкости. В гематоксилине большинство белковых элементов, в частности прослойки между микрозернами, некоторые неорганические вещества окрашиваются в темно-синий цвет (рис. 2).
Для просмотра распределения в сыре солей кальция срезы делают по Коссу из кусочков сыра, зафиксированных в 96%-ном спирте, так как соли кальция в формалине растворяются. Срезы при дневном освещении
помещают на 30 мин в5%-ный раствор азотнокислого серебра и ополаскивают в воде. На 2 — 3 мин срез опускают в 1%-ный водный раствор пирогалловой кислоты, ополаскивают водой, на 1 мин погружают в 5%-ный раствор тиосульфата (не обязательно), промывают водопроводной водой и заделывают на предметном стекле в расплавленном глицерин-желатине. Препараты остаются бесцветными, только соли кальция окрашиваются в черный цвет.
Приготовленные препараты рассматривают при увеличении микроскопа в 56 — 80 раз (окуляр 7 или 10, объектив 8). В поле зрения микроскопа должна быть хорошо видна микроструктура зерен и вкрапленные в белковую массу микрозерна. Макрозерна тесно соприкасаются одно с другим, но между ними должны быть видны сывороточные прослойки, окрашенные гематоксилином в синий или фиолетовый цвет. При малом увеличении они имеют вид тонких нитей, а при большом (около 500 раз) четко выявляется их величина (в среднем 11 мкм). Прослойки — это белково-сывороточный материал, в нем почти нет липоидных включений.
Макрозерна состоят из белков, нейтральных жиров и липоидов. Наиболее резко выделяются капли жира при обработке Суданом III, окрашивающим их в ярко-оранжевый цвет. Светло-желтый оттенок имеют многочисленные белково-липоидные микрозерна.
Микроскопические препараты рассматривают, пользуясь окулярным микрометром, вложив его в окуляр, и объектмикрометром с линейкой длиной 1 мм, разделенной на 100 частей. Следовательно, величина каждого деления линейки равна 0,01 мм. Положив объектмикрометр на столик микроскопа вместо препарата и подведя деления окулярмикрометра к делениям объектмикрометра, определяют цену каждого деления. При окуляре 7 и объективе 8 одно деление окулярмикро-метра равно двум делениям объентмикрометра, поэтому одно деление окулярмикрометра равно 20 мкм. При данном окуляре и объективе устанавливают линейные размеры любой частицы зерна. На препарате измеряют короткие и длинные оси макрозерен. Вычисляют средние величины макрозерен не менее чем из десяти определений, площади макрозерен, толщину прослоек между макрозернами, микропустотки и т. д.
Определение деформации сырных зерен в зрелом сыре. Из пробы сыра приготовляют препарат и рассматривают его при увеличении 56 — 80 раз (окуляр 7 или 10, объектив 8).
Сырные зерна при получении в ванне имеют шарообразную форму, поэтому отношение двух взаимно перпендикулярных промеров сырных зерен должно быть близко к единице. Отклонение отношения промеров от единицы служит мерой деформации сырных зерен. А. Белоусов отношение этих промеров назвал коэффициентом деформации, позволяющим определить направление деформации и характеризовать структуру сыров.
Для характеристики строения брускового сыра приняты следующие обозначения. Длиной зерна Д назван промер по направлению вдоль бруска сыра, шириной JLU — промер от одного бокового полотна сыра до другого, толщиной Т — промер по направлению от верхнего полотна к нижнему. Для цилиндрических сыров толщиной зерен назван промер, имеющий одно направление с направлением давления при прессовании. Два других промера обозначают через Д и Д2 и соответствуют длине и ширине зерна у брусковых сыров. Эти измерения выражают в числах коэффициента деформации или в миллиметрах, пользуясь окулярмикрометром, величину делений которого находят по объектмикрометру.
Разрезая сыр по вертикали, можно изучить строение сыра по различным слоям — корке, подкорковому слою.
Определение количества и величины жировых шариков молока и молочных продуктов
Перед микроскопированием стеклянную пластинку и покровное стекло камеры Тома или Горяева глубиной 0,1 мм тщательно промывают водой с мылом (на куске бумажной ткани), несколько раз прополаскивают водой и промокают мягкой материей для просушки.
Исследуемое молоко хорошо перемешивают и 1 мл отмеряют в мерную колбу емкостью 250 мл, доводят водой до метки и тщательно взбалтывают. Не давая жировым шарикам отстаиваться, небольшое количество разбавленного молока переносят платиновой иглой с петлей в центр камеры и накрывают покровным стеклом. На покровное стекло слегка нажимают по краям и двигают до появления спектральных колец в том месте поверхности, где оно соприкасается со стеклянной пластинкой. Камеру помещают на столик микроскопа и устанавливают так, чтобы отчетливо видеть изображение основной сетки камеры и контуры жировых шариков.
Считать шарики и измерять их величину удобно в микроскопах при тубусе в 160 мм, объективе 40 и окуляре 15 (увеличение 600 раз). Установив микроскоп, подсчитывают количество жировых шариков в 5 — 6 квадратиках, находят среднее для каждого квадратика и умножают его на 16 (количество квадратиков). Для получения точных результатов необходимо сделать разбавление молока, по крайней мере, в двух мерных колбах и из каждой взять но три петли ъ камеру, произведя отсчеты в шести препаратах. Средний объем шарика
где f — содержание жира в молоке, %; В — количество жировых шариков в 1 мл молока; 1,1 — множитель, по лученный от деления плотности молока на плотность молочного жира (для перевода весовых процентов в объемные) .
Средний диаметр шарика вычисляют из среднего объема по формуле
Жировые шарики по величине можно разбить иа группы. Для этого накладывают окулярную линейку на сетку камеры и подсчитывают количество шариков с диаметром меньше I мкм, от 1 до 3 мкм, от 3 до 6 мкм и т. д. Для точности измерения диаметра жировых шариков их можно сфотографировать вместе с сеткой в плоской камере, наставив на микроскоп микрофотокамеру. Снимок получается увеличенным, поэтому легко измерить диаметр шарика, накладывая транспортир известного масштаба иа фотографию.
По полученным данным можно вычислить объем жира, содержащегося во всех шариках, объем шарика средней величины и средний диаметр шарика. Умножая объем шарика жира на количество всех имеющихся подобных шариков, получают объем жира во всех шариках этого размера. Таким образом, рассчитывают объем жира шариков каждого размера отдельно, складывают полученные числа и узнают объем всего жира в измеренном объеме молока. Диаметр каждого шарика измеряют микрометрической окулярной линейкой.
Определение количества и величины кристаллов молочного сахара (по Л. Чекулаевой)
Исследуют неразбавленное сгущенное молоко без подогрева, чтобы не растворялись кристаллы лактозы.
В окуляр вставляют измерительную линейку, расстояние между черточками которой измеряют объектмикро-метром. Для микроскопирования захватывают иглой небольшую каплю тщательно перемешанного сгущенного молока, переносят в счетную камеру Тома или Горяева глубиной в 0,1 мм при увеличениях в 100 и 600 раз, накрывают покрывным стеклом и прижимают до появления спектральных колец.
Затем производят подсчет. По величине кристаллы разбивают на четыре группы: I — размером до 10 мкм, не обнаруживаемые на вкус; II — от И до 15 мкм придают мучнистость сгущенному молоку; III — от 16 до 25 мкм обусловливают песчанистость; IV — от 25 мкм и больше вызывают порок сгущенного молока — хруст на зубах.
Всего делают 100 измерений кристаллов и разбивают их на 4 группы. Величину кристалла измеряют по длинной грани, а не по диагонали; ширина перпендикулярна грани длины. При разбивке на группы измеряют несколько кристаллов и делают подсчет. При переводе кристаллов на объем отмечают ширину кристалла и его форму. Кристаллы молочного сахара чаще встречаются в форме пинокоидов и ромбоидов. По средней величине кристалла в каждой группе и количеству их высчитывают средний размер кристаллов молочного сахара в сгущенном молоке. Подсчет лучше производить при увеличении в 100 раз, так как, если кристаллов немного и величина их не менее 1 мкм, то их легко сосчитать во всей камере (глубиной 0,1 мм).
При увеличении в 600 раз производят подсчет с окулярной сеткой. Если окулярной сетки нет, то отсчет производят во всем поле зрения, предварительно измерив Диаметр поля зрения объектмикрометром. Величину кристаллов измеряют окулярмикрометром.
По среднему размеру кристаллов находят количество кристаллов лактозы в 1 мм3 продукта, т. е. ожидаемую массовость кристаллизации (табл. 1).
При определении без счетной камеры на обычных предметных стеклах наносят одинаковые по величине капли сгущенного молока петлей диаметром 1 мм. В этом случае измерить количество кристаллов сахара не удается, можно провести лишь качественное отличие различных проб сгущенного молока.
МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ С ПОМОЩЬЮ ЭЛЕКТРОННЫХ микроскопов
Электронный микроскоп
Для тонкого исследования структуры веществ, вплоть до молекул, пользуются специальными электронными микроскопами, увеличивающими исследуемый объект в 200 000 — 3 000 000 раз.
В электронном микроскопе вместо световых лучей используются быстролетящие электроны — электронные лучи, а вместо стеклянных линз — электронные линзы. В молочной промышленности используют просвечивающие электронные микроскопы, в которых изображение объекта создается электронами, проходящими через объект.
Схемы пути электронов и расположения магнитных линз (полет) в микроскопах приведены на рис. 4. Пучок электронов проходит через исследуемый предмет и просвечивает его. Линзы обычно располагаются одна над другой, образуя вертикальную колонку, наверху которой находится источник электронов — электронная пушка. В колонне поддерживается вакуум 10 4 — 5-10~5 мм рт. ст.
Источником электронов является тонкая вольфрамовая нить (диаметром около 0,1 мм), которая нагревается переменным током до температуры около 2000° С. Вершина нити находится у небольшого отверстия в фокусирующем электроде, к которому подведено высокое напряжение. Под влиянием напряжения сосредоточивается пучок электронов, выходящих из отверстия на определенном участке. Между катодом и анодом, который заземлен (потенциал равен нулю), подключено напряжение в несколько десятков тысяч вольт (ускоряющее напряжение). Ускоренные электроны устремляются через отверстие в колонку микроскопа. Система из катодной нити, фокусирующего электрода и анода — электронная пушка (рис. Б).
Пучок электронов, выходящий из отверстия фокусирующего электрода, попадает в магнитное поле кондеисорной линзы, которая сужает его и фокусирует на образце. В ti объективной линзе полу-g чается первоначальное изображение. Чтобы увеличить его, необходимо фокусное расстояние объективной линзы по возможности сделать более коротким (до 1 мм), сосредоточив интенсивное магнитное поле на небольшом участке.
Исследуемый образец на специальном держателе помещают близко к фокальной плоскости линзы Пучок электронов, проходя через исследуемый объект, взаимодействует с его атомами и рассеивается. От величины и характера рассеивания зависит качество изображения. Рассеиваемые электроны попадают в поле объективной линзы. Для повышения контрастности изображения в объективную линзу вводят щафрагму. Электроны, отклоненные объективом на угол, больший апертурного в соответствии с диаметром диафрагмы (0,025 — 0,05 мм), задерживаются и не искажают изображения. Первичное изображение исследуемого объекта увеличивается проекционной линзой, его запечетле-вают на фотопленке.
Исследование в электронных микроскопах жидких продуктов требует размещения их на тончайших пленках-подложках, опорой для которых служат специальные сетки-подложки, изготовляемые из меди электролитическим способом или сплетенные из тонкой проволоки. Электроны, дающие изображение исследуемых объектов, взаимодействуют с пленкой-подложкой, поэтому материал пленки, толщина, механическая прочность, стойкость к электронной бомбардировке должны быть учтены.
Для контрастирования некоторых препаратов применяют еще метод оттенения — осаждения на пленке слоя металла испарением его в вакууме. Атомы металла в глубоком вакууме разлетаются от места испарения по прямолинейным траекториям. Если под некоторым углом к направлению летящего пучка частиц поместить пленку с исследуемым веществом, то на ее поверхности отложится слой металла различной толщины. Для напыления используют проволочки диаметром около 5 мм из платины, палладия, вольфрама, хрома и нагревают до температуры, несколько ниже температуры их плавления.
При оценке электронных микроскопов наиболее важным является «разрешающая способность», которая дает раздельное изображение точек объектива, расположенных в непосредственной близости. Чем меньше расстояние между двумя точками, при котором они видны раздельно, тем выше разрешающая способность прибора. Разрешающая способность микроскопа ЭМ-3 выражается в 60 А, ЭМ-5 — в 20 А, УЭМ-100В — всего 8 А.
Электронный микроскоп ЭМ-5 (рис. б) представляет собой настольную модель. Колонна микроскопа расположена вертикально. В верхней части находится электронная пушка, а на уровне стола — экран для наблюдения конечного изображения. За электронной пушкой сверху вниз расположено четыре электромагнитных линзы микроскопа: конденсорная, объективная, промежуточная
и проекционная. Под экраном находится фотокамера. В столе микроскопа размещены вакуумные насосы и вся электрическая схема питания. Высокое напряжение, накал катода и напряжение смещения подведены к пушке бронированным высоковольтным кабелем.
Определение формы и размеров частиц казеина молока
В 1951 г. А. Хоштеттлер и Имхоф (Швейцария) установили, что средний размер коллоидных частиц казеи-наткальцийфосфатного комплекса составляет 840 — 1230 А. Форма их несколько измененная шарообразная. Некоторые фракции казеиновых частиц были величиной 0,780 — 0,051 мкм.
Препараты для электронного микроскопа приготовляют из свежего сборного молока. Его очищают от механических примесей и обезжиривают центрифугированием (3000 обмин). Сливки удаляют, а молоко еще дважды центрифугируют и вновь удаляют сливки. В
обезжиренное. Молоко добавляют раствор формалина и доводят его концентрацию до 0,08%. Молоко выдерживают в холодильнике при 5 — 7° С в течение суток. Затем его разбавляют в 300 раз дисгиллированной водой (П. Дьяченко).
К этому времени готовят коллоидную пленку-подложку толщиной около 400 — 500 А из 0,5 — 2,0%-ного раствора коллодия в амилацетате. Каплю такого раствора наносят на поверхность воды, налитой в ванночку (рис. 7). Предварительно на дно чашки опускают на стеклянной пластинке медную сетку (2 — 4 мм). Капля амилацетата быстро растекается по воде и после его испарения образуется тонкая пленка. Уровень воды в чашке постепенно (простым сифоном 3) понижают, пленка опускается на сетку. Затем ее подсушивают. Подложку с пленкой переносят на 1 сек в раствор с разбавленным исследуемым молоком, вынимают и помещают в эксикатор при 18 — 20° С.
Высушенные препараты подтеияют хромом в вакууме распылительной установки (угол подтенения 14°) и держателем вносят в электронный микроскоп. Микросъемку производят при увеличении в 15 — 20 тыс. раз с последующим фотоувеличением в 2 раза. Фотоснимки получают с увеличением белковых веществ в 30 — 40 тыс. раз и по ним исследуют структуру частиц.
Микроскопирование натурального и плавленого сыров
Натуральный сыр (по Г. Тинякову). Кусочки сыра объемом около 1 мм3 фиксируют 1%-ной осмиевой кислотой (реактив II) или четырехокисью осмия в аце-татвероналовом буфере при pH 7,2 на холоду до 3 ч, затем промывают в растворе Рингера (реактив 145) 30 мин и помещают в спирт в 70%-ный на 12 ч, в 96%-ный на 2 ч. Переносят на 5 мин в смесь обезвоженного ацетона и бутилметакрилата (1 : 1), на 1 ч в чистый бу-тилметакрилат и на 2 ч в смесь бутилметакрилата и метил метакрилата (4:1) с добавлением в качестве катализатора 1%-ной перекиси бензоила. Пробы заливают свежей порцией смеси бутилметакрилата и метилмета-крилата в отношении 9: 1. Для заливки используют стандартные желатиновые капсулы (5X15 мм), которые помещают в термостат при 45 — 50° С на 24 ч. После полимеризации выдерживают при температуре 18 — 20° С в течение нескольких суток и производят срезы.
Срезы сыров толщиной 10 — 20 мкм получают при помощи конических сколов толстого зеркального стекла (стеклянных ножей). Срезы сбрасывают в ванну с 10 — 20%-ным спиртом, переносят на сеточки с пленками и исследуют в электронном микроскопе. Для контрастности изображения применяют метод напыления на объект атомов тяжелых металлов.
Просмотр препаратов натурального сыра (рис. 8) при увеличении в 30 000 раз показывает, что сыр обладает сетчато-зернистой структурой. Уплотненные зернистые образования темного цвета располагаются отдельно или в виде тяжей и целых скоплений. Разное строение нату-
Рис. 8. Субмикроструктура голландского сыра: а — увеличение в 30000 раз; 6 — увеличение в 10000 раз.
рального сыра указывает на его структурную неоднородность. Хорошо выявляются образования темного цвета, окрашенные осмиевой кислотой, которые образуют сетчатую структуру. Величина отдельных образований колеблется от 0,5 до 5 мкм, что значительно превышает размер зерен сыра. На рис. 8, б видны округлые образования темного цвета (величиной 1 — 2 мкм). Каждое образование окружено оболочкой толщиной около 0,2 мкм зернистого строения.
Подготовленные кусочки сыра выдерживают в смеси абсолютный ацетон-бутилметакрилат в отношении 1 :1 в течение 5 мин, затем 1 ч в бутилметакрилате. Сыр помещают в желатиновые капсулы, в которые наливают смесь бутилметакрилата и метилметакрилата в отношении 4:1с добавкой 1 % перекиси бензоила. Капсулы закрывают второй половинкой капсулы и проводят полимеризацию в термостате в течение 24 ч при 45 — 50° С. Твердые готовые капсулы выдерживают в течение нескольких суток при температуре 18 — 20° С.
МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ ФИЗИЧЕСКИХ СВОЙСТВ МОЛОКА И МОЛОЧНЫХ ПРОДУКТОВ
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПЛОТНОСТИ
Пикнометрический метод
Пикнометрический метод основан на точном взвешивании молока (или молочного жира) и воды в одном и том же пикнометре при одной и той же температуре скопируют.
Субмикроструктура плавленых сыров (рис. 9) резко отличается от субмикроструктуры натурального сыра очень мелкой зернистостью и значительно большей однородностью. Данные наблюдений в электронном микроскопе свидетельствуют о том, что при плавлении сыров происходит значительная пептизация белковых. частиц. Сыры, полученные с различными солями-плавителя-ми, имеют ряд структурных различий, характерных для каждого вида соли.
Методика определения. Пикнометры бывают различной формы и емкости. Для молока используют пикнометры (рис. 10) объемом 10 мл, 50 мл и др.
Молоко, сливки, сыворотка, пахта. Пикнометр промывают хромовой смесью, затем проточной водой, дистиллированной и высушивают в сушильном шкафу или последовательно промывая сначала спиртом, затем эфиром. Охлаждают в эксикаторе и перед взвешиванием выдерживают около 30 мин в шкафу весов. Взвешивают на аналитических весах (при применении пикнометра на .10 мл с точностью до 0,1 мг, на 50 мл — с точностью до 1,0 мг).
Если применяют пикнометр с термометром (рис. 10, а), то его после взвешивания вынимают, снимают колпачок на капиллярной трубке и наполняют дистиллированной водой с температурой около 20° С до самого верха. Пикнометр помещают на 30 мин в водяную баню температурой точно 20° С. Затем в него вставляют термометр и доводят уровень воды до метки, нанесенной на вытянутой шейке пикнометра или на капилляре, пользуясь капельной воронкой для прибавления воды и узкими полосками фильтровальной бумаги для отсасывания излишней воды. В пикнометре не должно остаться пузырьков воздуха.
Поверхность пикнометра обсушивают, помещают на 30 мин в шкаф весов, взвешивают и определяют массу воды в пикнометре. Взвешенную воду выливают, пикнометр высушивают, наполняют исследуемым молоком, помещают в водяную баню при 20° С, доводят уровень до метки, обсушивают и взвешивают. Плотность рассчитывают по формуле
где а — масса пикнометра с водой; Ь — масса пустого пикнометра; с — масса пикнометра с молоком.
Взвешенный пикнометр без термометра (рис. 10, б) наполняют, водой или молоком температурой 17 — 18° С почти до верха, вставляют пробку и поверхность пикнометра обсушивают, а после наливания молока сначала обмывают дистиллированной водой температурой не выше 20° С. Дальше определение и расчет проводят как при пикнометре с термометром.
После выдерживания пикнометра в бане при 20° С капилляр должен быть заполнен водой. Если уровень воды в капилляре понизится или повысится, взвешивание следует производить, не изменяя количества воды в пикнометре.
Молочный жир. Молочный жир профильтровывают через сухой фильтр в сушильном шкафу при температуре около 40° С. Определяют при 20° С массу пустого и наполненного водой пикнометра. Для установления истинной массы пикнометра вводят поправку на массу воздуха в нем, т. е. из полученной массы пикнометра вычитают массу воздуха, учитывая, что 1 мл воздуха весит 1,3 мг.
Определяют объем пикнометра в миллилитрах, разделив массу наполняющей его воды на ее плотность при 20° С (0,99823), умножают на 1,3. Полученное произведение вычитают из массы пикнометра.
Пикнометр наполняют расплавленным молочным жиром на 13 объема и оставляют до застывания жира (можно в холодной воде). Когда жир застынет и примет температуру 20° С, пикнометр с жиром взвешивают, доливают в него воду температурой 20° С до метки и вновь взвешивают. Между жиром и водой не должно оставаться пузырьков воздуха.
Применяют два типа лактодепсимегров (рис 11): тип А с термометром — цена наименьшего деления шкалы ареометра 0,001, тип Б без термометра — цена наименьшего деления шкалы ареометра 0,0005.
В цельном и обезжиренном молоке плотность следует устанавливать не ранее, чем через 2 ч после дойки, так как плотность только что выдоенного молока в среднем на 0,0006 — 0,001 меньше, чем охлажденного.
Плотность молока определяют при 15 — 25° С с вне-, сением температурной поправки. Для получения более точных и сравнимых между собой результатов пробы молока следует нагреть до 40° С (перевести весь жир в однородное жидкое состояние), выдержать 5 мин и охладить до 20° С.
Плотность молока, подготовленного таким образом, должна быть определена в течение одного часа. Если проба стоит более длительное время, следует снова нагреть молоко до 40° С и охладить до 20° С.
Чтобы определить плотность молока, в котором жир полностью находится в твердом состоянии, охлаждают его быстро в ледяной воде до температуры 3 — 5° С и оставляют на 15 ч. Температуру повышают до 18 — 20° С в водяной бане. При этом бутылки с молоком помешивают вращательными движениями и перевертыванием несколько раз.
Молоко хорошо перемешивают и наливают по стенке (во избежание образования пены) в стеклянный цилиндр такого диаметра, чтобы при опускании лактоденсиметра в молоко между корпусом его и стенками цилиндра расстояние было не менее 5 мм, и такой высоты, чтобы лактоденсиметр свободно плавал в молоке. Чистый и сухой лактоденсиметр медленно погружают в молоко до деления шкалы около 1,030 и оставляют свободно плавать, наблюдая, чтобы он не касался стенок. Когда лактоденсиметр установится, отсчитывают показания по верхнему краю мениска, держа глаза на уровне поверхности молока.
Затем определяют температуру молока. Если она отклоняется от 20° С, то вносят поправку по данным приложения 1 или на каждый градус температуры выше 20° С прибавляют 0,0002 единицы плотности, а на каждый градус ниже 20° С отнимают от отсчитанной величины 0,0002 единицы плотности.
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТЕМПЕРАТУРЫ ЗАМЕРЗАНИЯ
Теоретическое обоснование. Чистые растворы веществ имеют определенную температуру замерзания. Если в них растворить какие-либо вещества, то точка замерзания растворов понизится в соответствии с законом Рауля — Вант-Гоффа. В разбавленных водных растворах понижение точки замерзания пропорционально количеству вещества, растворенного в данном количестве растворителя. Средняя температура замерзания молока, полученного от здоровых коров, очень постоянна и близка к -г-,550° С, с колебаниями от — 0,540° С до — 0,570е С. Температура замерзания молока обусловливается концентрацией растворенных веществ (молочного сахара и минеральных солей), содержание которых подвержено в молоке незначительным колебаниям. Жир, находящийся в грубо дисперсном состоянии, совсем не влияет на температуру замерзания молока, роль белков благодаря крупному размеру молекул незначительна. Вследствие постоянства температуры замерзания нормального молока метод криоскопии служит критерием при установлении добавления в молоко воды и может служить для обнаружения молока больных животных.
Методика определения. Для определения температуры замерзания молока применяют прибор — криоскоп (рис. 12, а). Главные части его два сосуда. Во внутренний 2, в котором замораживают молоко, через пробку вставлены термометр Бекмана и мешалка. Этот сосуд имеет припаянную сбоку трубочку 3, через которую вносят кристаллик льда для начала кристаллизации. Широкая пробирка 4 является воздушным изолятором. Наружный сосуд 1 с термометром 7 и мешалкой 6 служит как охладитель.
Термометр Бекмана (рис. 12, б) имеет особое устройство: шкала его разделена на сотые доли градуса без постоянной нулевой точки. В верхней части термометра расположено приспособление в виде сифона с запасом ртути, которую можно отнимать или вводить в капиллярную трубку термометра по мере надобности. Следовательно, температуру замерзания можно установить в любой точке в пределах 3 — 4° С шкалы термометра Бекмана, от нее и ведут отсчет. Вся шкала термометра Бекмана рассчитана на колебания температуры в пределах 6° С.
Для введения в капиллярную трубку термометра Бекмана определенного количества ртути нагревают термометр до такой температуры, чтобы ртуть из шарика заполнила всю трубку и соединилась с ртутью в сифоне. Шарик термометра охлаждают до температуры на 2 — 3° С выше температуры таяния льда и, перевернув термометр резким толчком, обрывают столбик ртути у основания сифона. Затем, наклонив термометр, переливают ртуть во второе колено сифона. Если при погружении в тающий лед уровень ртути в термометре не достигнет нужного деления шкалы или перейдет его, то количество ее в капиллярной трубке увеличивают или уменьшают.
При недостатке ртути нагревают в руках ртутный шарик термометра до тех пор, пока ртуть не войдет в сифон и не соединится с запасной ртутью. После этого, наклоняя термометр, ртуть переливают из второго колена сифона в первый, погружают термометр в раствор с температурой на 1 — 2° С ниже той, при которой устанавливали нулевую точку в первый раз, и толчком обрывают ртуть. При избытке ртути в капиллярной трубке нагре вают термометр на 2- — 3° С выше, чем в первый раз, и поднявшуюся в сифон ртуть отделяют тем же приемом. После такой приблизительной установки нулевой точки приступают к точному ее определению.
Наружный сосуд-банку наполняют охладительной смесью (3 части толченого льда и 1 часть поваренной соли, к которым прибавляют столько воды, чтобы смесь имела температуру — 4ч — 5°С). В чистый сухой сосуд для замораживания наливают кипяченую воду, чтобы она покрыла ртутный шарик термометра Бекмана. При непрерывном осторожном помешивании воды мешалкой наблюдают за изменением температуры.
Вначале температура воды падает постепенно ниже нулевой точки вследствие переохлаждения. В момент образования льда вследствие освобождающейся при этом теплоты плавления она подскакивает и на некоторое время останавливается на одной точке. В момент поднятия температуры помешивание воды прекращают и слегка постукивают по термометру палочкой с надетой на нее резиновой трубкой для устранения капиллярного сопротивления в термометре и равномерного поднятия столбика ртути. Точку повышения температуры устанавливают при помощи лупы с точностью до 0,001° С — это и есть нулевая точка термометра. Если наблюдение вести дальше, то ртуть в термометре начнет опускаться. После отсчета нулевой точки сосуд 3 вынимают и нагревают рукой, продолжая помешивать содержимое мешалкой до тех пор, пока лед растает и ртуть в термометре начнет повышаться не более чем на 1 — 2° С. Затем проводят определение нулевой точки еще 1 — 2 раза.
Разница в повторных определениях нулевой точки не должна превышать 0,002 — 0,003° С. Из полученных чисел находят среднее значение. Воду из трубки выливают, ополаскивают исследуемым молоком, заполняют установленным количеством молока и производят 2 — 3 раза операцию замораживания.
Вычитая из нулевого показания шкалы термометра число, полученное при замерзании молока, находят понижение температуры замерзания (криоскопическое число).
Вместо термометра Бекмана иногда используют термисторы (основанные на электрическом сопротивлении), изготовляемые из полупроводниковых материалов, действие которых связано с резко выраженной зависимостью от температуры. Достоинство их — быстрота определения, небольшая потребность молока для анализа (2 мл) и точность результатов.
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ВЯЗКОСТИ
Вязкость молока и молочных продуктов характеризует консистенцию их и имеет большое значение при оценке качества. Вязкость, или внутреннее трение, — способность жидкости (пластических веществ) сопротивляться смещению ее частей относительно одна другой. Следовательно, величина вязкости связана с структурой вещества и при нарушении ее изменяется, что создает трудности при пользовании различными методами определения.
Вязкость Б истинно вязких жидкостях измеряют капиллярными вискозиметрами (типа Оствальда), выражая ее в числах относительной вязкости (г)оТн) или в абсолютных величинах (пз), в структурированных жидкостях динамическую, пластическую вязкость — в вискозиметре Гепплера, Воларовича и др. (т}д,ш); полученную вязкость в к-секж2 перечисляют на абсолютную вязкость в пз.
Применение вискозиметра Оствальда
Для определения относительной вязкости молока и сливок в вискозиметр Оствальда (рис. 13) через широкую трубку 2 наливают около 10 мл воды. Надев на другой конец прибора резиновую трубку, засасывают воду в расширение 3 приблизительно на 1 см выше черты . При засасывании необходимо следить, чтобы в трубке не оставалось воды на уровне ниже капиллярной трубки 4.
Вода должна свободно вытекать через капиллярное отверстие. Когда уровень жидкости достигнет черты , пускают секундомер (или замечают время по секундной стрелке часов) и закрывают его (или отсчитывают время на часах) в тот момент, когда жидкость опустится до черты . Скорость истечения воды определяют не менее 3 раз. Температура воды должна быть точно 20° С, поэтому рекомендуется помещать вискозиметр в стеклянную ванну с водой, нагретой до 20° С. Затем вискозиметр промывают испытуемым молоком, наполняют им (около 10 мл) при 20° С и измеряют скорость истече-ния молока между черточками I и II. Относительную вязкость рассчитывают по формуле
Применение вискозиметра Гепплера
Динамическую вязкость молока, сливок и сгущенного молока определяют прецизионным вискозиметром Гепплера с комплектом шаров различного диаметра и цилиндрическим калибром (табл. 2)
Для получения точного результата в приборе Гепплера необходимо во время опыта соблюдать точную температуру, используя ультратермостат Гепплера (рис. 14).
Корпус 1 термостата имеет внутреннюю медную баню и изоляцию между ними. На крышке термостата, прикрепленной крепежными винтами, смонтированы все приводные и регулирующие части прибора: электродвигатель 2 с короткозамкнутым якорем, на оси 3 которого расположена пропеллерная мешалка, обеспечивающая интенсивную циркуляцию жидкости в термостате, и тур-бинка, подающая жидкость заданной температуры через патрубок 4 к вискозиметру. Обратно жидкость поступает в термостат через патрубок 5.
Электрический нагревательный элемент соединен с чувствительным реле, находящимся под колпаком 6. Реле обеспечивает автоматическую регулировку температуры жидкости в термостате с помощью контактного термометра 7 и поворотного магнита 8.
Во время работы нагревательного элемента загорается лампочка 9 при реле. В термостате расположен охладительный медный змеевик длиной около 2 м, два патрубка 11 которого для ввода и вывода охлаждающей жидкости выведены наружу. Чтобы заполнить термостат жидкостью, пользуются отверстием с крышкой 12. При правильной заправке ультратермостата уровень жидкости воды в нем должен находиться на расстоянии 50 — 70 мм от крышки.
Контрольный 10 и контактный 7 термометры вставля ют в соответствующие гнезда крышки термостата. Не контактный термометр надевают поворотный магнит и шнуром термометр соединяют с реле. Рабочую температуру выше комнатной устанавливают, вращая поворотный магнит 8, который передвигает металлический указатель в контактном термометре. Верхний край указате 2 — 2983 яз
ля должен находиться на уровне задаваемой температуры. Соединяют резиновой трубкой патрубки 11 и термостат включают в электросеть. Затем переключателем включают электродвигатель.
Точную температуру воды в термостате устанавливают контрольным термометром, вращая в ту или иную сторону поворотный магнит на контактном термометре. Вода с точно установленной в ультратермостате температурой циркулирует по замкнутой системе через прибор. Если температура воды в вискозиметре должна быть ниже комнатной, то дистиллированную воду в термостате охлаждают водопроводной водой. К одному из патрубков И охладительного змеевика термостата подводят по резиновой трубке водопроводную воду, выводя ее через резиновую трубку, надетую на другой патрубок змеевика, в канализацию. Желаемую температуру воды можно получить в том случае, если водой охлаждают воду в термостате до температуры, несколько ниже требуемой. Приток водопроводной воды регулируют, наблюдая за контрольной лампой 9 и добиваясь, чтобы она зажигалась возможно реже. В этом случае расход водопроводной воды и электроэнергии для подогревания воды в термостате минимальны. Далее поступают так же, как в предыдущем случае.
Воду в термостате можно охладить аккумуляторами холода или в специальном медном сосуде с крышкой, вставляемом в термостат. В аккумулятор холода или сосуд загружают лед или снег, по .мере таяния удаляют излишнюю воду и добавляют новые порции льда и снега. Поступление воды из термостата в аккумулятор холода регулируют зажимом Гофмана.
Вискозиметр подключают резиновыми трубками к патрубкам 4 и 5 ультратермостата, предварительно заполнив прибор дистиллированной водой, чтобы не нарушить требуемого уровня воды в термостате.
Перед определением вязкости вискозиметр (рис. 15) устанавливают по уровню 2 перед белым освещенным экраном. Внутренняя трубка вискозиметра, ее крышки и шары (особенно первый и второй) должны быть тщательно очищены. Для обезжиривания применяют горячий содовый раствор, добавляя 5%-ный раствор аммиака, после чего ополаскивают водой. Вода должна равномерно обтекать внутреннюю поверхность трубки. Термостат
присоединяют резиновыми трубками к штуцерам 7 и 8 Если нет термостата, то пользуются баней 3, которую наполняют водой через отверстие для термометра 6 или через трубку 8 прибора, установленного вверх дном.
Водяная баня не должна быть наполнена до верхнего края. Для удаления воздуха ослабляют винт 15 и к вводному штуцеру присоединяют резиновую грушу, с помощью которой в процессе работы перемешивают воду. Выводной штуцер закрывают запорной капсулой 16. Присоединяют вискозиметр к осветительной сети. Требуемую температуру поддерживают, включая и выключая ток.
Внутреннюю стеклянную трубку 4 наполняют молоком. Для этого закрывают трубку резиновой пробкой 12 и вливают в нее осторожно молоко по стенке во избежание образования пены, чтобы уровень его был примерно на 25 мм ниже края трубки. Затем пинцетом выбирают нужный шар (табл. 2) и вводят его в трубку с молоком. Во избежание турбулентного движения жидкости, вызывающего повышение вязкости, выбирают такой шар, чтобы продолжительность падения его на отрезке пути 100 мм не была меньше 25 сек. Если ниже шара оказались пузырьки воздуха, их удаляют, подталкивая шар стеклянной палочкой. Закрывают трубку полой пробкой 9, заглушкой 11 и навинчивают с легким надавливанием верхнюю крышку 13.
Введенное в трубку молоко не должно содержать газов, поэтому исследуемое молоко кратковременно нагревают до температуры примерно на 10° С выше температуры измерения и в нагретом состоянии заливают в трубку. Если таким образом пузырьки газа или воздуха удалить не удалось, то слегка ударяют по верхней крышке.
Освободив запорный винт на штативе, перевертывают вискозиметр верхней частью вниз, и шар перемещается в верхнюю часть трубки. Вискозиметр снова устанавливают в нормальное положение и наблюдают за движением шара. В момент соприкосновения нижнего края шара с верхней кольцевой отметкой 17 секундомер включают, а в момент соприкосновения с нижней кольцевой отметкой 18 — выключают. Отмечают продолжительность времени, перевернув вискозиметр, измерение повторяют. Проводят несколько измерений и рассчитывают среднее показание. Для лучшей фиксации момента соприкосновения шара с кольцевой отметкой пользуются наблюдательной ширмой (черный картонный экранчик прилагается к прибору), держа ее на уровне глаз черной полосой к прибору, параллельно кольцевой отметки.
KOHEЦ ФPAГMEHTA КНИГИ
|
