MENDELOVA UNIVERZITA V BRNĚ AGRONOMICKÁ FAKULTA BAKALÁŘSKÁ PRÁCE

Transkript

1 MENDELOVA UNIVERZITA V BRNĚ AGRONOMICKÁ FAKULTA BAKALÁŘSKÁ PRÁCE BRNO 2012 BARBORA REIFOVÁ

2 Mendelova univerzita v Brně Agronomická fakulta Ústav Technologie potravin Fyzikální vlastnosti mléka Bakalářská práce Vedoucí práce: doc. Ing. Květoslava Šustová, Ph.D. Vypracovala: Barbora Reifová Brno 2012

3 PROHLÁŠENÍ Prohlašuji, ţe jsem diplomovou práci na téma Fyzikální vlastnosti mléka vypracovala samostatně a pouţila jen pramenů, které cituji a uvádím v přiloţeném seznamu literatury. Diplomová práce je školním dílem a můţe být pouţita ke komerčním účelům jen se souhlasem vedoucího diplomové práce a děkana Agronomické fakulty Mendelovy univerzity v Brně. dne. podpis....

4 PODĚKOVÁNÍ Děkuji paní doc. Ing. Květoslavě Šustové, Ph.D. za odborné vedení při vypracovávání mé bakalářské práce a za její vstřícný přístup po dobu konzultací. Dále děkuji své rodině a přátelům za podporu, toleranci, ochotu a trpělivost po celou dobu mého studia.

5 ABSTRAKT V této bakalářské práci jsou rozebrány jednotlivé fyzikální vlastnosti mléka a poskytnuty základní informace o sloţení kravského mléka. Dále byla stanovována měrná hmotnost kravského mléka od prosince do poloviny laktace a kozího mléka v průběhu laktace určena byla průměrná hodnota, maximální a minimální hodnota v daném měsíci. Rozdíly mezi jednotlivými mléky byly srovnány pomocí výsledků. Měrná hmotnost byla měřena mléčným hustoměrem laktodenzimetrem a vyjádřena v jednotkách měrné hmotnosti g/cm 3. Klíčová slova: fyzikální vlastnost, mléko, měrná hmotnost, laktace. ABSTRAKT This thesis discusses individual physical properties of milk and provides basic information about the composition of cow s milk. Also, specific weight of cow s milk from December to mid-lactation and goat s milk during lactation was measured and average, maximum and minimum value in a given month was determined. Differences among individual milks were compared using results. Specific weight was measured with dairy densimeter - lactometer and expressed in units of specific weight g/cm 3. Key words: physical property, milk, specific weight, lactation.

6 OBSAH 1 ÚVOD 8 2 CÍL PRÁCE 10 3 LITERÁRNÍ PŘEHLED Mléko z výţivového a fyzikálního hlediska Sloţení kravského mléka Proteiny Mléčný tuk Sacharidy Minerální látky Vitaminy Enzymy Viskozita mléka Měrná hmotnost mléka Měrná elektrická vodivost mléka Povrchové napětí mléka Bod mrznutí Definování bodu mrznutí mléka BMM jako kvalitativní parametr v ČR a v Evropě Faktory ovlivňující BMM Měrná tepelná kapacita Osmotický tlak 39 4 MATERIÁL A METODIKA Materiál Pouţitá metodika 40 5 VÝSLEDKY A DISKUSE 41 6 ZÁVĚR 42 7 SEZNAM POUŽITÉ LITERATURY 43

7 1 ÚVOD Mléko je sekret mléčné ţlázy, určený k výţivě novorozenců. Typické zbarvení mléka je dáno rozptylem a absorpcí světla na tukových částicích a micelách kaseinů. Mléko je sloţeno z vody, sušiny a plynů. Mléko obsahuje proteiny, přirozeně se vyskytující mléčný cukr, mléčný tuk, enzymy a malý obsah sodíku. Mléko je přirozeně bohaté na nutrienty, obsahuje makroţiviny, mnoho vitaminů a minerálních látek. Pokrývá značnou část denní potřeby vápníku, vitaminu B2 a B12. Z chemického úhlu pohledu je mléko soustavou heterogenní. Soustavou, která má část pevnou, která je jemně rozptýlená v části kapalné. Nejdůleţitější částice, které se mohou v mléce vyskytovat, jsou shluky (tzv. micely) kaseinu. Fyzikální vlastnosti mléka závisí na vnitřních komposičních a strukturálních faktorech a externích faktorech jako je teplota a celkové zatíţení mléka od nadojení. Znalosti o fyzikálních vlastnostech jsou významnou součástí technologických a technických návrhů a kontrol mlékárenských procesů a výrobního zařízení. Nejdéle sledovanou vlastností mléka je měrná hmotnost. Výsledná hodnota závisí na obsahu základních sloţek mléka, a to proteinů, laktosy, tuku a minerálních látek. Změny měrné hmotnosti mléka způsobují faktory, které mají vliv na sloţení mléka, jako je zhoršený zdravotní stav dojnic, zejména mastitidy, dietetické a metabolické poruchy, stadium laktace apod. Měrná hmotnost klesající pod 1,028 g/cm 3 je předběţným ukazatelem přidání vody. Velmi významnou fyzikální vlastností mléka je bod mrznutí, který se v současné době pouţívá k rychlému posouzení technologické neporušenosti směsného syrového mléka. Tato vlastnost je relativně konstantní a souvisí se stálostí osmotického tlaku. Mléko obsahuje sloţky, které se díky své nízké molekulové hmotnosti nachází v mléčném séru a ovlivňují tak bod mrznutí mléka. Z fyzikálně chemického hlediska jsou za hodnoty bodu mrznutí odpovědné hlavně mnoţství laktosy a sodíku, dále pak nedostatky v energetické hodnotě krmiv, bílkovině a mineráliích. Po přidání vody do mléka dochází ke zvýšení hodnoty bodu mrznutí a ke sníţení hustoty. Bod mrznutí roste lineárně s obsahem přidané vody. 8

8 K fyzikálním vlastnostem mléka dále patří měrná elektrická vodivost, která je z převáţné míry způsobena přítomnými v mléce disociovanými solemi. Mléko bez solí prakticky elektrický proud nevede. Viskozita mléka, povrchové napětí, měrné teplo a osmotický tlak jsou také součástí přehledu fyzikálních vlastností mléka. 9

9 2 CÍL PRÁCE Cílem bakalářské práce bylo prostudovat odbornou literaturu o sloţení a fyzikálních vlastnostech kravského mléka. Podle pokynů vedoucí práce stanovit v laboratoři Ústavu technologie potravin měrnou hmotnost u vzorků kravského a kozího mléka v průběhu laktace. 10

10 3 LITERÁRNÍ PŘEHLED 3.1 Mléko z výživového a fyzikálního hlediska Mléko je tekutina vylučována samicí všech druhů savců. Prvořadou funkcí mléka je pokrytí výţivových potřeb novorozenců. Výţivové a fyzikální poţadavky všech druhů savců jsou více nebo méně specifické, proto sloţení mléka vykazuje velmi výrazné mezidruhové rozdíly (FOX, MCSWEENEY, 1998). Mléko je přirozeně bohaté na nutrienty, obsahuje makroţiviny a mnoho vitaminů a minerálních látek. Mléko pokrývá značnou část denní potřeby vápníku, vitaminu B2 a B12, dále obsahuje přirozeně se vyskytující mléčný cukr a malý obsah sodíku. V mléku jsou obsaţeny ještě i další látky, jako jsou např. mléčné bílkoviny, které mají pozitivní vliv na kontrolu hmotnosti. Jak sérové bílkoviny, tak i kasein, dávají pocit nasycení, coţ pozitivně ovlivňuje jak krátkodobý, tak dlouhodobý příjem potravy (SIMONIN- ROSENHEIMER, 2010). Z fyzikálně chemického hlediska mléko představuje velmi komplikovaný disperzní systém, ve kterém kaseinové molekuly tvoří micelární disperze, globulární bílkoviny syrovátky koloidní disperze, tuk přítomný ve formě tukových kapek (mléčných mikrosomů) tvoří emulzi, částice lipoproteidů koloidní suspenzi, nízkomolekulární látky (laktosa aj. sacharidy, volné aminokyseliny, minerální látky, ve vodě rozpustné vitaminy) tvoří pravý roztok. Typické zbarvení je dáno rozptylem a absorpcí světla na tukových částicích a micelách kaseinů. Naţloutlé zbarvení mléka je způsobeno karotenoidními látkami přítomnými v tukové fázi a nazelenalé zbarvení syrovátky přítomným riboflavinem (VELÍŠEK et al., 2009). Mléko je emulzí tukových částeček rozptýlených ve vodě. Kaţdá z tukových částeček je obklopena membránou, která obsahuje fosfolipidy a bílkoviny. Tato membrána zabraňuje jednotlivým tukovým částečkám, aby se spojily. V nehomogenizovaném kravském mléce mají tukové částečky velikost zhruba 4 mikrometry. V tomto tuku jsou rozpuštěny v tucích rozpustné vitamíny (vitamin A, D, E, K). 11

11 Z chemického úhlu pohledu je mléko soustavou heterogenní. Soustavou, která má část pevnou, která je jemně rozptýlená v části kapalné. Největší částice, které se mohou v mléce vyskytovat, jsou shluky (tzv. micely) kaseinu. Tyto micely tvoří několik tisíc bílkovinných molekul, které jsou vzájemně propojeny pomocí částeček uhličitanu vápenatého. Micely jsou přibliţně kulovitého tvaru. Tukové částečky, stejně tak jako kaseinové micely, způsobují neprůhlednost mléka (SOUKUPOVÁ, 2007). Fyzikální a fyzikálně chemické vlastnosti mléka závisí na vnitřních komposičních a strukturálních faktorech a externích faktorech jako je teplota a celkové zatíţení mléka od nadojení. Nelze udělat jasnou linii mezi fyzikálními a fyzikálně chemickými vlastnostmi. Znalosti o fyzikálních vlastnostech jsou významnou součástí technologických a technických návrhů a kontrol mlékárenských procesů a výrobního zařízení. Tyto vědomosti jsou jednou z podmínek pro vhodné návrhy a plánování nových metod analýzy mléka, stanovení mléčné mikrostruktury a objasnění komplexních chemických reakcí mléka (SNÁŠELOVÁ et al., 2009). 12

12 3.2 Složení kravského mléka Obr. 1 Průměrné složení kravského mléka (v hm. %) (HRABĚ et al., 2006) Proteiny Proteiny mléka se skládají z kaseinu (α-, β-, χ-) a syrovátkových bílkovin (α-laktalbumin, β-laktoglobulin, sérový bovinní albumin, imunoglobuliny, aj.). Dohromady tvoří 95 % dusíkatých látek, zbylých 5% jsou nebílkovinné dusíkaté látky (močovina, amoniak, volné aminokyseliny aj.). Mléko přeţvýkavců řadíme mezi kaseinová mléka, protoţe obsahují více neţ 75 % kaseinu všech dusíkatých látek (MRÁZEK, 2009). Kasein je definován jako bílkovina sráţející se v mléce při ph 4,6. V mléce je přítomný ve formě kaseinových micel, které obsahují koloidní fosforečnan vápenatý. Okyselením fosforečnanu vápenatého se rozpouští. Hlavními molekulárními frakcemi jsou α-, β- a χ-kasein (WALSTRA et al., 1999). Kasein se řadí mezi nejdůleţitější bílkoviny mléka. Kasein je směs více neţ 20 individuálních bílkovin, které se od sebe odlišují aminokyselinovým sloţením 13

13 a mnoţstvím fosforu. Celkový kasein je sloţen ze čtyř kaseinů, ty se syntetizují v mléčné ţláze v ribozomech endoplazmatického retikula buněk mléčné ţlázy podle čtyř genů s různou strukturou situovaných na stejném chromozomu (STÁDNÍK et al., 2005). Jednotlivé frakce komplexu (α, β, χ) se spojují s vápenatými ionty a fosforečnanem vápenatým a vytváří micely. Micely jsou tvořeny z komplexu 300 aţ 500 submicel velkých 50 aţ 150 nm a v mléku jsou v koloidním stavu. Stabilitu mléka zabezpečuje frakce χ-kaseinu, která je na povrchu molekuly. Na jejím povrchu je také hydratační obal, který je úměrný náboji micely. Tento obal se zmenšuje s teplotou. V izoelektrickém bodě má nejméně vody, nejniţší rozpustnost a stabilitu. Hydratační obal se zmenšuje působením solí a látkami rozpustnými ve vodě. V čerstvém mléce je kasein vysoce termostabilní. Varem se sráţí aţ po několika hodinách. Při teplotě 150 C se sráţí za několik sekund. Dále se sráţí syřidlem, kyselinami, solemi, nasyceným roztokem síranu hořečnatého anebo amonného, solemi těţkých kovů a podobně. Významnou vlastností kaseinu je jeho přechod ze stavu soli do stavu gelů. V čisté formě představuje kasein ve vodě nerozpustný bílý amorfní prášek bez chuti a vůně (UHRÍN et al., 2002). Většina syrovátkových bílkovin jsou globulární bílkoviny: mají poměrně vysokou hydrofobnost a jsou pevně spojeny peptidovými řetězci. Zahříváním mléka se stávají nerozpustnými při ph niţším neţ 6,5. Tato změna souvisí s denaturací bílkovin (WALSTRA et al., 2006). Syrovátkové bílkoviny jsou velmi funkční a výţivové proteiny, pouţívané v různých výrobcích. Mají mnoho funkčních vlastností jako je rozpustnost, disperznost, vaznost, pěnění, šlehatelnost, emulgace a mazovatění. Mohou být sloţkou sportovních drinků a funkčních nápojů (EVANS et al., 2010). Syrovátkové bílkoviny zůstávají v séru (syrovátce) po vysráţení kaseinu. Jedná se především o laktoalbuminy a imunoglobuliny. Tvoří asi 20 % ze všech bílkovin. Laktoalbuminy se dělí na α-laktoalbuminy a β-laktoglobuliny a sérový albumin. α-laktoalbuminy se vyskytují ve všech druzích mléka, jelikoţ jsou potřebné pro biosyntézu laktozy. Tvoří asi 3,5 % bílkovin mléka. 14

14 β-laktoglobulin tvoří asi 9,5 % mléčných bílkovin. Analýzami se zjistilo 5 genetických variant β-laktoglobulinu, které na základě sniţující se pohyblivosti při elektroforéze na polyakrylamidovém gelu při ph 8,5 můţem zařadit takto: A, B, C, D, E. Nejmenší sloţkou syrovátkových bílkovin je serumalbumin a představuje asi 1 %. Albuminy se nesráţí působením kyselin ani syřidla. Neobsahují fosfor a ve vodě jsou rozpustné. Z bílkovin mléka se bílkovinám krví nejvíc přibliţují imunoglobuliny. Mají podobné vlastnosti jako krevní imunoglobuliny. Jejich větší část se dostává do mléka přímo z krve. Vysoký obsah imunoglobulinů v mlezivě v prvních dnech po porodu způsobuje jeho vysokou propustnost tkáněmi mléčné ţlázy. Ale i buňky mléčné ţlázy mohou část imunoglobulinů syntetizovat, to závisí od hladiny hormonů a laktační periody (UHRÍN et al., 2002). Mnoţství bílkovin v mléce je relativně stabilní, jen v menší míře je ovlivňováno změnami v krmné dávce. Změny zpravidla nepřesahují 3 %. Mnoţství bílkovin je ovlivňováno hlavně mnoţstvím energie v krmné dávce, kdy existuje pozitivní korelace mezi příjmem energie a koncentrací bílkovin v mléce. Zvýšení obsahu bílkovin můţe být způsobeno krmením většího mnoţství energetických zdrojů, při nedostatku energie dochází naopak ke sníţení obsahu bílkovin. Vyšší mnoţství energie v krmné dávce zvyšuje tvorbu těkavých mastných kyselin (TMK) v bachoru a mění se zastoupení jednotlivých TMK ve prospěch kyseliny propionové, podporující produkci mléka. Vyšší mnoţství energie v krmné dávce zvyšuje také mnoţství bachorové biofauny, zdroje pro tvorbu bílkovin v mléce (TICHÁČEK, 2007). Mléčné bílkoviny se vytváří z volných aminokyselin z krve syntézou v buňkách ţláznatého epitelu. Pro tvorbu mléčných bílkovin je významná stálost hladiny prekursorů v krvi (globulin, aminokyseliny i některé dusíkaté látky nebílkovinné povahy), a tu naopak ovlivňuje chemické sloţení ţivin v krmivu spolu s celkovou úrovní látkového metabolismu dojnic (ROSŮLEK, KOUŘIMSKÁ, 2006). 15

15 3.2.2 Mléčný tuk V syrovém mléce (polydisperzní mnohosloţkový systém) je mléčný tuk velmi proměnlivou sloţkou (kvalitativní i kvantitativní). V syrovém, čerstvě nadojeném mléce je mléčný tuk pokaţdé ve formě emulze (po vychlazení přechází do suspenze) (ZADRAŢIL, 2002). Tuk je v mléce rozptýlen v podobě tukových kuliček, nepolární triacylglyceroly (99 % mléčného tuku) jsou obklopeny vrstvou povrchově aktivních látek, především fosfolipidů a membránových lipoproteinů. V přirozeném ph mléka mají membránové bílkoviny negativní náboj a hydratační obal, který zabraňuje spojování tukových kuliček a slévání mléčného tuku. Mléčný tuk má niţší měrnou hmotnost neţ mléčná plazma, proto při stání mléka dochází k samovolnému vyvstávání tuku. Tímto způsobem zbavujeme mléko tuku a získáváme smetanu odstřeďováním. V triacylglycerolech se nachází široká škála mastných kyselin, s velmi různorodými fyzikálními vlastnostmi. Důvodem je široké rozmezí teploty tuhnutí (19 26 C) a tání (28 35 C), mléčný tuk je tedy tvořen směsí tuhého a tekutého podílu. Podíl nenasycených mastných kyselin s niţším bodem tuhnutí je v průběhu roku variabilní v závislosti na krmení dojnic, s minimem v zimních a maximem v letních měsících. Ve srovnání s jinými tuky má stabilnější polymorfismus ve směsných krystalech triacylglycerolů, podíl tuhého tuku a teplota tání závisí tudíţ také na rychlosti chlazení. Pak při skladování pomalu dochází ke změnám krystalů. Při vyšší teplotě roste rychlost změn. Krystalizace tuku má prvořadý význam pro konzistenci másla (ŠTĚTINA, 2009). Mléčný tuk je nejvýznamnějším zdrojem energie (37 kj tj. cca 9 kcal/g). Má zhruba dvojnásobnou energetickou hodnotu ve srovnání s energetickou hodnotou bílkovin a sacharidů. Je nositelem lipofilních vitaminů (A, D, E, K), karotenů a typických senzorických vlastností plné mléčné chuti a vůně. Je zdrojem fosfolipidů (zejména lecitinu), sterolů (cholesterolu, ergosterolu a jejich prekurzoru squalenu). Z hlediska výţivy člověka mléčný tuk nelze nahradit tukovými náhradami. Ojedinělou vlastností mléčného tuku je jeho prostorové uspořádání. Jenom mléčný tuk je emulzí tukových kapének v mléčném séru. Tohle prostorové uspořádání tvoří velké 16

16 povrchy, které umoţňují rychlou hydrolýzu a přeměnu na energii a následné vyuţití (DĚDEK, 2009). Vlastnosti mléčného tuku nejsou dány jenom jeho chemickým sloţením. Jsou silně ovlivněny také kvalitou mléčné emulze. Na ní závisí fyzikální stabilita polydisperzního systému mléka, stravitelnost mléčného tuku, senzorické vlastnosti mléka a rychlost většiny chemických reakcí, které probíhají na mezipovrchu mléčného plazmatu a tukových kapének (ZADRAŢIL, 2002). Mléčný tuk vykazoval vyšší hodnoty u večerních vzorků (4,13 %) neţ u vzorků ranních (3,86 %) (SKÝPALA et al. 2010). Mléčný tuk tvoří vysoký podíl nasycených mastných kyselin (70 75 %), méně mononenasycených mastných kyselin (20 25 %) a malé mnoţství polynenasycených mastných kyselin (0 5 %). Dále obsahuje kromě majoritních mastných kyselin, které se nachází i v rostlinných olejích, řadu dalších minoritních mastných kyselin (počet cca 40, obsah celkem cca 10 %). Minoritní mastné kyseliny odlišují mléčný tuk (máslo) od emulgovaných rostlinných tuků (margarínů). Podle výrobců emulgovaných tuků jsou tyto tuky zdrojem omega 3 a omega 6 nenasycených mastných kyselin. Mezi minoritními mastnými kyselinami mléčného tuku je unikátní kyselina 11-cyklohexylundekanová (obsah v mléčném tuku 0,1 0,2 %), která je jedinou cyklickou mastnou kyselinou nacházející se v mléčném tuku. Kyselina 11-cyklohexylundekanová má inhibiční účinek jiţ od koncentrace 0,05 mmol/l na Bacillus cereus, Escherichia coli a Fusarium culmorum (ŠMIDRKAL et al., 2008) Sacharidy Hlavním představitelem sacharidů je laktosa. Vyskytuje se pouze v mléce, proto je také nazývána mléčný cukr, a nevyskytuje se v ţádných dalších tělních tekutinách ani orgánech ţivočišného organismu (pouze ve vysokém stupni gravidity byla zjištěna ve stopách v krvi, příp. i moči) (GAJDŮŠEK, 2003). Mléko obsahuje stopové mnoţství dalších sacharidů, zahrnujících glukosu (50 mg/l), fruktosu, glukosamin, kyselinu neuraminovou a neutrální nebo kyselé oligosacharidy. 17

17 Laktosa je redukující disacharid tvořený D-glukosou a D-galaktosou, které jsou spojené β-glykosidovou vazbou. Spolu se sodíkem, draslíkem a chloridovými ionty, má význam při udrţování osmotického tlaku (FOX, MCSWEENEY, 1998). Můţe být oddělena z mléka nebo ze syrovátky tím, ţe se nechá vykrystalizovat. Krystalická laktosa se vyrábí ve velkém mnoţství. Pouţívá se zejména v potravinářství a léčivech, téměř všechny prášky obsahují laktosu jako plnivo. Také se pouţívá jako surovina pro řadu chemických nebo enzymových derivátů, jako je laktitol, laktulosa a oligosacharidy (WALSTRA et al., 2006). Obsah laktosy v mléce různých druhů ţivočichů značně kolísá. Většina laktosy v roztoku se nachází v poloacetalové formě, tj. s kyslíkovými můstky mezi prvým a pátým uhlíkem. Asymetrický charakter prvého uhlíku na glukozovém zbytku způsobuje dvě modifikace α a β. Laktosa otáčí rovinu polarizovaného světla, to znamená, ţe existuje ve dvou formách jako pravotočivá nebo levotočivá. (ZADRAŢIL, 2002). Při tepelném ošetření reaguje s volnými aminoskupinami (především lysinu) bílkovin za vzniku Maillardových reakcí, jejichţ produkty způsobují změnu chuti (vařivá) a hnědnutí sterilovaného mléka. Při rychlém sušení nebo zmrazování vzniká bezvodá amorfní laktosa, která je hygroskopická, přijímá postupně vodu za tvorby α-hydrátu. To má negativní vliv na vlastnosti sušeného mléka a syrovátky (ŠTĚTINA, 2009). U lidstva je zaznamenána řada typů sníţeného vstřebávání (malabsorbce) a nesnášenlivosti (intolerance) sacharidů v mléce. Laktosová malabsorbce a intolerance se vyskytuje poměrně často. Vzniká redukcí laktasové aktivity ve sliznici tenkého střeva. Zvyšující se koncentrace laktosy způsobuje zvyšování osmotického tlaku a přechod vody přes sliznici do střeva. Výslednými symptomy je tlak ve střevě, větry, kolika a průjem. U dětí do tří let je aktivita laktasy nízká, neboť i první kolostrum má méně laktosy. Zvýšení mnoţství laktosy pak určuje zvyšování aktivity laktasy. U mláďat savců pak opět klesá aktivita laktasy po jejich odstavení. V pozdějším věku u velké části lidstva tento enzym chybí a konzumace mléka vykazuje problémy. (GAJDŮŠEK, 2003). Laktosa má význam především při fermentaci, kde za pomoci bakterií mléčného kvašení se tvoří kyselina mléčná, po případě další produkty závislé na druhu fermentace a pouţitých mlékařských kulturách (MRÁZEK, 2009). Přes určitou nejednotnost v průběhu závislosti obsahu laktosy v mléce na datu odběru lze říci, ţe v období měsíců července listopadu vykazovaly průměrné hodnoty obsahu 18

18 laktosy v mléce mírné zvýšení. V měsících prosinec a leden bylo u průměrných hodnot laktosy v mléce patrné zřejmé sníţení (HEJTMÁNKOVÁ et al., 2002). Mnoţství laktosy v mléce je relativně stabilní, při změnách krmné dávky nebo výskytu metabolických poruch se mění velmi málo. Při nedostatečném příjmu vody se můţeme setkat se zvýšením koncentrace laktosy v mléce. K mírnému poklesu koncentrace laktosy dochází při výrazném energetickém deficitu (ketozy) nebo při závaţných hepatopatiích. Sledování mnoţství laktosy v mléce jako indikátoru výskytu metabolických poruch ve stádě má malý praktický význam, existují citlivější indikátory. Sníţení koncentrace laktosy v mléce je při zánětech mléčné ţlázy rychlé a výrazné, mnoţství solí se zvyšuje. Tyto změny se vyuţívají i v diagnostice mastitid chlorcukerné číslo, změna vodivosti mléka apod. Sledování koncentrace laktosy v bazénových vzorcích mléka můţeme povaţovat za včasný indikátor narušení zdravotního stavu mléčných ţláz (TICHÁČEK, 2007) Minerální látky Minerální látky se vyskytují v podobě solí, minerálních látek a popelovin. Soli se nacházejí ve formě pravých roztoků (ionty Na, K, Cl), v koloidní formě (fosforečnan vápenatý, kalciumcitrát), na bílkoviny jsou navázané vápenaté ionty, hořečnaté, fosfáty a citráty. Kyselina citronová se syntetizuje v buňkách mléčné ţlázy. Obsah popelovin kolísá od 0,6 do 0,8 %. Z výţivového hlediska ovlivňují stupeň bobtnání koloidů, regulují osmotický tlak a koncentraci vodíkových iontů. Působí jako aktivátory enzymů anebo jejich sloţek a mají významnou roli pro regulaci acidobazických rovnováh. Udrţují bílkoviny v rozpustném stavu. Obsah fosfátů, solí vápníku a citrátů má vliv na termostabilitu (UHRÍN et al., 2002). Minerální látky se dostávají do mléka z krve. Nejedná se však o pouhý přenos všech solí z krve, jelikoţ při porovnání v krevní plazmě převaţuje sodík, zatímco vápník, draslík a kyselina citronová jsou v nepatrném mnoţství, a naopak v mléce převaţuje draslík, vápník a kyselina fosforečná, zatímco sodíku je v mléce relativně méně. Epitelové buňky mléčné ţlázy mohou shromaţďovat minerální látky, i kdyţ rozpustné soli (např. chloridy) 19

19 přecházejí pravděpodobně přímo z krve. Zastoupení jednotlivých forem vápníku a fosforu v mléce závisí na obsahu bílkovin, zejména kaseinu, takţe poměrové zastoupení můţe ovlivňovat zdravotní stav dojnic, stádium laktace, zastoupení ostatních minerálních látek apod. Obdobně kyselina citronová se vyskytuje v mléce ve formě rozpustných solí i v koloidní formě (ZADRAŢIL, 2002). Celkové mnoţství vápníku v mléce je průměrně 1200 mg/l, 30 % se nachází v rozpustné formě v mléčném séru především jako hydrogenfosforečnan a citrát, ale méně neţ 10 % z celkového obsahu vápníku je v disociované formě. Převáţně je vápník přítomen v mléce v nerozpustné formě tzv. koloidního fosforečnanu vápenatého, který je obsaţen v kaseinových micelách. Mezi jednotlivými formami vápníku se vytváří rovnováha, která závisí na řadě faktorů ovlivňující i vlastnosti kaseinu. Při zvýšené kyselosti mléka, např. fermentací laktosy na kyselinu mléčnou, roste podíl rozpustného a disociovaného vápníku. Při tepelném ošetření mléka nad 60 C vápenaté ionty částečně přecházejí na koloidní fosforečnan vápenatý. Změna fosforečnanu vápenatého je vratná, ovšem původní rozpustnosti je dosaţeno velmi pomalu. Aktivitu vápenatých iontů zvyšuje přídavek sacharidů, např. sacharosy, a zvýšení iontové síly v mléce, např. přídavkem solí, naopak ji můţeme sníţit přídavkem fosforečnanu nebo citrátu (má chelatační účinky). Technologický význam dalších makroelementů mléka, spočívá v jejich vlivu na koligativní vlastnosti. Ty jsou určeny molární koncentrací, resp. aktivitou, rozpustných látek v mléce, asi z poloviny koncentrací laktosy a z poloviny rozpustnými solemi. Osmotický tlak syrového mléka je stálý, poněvadţ odpovídá osmotickému tlaku krevního séra dojnice. Tomu odpovídá pokles bodu tuhnutí vody v mléce (bod mrazu mléka), jeho stanovení se pouţívá pro důkaz porušení mléka přídavkem vody (ŠTĚTINA, 2009) Vitaminy Vitaminy jsou chemické látky, které lidský organismus potřebuje ve stopovém mnoţství, ale které nemohou být syntetizovány v lidském organismu. Hlavní třídění vitaminů je zaloţeno na jejich rozpustnosti ve vodě. Ve vodě rozpustné vitaminy a vitamin K fungují jako koenzymy, vitamin D jako hormon a vitamin E je především antioxidant (WALSTRA et al., 2006). 20

20 Mléko a máslo jsou významnými zdroji vitaminu A pro člověka. Obsah vitaminu A v mléce velmi kolísá. V létě je krmná dávka bohatá, v zimě chudá. Vhodnou kombinací krmiv můţeme hladinu vitaminu A v krmné dávce regulovat. Vitaminy skupiny B se tvoří v bachoru působením bachorové mikroflory. Roční doba a výţiva nemají vliv na mnoţství tohoto vitaminu v mléce (SEYDLOVÁ, 1994). Základní biologicky aktivní sloučeninou je askorbová kyselina, je jedním z nejméně stálých vitaminů. Mléko jako zdroj vitaminu C má skoro zanedbatelný význam a ještě při skladování syrového mléka dochází k jeho dalším značným ztrátám. Kyselina askorbová v mléce má vliv na oxidaci tuků. Vitamin D je společný název pro skupinu blízce příbuzných lipofilních 9,10-sekosteroidů, z nichţ nejdůleţitější jsou vitamin D3 neboli cholekalciferol a vitamin D2 neboli ergokalciferol. Vitaminy D se tvoří působením UV záření z prekurzorů, které se nazývají provitaminy D. Ergosterol je také hlavním sterolem většiny plísní, proto se přirozeně také vyskytuje v plísňových sýrech. Aktivitu vitaminu E má osm základních strukturně příbuzných derivátů chromanu. Strukturním základem vykazujícím aktivitu vitaminu E (tzv. vitagenům E) jsou tokol a tokotrienol, mající chromanový cyklus s nasyceným nebo nenasyceným postranním řetězcem o 16 atomech uhlíku. Obsah v ţivočišných tkáních a v mléce je ovlivněn především sloţením krmiva a také významně kolísá podle roční doby. Všechny přirozeně se vyskytující látky, které mají aktivitu vitaminu K (koagulační vitamin) jsou deriváty menadionu s nenasyceným isoprenoidním postranním řetězcem. I přestoţe vitamin K je částečně vytvářen i bachorovou mikroflórou, obsah vitaminu K v mléce je nízký. Biotin se vyskytuje jako prostetická skupina mnoha enzymů, je přítomen částečně jako volná látka a částečně vázaný na bílkoviny. Z potravy je absorbován jenom volný biotin. V mléce je koncentrace biotinu nízká. Pasterací dochází k 10 aţ 15 % ztrátám, v průběhu sušení jsou ztráty ještě vyšší. Některé mikroorganismy biotin produkují (kupř. střevní mikroflora) a při její výskytu kupř. v jogurtu se můţe mnoţství biotinu zvýšit (GAJDŮŠEK, 2003). 21

21 3.2.6 Enzymy Mléko obsahuje mnoho enzymů. Nativní enzymy mohou být vylučovány mléčnou ţlázou. Většina je syntetizována sekrečními buňky, jiné krví, např. plazmim. Několik enzymů je přítomno v leukocytech např. kataláza. Enzymy mikrobiálního původu mohou být přítomny v mikroorganismech, jsou vylučovány organismy nebo se uvolňují po rozpadu buněk. Jiné enzymy jsou rozptýleny v séru, ale některé z nich, jako jsou lipoproteinové lipázy, jsou z velké části asociovány s kaseinovými micelami. Řada enzymů můţe usnadňovat resorpci sloţek mléka do krve, pokud je dojení zastaveno. To se pravděpodobně týká plazminu a lipoproteinových lipáz, které nejsou velmi aktivní v čerstvém mléce, ačkoliv jsou přítomné ve vysokých koncentracích. Tyto, stejně jako některé další enzymy, mohou způsobit kaţení mléka během skladování. Některé enzymy jsou vyuţívány pro analytické účely. Dříve se předpokládalo, ţe aktivitu katalázy zvyšuje mastitida, ale tahle korelace není přesná. N-acetyl-beta-Dglukosaminidáza, také nazývána NAGáza, se dnes povaţuje za lepší ukazatel, ačkoliv opět tento vztah k mastitidě není přesný (WALSTRA et al., 2006). Většina z nativních enzymů se podílí na přirozeném antibakteriálním systému mléka. Některé mohou katalyzovat biochemické reakce, které vedou k tvorbě senzorických vad mléčných výrobků, případně i ke změně technologických vlastností. Větším rizikem jsou bakteriální enzymy pocházející z kontaminující mikroflóry, především termorezistentní proteasy a lipasy psychrotrofních mikroorganismů. Termorezistence nativních enzymů je různá, ztráty aktivity některých enzymů slouţí jako indikátor pro průkaz tepelného ošetření mléka (ŠTĚTINA, 2009). 3.3 Viskozita mléka Koeficient viskozity se řadí mezi nejdůleţitější parametry, charakterizující vnitřní vlastnosti kapalin. Udává schopnost kapaliny pohybovat se proti svému okolí (potrubí, nádobě apod.). Měření koeficientu spočívá v kvantitativním hodnocení pohybu kapaliny vůči okolí. 22

22 Viskozita závisí do značné míry na teplotě mléka. Pokud se teplota mléka zvýší z 20 C na 80 C, sníţí se viskozita mléka cca 5krát. Přidáním vody do mléka se sniţuje viskozita tekutiny, coţ by teoreticky znamenalo, ţe lze viskozitu určit i případné porušení mléka. Prakticky to není, kvůli značnému rozptylu hodnot viskozity mléka, moţné. Onemocněním mléčné ţlázy dochází k silnému narušení sloţení mléka a to mnohdy dříve, neţ se onemocnění zjistí. Při mastitidách dochází k narušení oddělování mléka a jeho sloţek od krve. Do mléka se dostává zvýšené mnoţství leukocytů, vytvářejících makroskopické útvary, coţ způsobuje zvětšené kolísání viskozity mléka a její zvýšení. Zjišťování viskozity je ve světě vyuţíváno k indikaci onemocnění mléčné ţlázy. Poloautomaticky fungující detektor mastitidy, zaloţený na základě kapilárního viskozimetru navrhl Whittlenstons (PEŠEK, 1997). Viskozita mléka je asi dvakrát vyšší neţ u vody. Mírně klesající ph obvykle vede k malému poklesu viskozity, radikální pokles ph způsobuje zvýšení viskozity, coţ je dáno agregací kaseinu. Homogenizace mléka má malý vliv na viskozitu (WALSTRA et al., 1999). Viskozita vody se výrazně sniţuje s rostoucí teplotou. Viskozita se zvyšuje, pokud jiné látky jsou přidány do vody, ať uţ se jedná o malé molekuly (např. sacharidy), polymery (např. xanthan) nebo částice (např. tukové globule) (WALSTRA et al., 2006). UHT mléko vykazuje vyšší viskozitu neţ syrové. Viskozita roste skladováním mléka při chladírenské teplotě. Růst se projevuje více u mléka ošetřeného přímým ohřevem (LUKÁŠOVÁ, 2001). Karageny prokazatelně zvyšují viskozitu mléka, různě dle typu karagenanu, přičemţ největší účinek má χ-karagenan při 10 C. Při 60 C je vliv všech 3 typů karagenanů (kappa, iόta a lambda) srovnatelný (KOVÁČOVÁ et al., 2008). 3.4 Měrná hmotnost mléka Měrná hmotnost je definována jako hmotnost na jednotku objemu a převáţně je vyjadřována v kg/m 3 nebo v g/cm 3. Měrná hmotnost mléka a mléčných výrobků slouţí 23

23 k přepočtu objemového měření na gravimetrické a naopak, a k výpočtu dalších fyzikálních vlastností, jako je kinematická viskozita a tepelná difuzivita. Měření měrné hmotnosti je rovněţ nepřímý postup měření koncentrace celkové sušiny, vhodný i pro kontrolu falšování mléka vodou. Měření měrné hmotnosti in-line se často pouţívá pro účely kontroly technologických mlékárenských procesů, kromě toho také pro celkovou sušinu mléčných koncentrátů z odparek nebo pro standardizaci na výrobu sýrů (SNÁŠELOVÁ et al., 2009). Měrná hmotnost směsného syrového mléka se v podmínkách ČR pohybuje v rozmezí 1,028 aţ 1,032 g/cm 3. Výsledná hodnota závisí na obsahu základních sloţek mléka, a to bílkovin, laktosy, tuku a minerálních látek. Zvýšené mnoţství tuku v mléce měrnou hmotnost sniţuje, bílkoviny, laktosa a minerální látky (tukuprostá sušina) měrnou hmotnost zvyšují. Měrná hmotnost se zvyšuje nad 1,032 g/cm 3 u odstředěného mléka nebo mléka s odebraným tukem. Měrná hmotnost mléka klesající pod 1,028 g/cm 3 je předběţným ukazatelem přidání vody. Přidaná voda v mnoţství 10 % sniţuje měrnou hmotnost o 0,003 g/cm 3. Změny měrné hmotnosti mléka způsobuje mnoho dalších faktorů, které mají vliv na sloţení mléka, jako je zhoršený zdravotní stav dojnic, zejména mastitidy, dietetické a metabolické poruchy, stadium laktace apod. Přesto, ţe se jedná o jednu z nejdéle sledovaných vlastností mléka, je nutné posuzovat mléko podle měrné hmotnosti opatrně, především u mléka od jedné dojnice (GAJDŮŠEK, 2003). Měrná hmotnost mléka je výslednicí hustot jeho tří hlavních sloţek: vody, tukuprosté sušiny (bílkovin, laktosy a solí) a tuku, které se v běţném mléce nacházejí v poměru 87:9:4. Se změnou jedné ze sloţek se měrná hmotnost mléka mění. Měrná hmotnost mléka je ovlivněna teplotou, kdy s rostoucí teplotou měrná hmotnost mléka se sniţuje. Měrná hmotnost mléka můţe záviset i na plemenu dojnic a fázi laktace. Sterilace, pasterace ani homogenizace neovlivňují měrnou hmotnost mléka (SNÁŠELOVÁ et al., 2009). Měrná hmotnost mléka závisí na sloţení, na teplotě a na teplotní historii (hustota klesá se zvyšující se teplotou díky teplotní expanzi). Tuk, sloţka s nejniţší měrnou hmotností, má největší vliv na měrnou hmotnost mléka. Měrná hmotnost tuku závisí na poměru kapalného tuku (niţší měrná hmotnost) k tuhému (vyšší měrná hmotnost). Tento poměr kapalného ku tuhému tuku závisí na teplotě mléka a na teplotní historii. Nejlepších výsledků je dosahováno při měření měrné hmotnosti po zahřátí mléka na C 24

24 s několika minutovou výdrţí pro dosaţení úplného roztání tuku a s následným zchlazením na 20 C. Pokud se zchlazení na 20 C provede rychle a ihned je změřena měrná hmotnost, tak mléčný tuk nevykrystalizuje ve větší míře (MCCARTHY, SINGH, 2009). Tab. 1 Měrná hmotnost složek mléka při 20 C (MCCARTHY, SINGH, 2009). Složka mléka 20 (kg/m 3 ) Voda 998,2 Tuk 918 Bílkoviny 1400 Laktosa 1780 Ostatní látky 1850 Krystalizace tuku způsobuje zvýšení měrné hmotnosti. Měrná hmotnost se zvyšuje s rostoucím obsahem tukuprosté sušiny a klesá se zvyšujícím se obsahem tuku (WALSTRA et al., 2006). Tab. 2 Závislost měrné hmotnosti mléka na teplotě a obsahu tuku (měrná hmotnost je uvedena v kg/m 3 ) (SNÁŠELOVÁ et al., 2009). tuk % t=5 C t=10 C t=15 C t=20 C t=25 C t=30 C t=35 C t=40 C 0,6 1035,4 1034,6 1033,7 1032,6 1031,2 1029,8 1028,1 1026,2 1, ,1 1034, ,7 1030,3 1028, ,1 2, ,8 1032,8 1031,7 1030, ,4 1025,6 1023,7 3, , ,6 1029,1 1027,6 1025, ,1 4, ,9 1031,7 1030,3 1028,4 1026,8 1024, ,1 1020,9 4, ,5 1031,1 1029,6 1028,1 1026,4 1024,6 1022,8 1020,8 5,6 1031,4 1030,1 1028,7 1027,1 1025,4 1023,6 1021,7 1019,7 Měrná hmotnost mléčných výrobků (mléko, syrovátka, zahuštěné mléko, slazené zahuštěné mléko a čerstvě zmraţený mraţený smetanový krém) je obecně měřena váţením známého objemu (pyknometr, hydrostatické váhy), určením míry potopení předmětu 25

25 pouţitím hustoměrů a laktometrů, hydrostatickým váţením ponořené baňky na Westfalských nebo analytických vahách, měřením objemu při známé hmotnosti produktu pouţitím dilatometrů. Výběr způsobu určení měrné hmotnosti závisí na poţadované přesnosti a na poţadované rychlosti stanovení. Dilatometry mohou být pouţity při různých teplotách. Nevýhodou pyknometrů je dlouhé ustavování teplotní rovnováhy a moţnost ztráty tuku, u tučných výrobků, v kapiláře. Nejobvyklejší způsob měření měrné hmotnosti představují laktometry, coţ jsou speciální hustoměry pro stanovení mléčné tukuprosté sušiny a celkové sušiny mléka. Laktometry jsou v mlékařství oblíbené pro jejich jednoduchost a rychlost, sice nezměří velké mnoţství vzorků, ale nevyţadují nákladné a sloţité zařízení a metodiku. Pro stanovení mléčné tukuprosté sušiny nebo celkové sušiny mléka je zpravidla pouţíván Quevennův laktometr. Rozpuštěný plyn výrazně sniţuje měrnou hmotnost, která je závislá na tlaku. Měření měrné hmotnosti za regulovaného tlaku je jedním ze způsobů stanovení mnoţství plynu v tekutých mléčných výrobcích (SNÁŠELOVÁ et al., 2009). 3.5 Měrná elektrická vodivost mléka Mléko v elektrickém poli působí jako slabý elektrolyt. Je to dáno rozpuštěnými a disociovanými solemi. Elektricky se v mléce chová více součástí, protoţe vlastní elektrický náboj vykazují molekuly bílkovin, jejich komponenty i tukové kapénky. Tyto náboje se zpravidla nezúčastní vedení elektrického proudu, ale mohou hrát důleţitou roli při tvorbě permitivity mléka, především mohou být zdrojem její proměnné sloţky v závislosti na frekvenci (GAJDŮŠEK, KLÍČNÍK, 1993). Měrná vodivost je převrácená hodnota měrného odporu. Měrná vodivost mléka se obvykle pohybuje v rozsahu 0,40 0,55 S/m. Ionty (zejména sodné, draselné a chloridové) jsou většinou příčinou elektrické vodivosti mléka, která je zvyšována bakteriální fermentací laktosy na kyselinu mléčnou. Měření měrné vodivosti mléka se pouţívá jako rychlá metoda pro detekci subklinické mastitidy. Vodivost roztoků se mění podle koncentrace a zředění. Přímé měření vodivosti je nevhodné pro stanovení mnoţství přidané vody do mléka (FOX, MCSWEENEY, 1998). 26

26 Měrná vodivost mléka je z převáţné míry způsobena přítomnými v mléce disociovanými solemi. Mléko bez solí prakticky elektrický proud nevede. Hodnoty měrné vodivosti mléka při teplotě 20 C kolem 0,4 S/m odpovídají mléku zdravých dojnic. Zvýšení na 0,6 S/m jiţ vypovídá o porušenosti mléka přídavkem mléka mastitidních dojnic nebo vody. Při zjišťování měrné vodivosti mléka bylo zjištěno, ţe měrná vodivost se zvyšuje se sníţením laktosy v mléce v přímé úměrnosti. Toto zjištění lze vysvětlit tím, ţe poklesem obsahu laktosy v mléce dochází automaticky ke zvýšení obsahu solí (zejména chloridů) a tím i zvýšením měrné vodivosti mléka. Tato kompenzace je nezbytná pro udrţení rovnováhy mezi osmotickým tlakem krve a mléka v mléčné ţláze. Obsah tuku má jen nepatrný vliv na měrnou vodivost mléka. S rostoucím obsahem tuku se měrná vodivost pomalu sniţuje (PEŠEK, 1997). Hlavním účinkem mléčných bílkovin je bránit migraci iontů a tím oslabit elektrickou vodivost. Avšak, za určitých podmínek uvolnění vápenatých iontů z kaseinových micel můţe mít za následek zvýšení elektrické vodivosti. Vodivost pasterovaného plnotučného mléka vzroste o 15 %, pokud bylo mléko ponecháno při pokojové teplotě po dobu 48 hodin. Podobný nárůst nastane, kdyţ je mléko okyseleno na ph 4,9 5 (MCCARTHY, SINGH, 2009). Na velikost elektrického odporu mléka má velký vliv přídavek vody. Po přidání vody do mléka měrná vodivost většinou vzroste. Někdy mléko zředěné 5 % vody má měrnou vodivost aţ o 10 aţ 20 % niţší ve srovnání s mlékem neporušeným. Tento rozpor je zřejmě vysvětlitelný nedostatečnou definicí pojmu voda, která můţe být měkká s nízkým obsahem minerálních solí nebo tvrdá s vysokým obsahem minerálií. V prvém případě dochází ke zřeďování mléka jako elektrolytu a měrná vodivost nutně se sníţí, ve druhém případě měrná vodivost naopak vzroste. Měrná vodivost elektrolytu obecně roste se zvyšující se teplotou i zvyšující se pohyblivostí iontů při zvyšující se teplotě. Růst měrné vodivosti s rostoucím stářím mléka určitě velmi těsně souvisí se změnou kyselosti, která nejprve pomalu, ale pak čím dál rychleji se zvyšuje. Růst měrné vodivosti mléka v průběhu stárnutí můţe být indikátorem růstu jeho kyselosti (PEŠEK, 1997). Stanovení měrné elektrické vodivosti mléka se pouţívá pro screening subklinických mastitid. Bylo navrhnuto mnoho přístrojů, které umoţňují měření ve stáji. Podstata měření 27

27 vychází z faktu, ţe mléko je elektrolyt, protoţe obsahuje disociované ionty, jejichţ mnoţství v mléce při zánětlivém procesu vzrůstá. To se především týká iontů chloridových a sodných (HOFÍREK et al., 2004). V praxi se zjišťují jiné hodnoty měrné vodivosti mléka zdravých dojnic a dojnic nemocných. Zvláště významné odchylky byly zjištěny při mastitidách dojnic. Zaznamenaný růst hodnot měrné vodivosti nemocných dojnic je spojen se změnami mezi obsahem rozpuštěných solí (chloridů) a laktosy v mléce. Růst měrné vodivosti odpovídá zvýšení mnoţství chloridů v mastitidním mléce. Hodnoty měrné vodivosti reagují také na zvýšení mnoţství alkálií v mléce, tj. na porušení mléka chemikáliemi, např. alkalickými desinfekčními prostředky. Vyuţití hodnot měrné vodivosti pro identifikaci mastitid z praktického hlediska naráţí na výrazný rozptyl hodnot měrné vodivosti. Vyuţití měrné vodivosti mléka je technicky, ekonomicky i energeticky nenáročná metoda. Její největší výhodou je, ţe prokazatelně indikuje zvláště změnu fyziologického či patologického stavu dojnice o několik dnů dříve, neţ je případné onemocnění zjistitelné z vnějších projevů dojnice. Výhodou je moţnost průběţné kontroly stavu dojnic při kaţdém dojení (jsou-li v dojírně veškerá stání opatřena indikátory) s okamţitým upozorněním na podezřelou dojnici (PEŠEK, 1997). 3.6 Povrchové napětí mléka Povrchové napětí kapaliny se řadí mezi významné parametry určující chování kapaliny za různých okolností (stabilita kapalinových útvarů, schopnost pěnění, máčivost za určitých podmínek atd.). Nejvíce uváděné hodnoty povrchového napětí mléka při teplotě 20 C jsou v rozmezí hodnot 45 aţ N/m (PEŠEK, 1997). Povrchové napětí mléka je jednou ze základních fyzikálních vlastností, která souvisí se stabilitou pěny a emulze. Mléko obsahuje několik povrchově aktivních sloţek (kaseinové micely, fosfolipidy, syrovátkové bílkoviny a mastné kyseliny), které mohou sniţovat povrchové napětí. Soli a laktosa nemají vliv na povrchové napětí. Povrchové napětí mléka ovlivňuje obsah tuku, homogenizace a teplota. Povrchové napětí klesá 28

28 se zvyšujícím se obsahem tuku (do 4 %), ale při vyšším obsahu tuku jiţ nedochází k dalšímu poklesu. Účinek homogenizace závisí na tlaku. Při nízkém homogenizačním tlaku (5 MPa) u homogenizovaného mléka je povrchové napětí niţší neţ u nehomogenizovaného, coţ je vzhledem k uvolnění povrchově aktivních látek mléka z membrán tukových globulí způsobeno rozpadem tukových globulí nebo uvolňováním volných mastných kyselin aktivací lipáz během homogenizace. Homogenizace syrového mléka při vyšším tlaku můţe vést ke zvýšení povrchového napětí. Povrchové napětí homogenizovaného mléka je vyšší neţ nehomogenizovaného, jestliţe bylo pasterováno před homogenizací. Tepelné ošetření mléka při sterilační teplotě můţe způsobit malé zvýšení povrchového napětí, které nejspíše souvisí s denaturací syrovátkových bílkovin, která sniţuje jejich povrchovou aktivitu (MCCARTHY, SINGH, 2009). Smáčení hydrofilních pevných povrchů mléčnými tekutinami obsahujícími tuk je jevem ovlivňujícím povrchové napětí, které můţe mít vliv na čistící procesy a na prevenci znečištění v mlékárenském průmyslu. Povrchové napětí mléka se sniţuje logaritmicky s časem bez ohledu na obsah tuku. Nad 10 MPa homogenizace vede ke zvýšení povrchového napětí nejspíše kvůli niţšímu ustávání smetany a nedostatku kaseinů v kontinuální fázi (MICHALSKI, BRIARD, 2003). 3.7 Bod mrznutí Definování bodu mrznutí mléka Bod mrznutí je významná fyzikální vlastnost mléka, která se pouţívá v současné době k rychlému posouzení technologické neporušenosti směsného syrového mléka. Tato vlastnost je poměrně konstantní ( 0,54 aţ 0,57 C) a souvisí se stálostí osmotického tlaku. Deprese bodu mrznutí mléka proti vodě je způsobena přibliţně z 50 % obsahem laktosy a cca s 30 % rozpuštěnými solemi (chloridy, fosfáty, citráty). 29

29 Pro nakupované směsné mléko byla určena hodnota bodu mrznutí mléka 0,520 C v rámci EU. Původně se na základě bodu mrznutí mléka stanovovala velikost porušení mléka vodou (1 % přidané vody zhoršuje bod mrznutí cca o 0,005 C). Úmyslné zvodnění mléka však je za současných podmínek chovu a produkce mléka málo pravděpodobné, více pravděpodobné je neúmyslné zvodnění nejčastěji z příčin technických (kondenzační voda, reziduální voda v potrubí apod.), které podle stavu dojícího zařízení a délky potrubí ukazuje porušení 0,2 aţ 0,4 % vody, coţ odpovídá zhoršení bodu mrznutí o 0,001 aţ 0,002 C. Na základě dlouhodobých a rozsáhlých sledování je uváděno, ţe sníţení obsahu laktosy o 0,1 % představuje zhoršení bodu mrznutí o 0,005 C, sníţení obsahu bílkovin o 0,1 % zhoršení o 0,0025 C a sníţení obsahu močoviny o 10 mg/100 ml mléka sníţení o 0,002 C (GAJDŮŠEK, 2003). Mléko obsahuje sloţky, které se díky své nízké molekulové hmotnosti nachází v mléčném séru a ovlivňují tak bod mrznutí mléka. Při podchlazení nebo zahřátí mléka dochází k agregaci rozpustných solí (z mléčného séra) a jejich přesunu na kaseinové micely nebo tukové kuličky. Tato reakce je však vratná, a proto se můţe bod mrznutí měnit v závislosti na časové prodlevě mezi zpracováním a měřením vzorku. Zvýšení bodu mrznutí lze i přisuzovat změně uvnitř komplexu kalcium fosfátu a změně tlaku oxidu uhličitého. Tento posun činí asi 0,002 C v závislosti na teplotě a době záhřevu (ROUBAL et al., 2004). Z fyzikálně chemického hlediska jsou za hodnoty bodu mrznutí odpovědné hlavně mnoţství laktosy a sodíku, dále pak nedostatky v energetické hodnotě krmiv, bílkovině a mineráliích. Bod mrznutí roste (blíţí se k nule) při deficitu bílkoviny, energie a sodíku (SEYDLOVÁ, 1994) BMM jako kvalitativní parametr v ČR a v Evropě Podle vyšetření v ČR v systému kontroly kvality syrového bazénového kravského mléka dodávaného ke zpracování do mlékáren byla v roce 2002 průměrná hodnota bodu mrznutí mléka 0,5223 C. V Evropě se dostupné průměrné statistické hodnoty zemí pohybují od 0,520 C do 0,531 C v závislosti zejména na systémech chovu a průměrné 30

30 uţitkovosti, či stupni prošlechtěnosti dojnic. Limitu 0,515 C (podle platného, ale nezávazného standardu ČSN ) neodpovídalo v ČR 5,1 % dodávek mléka (HANUŠ et al., 2003). Tab. 3 Průměrné BMM v některých evropských státech a regionech spolu s údaji o užitkovosti dojnic (HANUŠ et al., 2003). Stát, země, resp. region BMM C Průměrná dojivost v kg za laktaci Česká Republika 0, Slovensko 0, Maďarsko 0, Litva 0, Kypr 0, Sasko 0, Durynsko 0, Meklenbursko, Dolní Pomořansko 0, Bavorsko 0, Bádensko-Württembersko 0, Jiţní Tyrolsko 0, Švýcarsko 0, Rakousko 0, Nizozemsko 0, Belgie 0, Od roku 1993 se bod mrznutí v ČR stal nově hodnoceným znakem kvality syrového kravského mléka. Povinné a systematické určování bodu mrznutí mléka od všech dodavatelů vyplývá ze snahy docílit dalšího zlepšení jakosti nakupované mlékárenské suroviny a přiblíţit naše normy hygienickým předpisům pro výrobu a prodej mléčných výrobků zemím EU. 31

31 Pokud byla ve vzorcích mléka zjištěna hodnota bodu mrznutí vyšší neţ hodnota uvedená v ČSN , je dodávané mléko povaţováno za zvodněné a dodavatel je za nestandardní dodávky peněţně postihován (PEŠEK, 1997). Nedosaţení poţadované hodnoty bodu mrznutí řadí mléko do nestandartní třídy bez ohledu na jeho kvalitativní a látkové sloţení. Při zjištění překročení bodu mrznutí by měla okamţitě následovat stájová zkouška, která by jasně prokázala původ změněné hodnoty (SEYDLOVÁ, 1994). Při zjištěném zhoršení bodu mrznutí mléka je jak v zahraničí, tak i u nás uplatňováno následující pravidlo: Pokud se prokáţe při následném odběru stájového vzorku mléka (vzorek se odebírá v intervalech 11 aţ 13 hodin po předchozím dojení a to z jednoho dojení ranního nebo večerního) při kontrolovaném průběhu dojení (záruka neporušení mléka vodou), ţe hodnota bodu mrznutí je znovu nevyhovující, tj. zhoršení je zapříčiněno jinými vlivy neţ porušením mléka vodou, tato hodnota se připouští a neuplatňují se na dodavatele sankce za nedodrţení bodu mrznutí mléka (GAJDŮŠEK, 2003) Faktory ovlivňující BMM Enviromentální a nutriční faktory jako je roční období, klima, krmivo, fáze laktace, plemeno, doba dojení, příjem vody a klinická mastitida mají jen relativně malý účinek na bod mrznutí mléka, i kdyţ výrazné změny lze pozorovat za extrémních okolností (MCCARTHY, SINGH, 2009) Zvodnění mléka Přídavkem vody se mění bod mrznutí neboli kryoskopická hodnota mléka. Jedná se tedy buď o úmyslné, nebo technologické zvodnění, přičemţ u dojíren je menší mnoţství neţ u potrubního dojení. Neţádoucím změnám bodu mrznutí se lze vyvarovat těmito opatřeními: potrubí dojení vysušovat stěrkami, první mléko, které projde potrubím, vyřadit 32

32 z dodávky, jelikoţ je u něj velká moţnost nejen vysoké kryoskopické hodnoty, ale i bakteriologické kontaminace, u konvového dojení dojit do suchých konví, mezi dojnicemi nevyplachovat vodou, zabránit úmyslnému zvodnění mléka, technické defekty na čištění chladícího zařízení mohou působit překročení bodu mrznutí (SEYDLOVÁ, 1994). Při správném provádění čištění a desinfekce dojícího zařízení nedojde ke změnám bodu mrznutí mléka. Při srovnání podniků s dojírnami a potrubním dojícím systémem však vycházejí lépe dojírny, kde moţnosti technologického zvodnění jsou velmi omezené. Např. v jednom podniku s potrubním dojícím zařízením bylo stanoveno, ţe první podíly nadojeného mléka měly bod mrznutí 0,516 C, střední podíly 0,528 C, konečné podíly 0,530 C a celkový nádoj 0,529 C (PEŠEK, 1997). Při výrobě konzumního mléka dochází k jeho zvodnění vázanou, zbytkovou a kondenzovanou vodou. Na kaţdý metr čtvereční plochy, se kterou je mléko v průběhu výroby ve styku připadá 40 ml. Toto zvodnění činí přibliţně 0,3 0,5 % vody. Při výrobě konzumního mléka se zvyšování bodu mrznutí připisuje buď neodstranitelnému zvodnění, nebo tepelnému ošetření. Během výroby konzumního mléka se zvyšuje bod mrznutí, i kdyţ se sloţení původního pasterovaného mléka a konečného trvanlivého mléka nemění. Nejlepších výsledků dosahují mléka plnotučná i přes to, ţe mnoţství tuku má minimální vliv na bod mrznutí. Prvotřídní ukazatel zvodnění ze sloţek mléka je tukuprostá sušina. Při přidání vody do mléka dochází ke zvýšení hodnoty bodu mrznutí a ke sníţení hustoty. Bod mrznutí roste lineárně s obsahem přidané vody. Hustota mléka se sniţuje lineárně s přídavkem vody a 1 % se projeví poklesem přibliţně o 0,3 kg/m 3. Na rozdíl od hustoty je nárůst bodu mrznutí výrazný, a pokud se předpokládá zvodnění při výrobě konzumního mléka 0,3 0,5 % vody, tak bod mrznutí vzroste o 0,002 0,003 C. Při takto předpokládaném zvodnění by se hustota mléka sníţila o 0,1 0,15 kg/m 3. Jestliţe je sloţení výchozího syrového mléka dobré, tak ani pomocí bodu mrznutí, hustoty a ani sloţení nelze poznat 1 % ředění vodou u konzumního mléka. Pokud je však bod mrznutí syrového mléka na hranici tedy například na hodnotě 0,520 C, tak je moţné, ţe dojde k růstu bodu mrznutí nad stanovenou hranici 0,515 C jenom díky technologickému procesu. Vliv zvodnění na lince je moţné minimalizovat zpracováváním velkého mnoţství mléka (ROUBAL et al., 2004). 33