Studia nad zjawiskami powierzchniowymi środków spożywczych

.TAN CZA.TKA

ROCZNlKI PZH )960, t. XI. nr 2

STUDIA NAD ZJAWISKAMI POWIERZCHNIOWYMI

ŚRODKÓW SPOŻYWCZYCH

1. NAPIĘCIE POWIERZCHNIOWE MLEKA I PRZETWORÓW MLECZNYCH Z Działu Higieny Żywienia i Żywności W.S.S.E. w Lublinie

Ważność

zagadnienia zjawisk powierzchniowych

artykułów spożyw­

czych znajduje · odbicie w

piśmiennictwie

fachowym ostatniego okresu.

Badania te

były

prowadzone z

myślą

o wykorzystaniu takich zjawisk powierzchniowych, jak

napięcie

powierzchniowe i

właściwości

kapilarne do oceny

jakości środków spożywczych.

Mleko i przetwory mleczne

charakteryzują się

zmianami

napięcia

powierzchniowego.

Wartość

jego zmienia

się zależnie

od

właściwości

chemicznych, warunków produkcji, czasu przechowywania, ogrzewa- nia itp.

Napięcie

powierzchniowe mleka jest

niższe

od wody i wynosi

około

50 dyn/cm. To stosunkowo

duże obniżenie napięcia

w stosunku do wody spowodowane jest

obecnością związków

powierzchniowo czynnych. We-

dług Bełousowa

(1)

przyczyną obniżenia napięcia

powierzchniowego mleka

są związki mające zdolność

adsorbowania

się

na powierzchni

tłuszczowych

kuleczek emulsji lub na granicy faz plazmy mleka - po- wietrze. W tym ostatnim przypadku

stanowią

one

przyczynę zdolności

pianotwórczej mleka.

Związkiem obniżającym napięcie

i

adsorbującym się

na powierzchni kuleczek emulsji jest kompleks lipoproteinowy

skła­

dający się

z

białka

i lipoidu.

Dahlberg i Henning (2) wykazali,

że napięcie

powierzchniowe mleka i

śmietany

zmienia

się

w

zależności

od czasu i sposobu pasteryzacji.

Mleko poddane zabiegowi pasteryzaji

podwyższa

swoje

napięcie

po- wierzchniowe, przy czym proces starzenia

się

mleka nie

obniża napięcia

do pierwotnej

wartości.

Badacze ci stwierdzili

również, że obniżenie napięcia

i

podwyższenie lepkości śmietany wpływa

dodatnio na jej zdol-

ność zmaślania.

Zmiana

napięcia

powierzchniowego mleka w

zależności

od warunków jest jego

charakterystyczną cechą. Przyczyną

zmian jest prawdopodob- nie zmiana w stanie koloidalnym

białka znajdującego się

w mleku, które przy

wyższych

temperaturach ulega swoistym zmianom struktu- ralnym.

Badania Tarasuka i Schmita (3)

wykazały równieź, że

pod

wpływem

starzenia zmienia

się napięcie.

Badali oni to zjawisko w

związku

ze

wzrostem bakterii Streptococcus lactis i stwierdzili,

że

nadmierny wzrost

tych bakterii powoduje

zwiększenie napięcia

powierzchniowego. Raffaeli

i David (4) natomiast wykazali,

że

substancje

białkowe działają

obni-

174

^{J. Czajka}

Nr 2

zaJąco

na

napięcie

powierzchniowe,

mały

natomiast

wpływ wywierają związki tłuszczowe.

Stwierdzili oni

również, że

przy zmianie pH

nastę­

puje zmiana

napięcia

w sposób nieregularny.

Zmiana

napięcia

powierzchniowego mleka w

zależności

od czasu prze- chowywania w temperaturze pokojowej i

wpływu tworzących się

w trak- cie

kwaśnienia

mleka

związków

powierzchniowo czynnych jest przed- miotem niniejszej pracy.

CZĘSć DOŚWIADCZALNA

Celem nm1eJszej pracy jest:

1)

dokładne

zbadanie

wartości napięcia

powierzchniowego mleka,

maś­

lanki, twarogu, sera 200/o i sera 400/o

znajdujących się

w stanie

świeżym,

2) stwierdzenie zmian

napięcia

powierzchniowego wymienionych pro- duktów w

zależności

od czasu;

3) zbadanie

zależności napięcia

od

stężenia

wymienionych serów;

4)

wyciągnięcie

wniosków co do

możliwości

praktycznego wykorzy- stania danych

doświadczenia.

METODYKA

Postanowiono

zbadać zmianę napięcia

powierzchniowego w

zależności

od czasu w mleku pasteryzowanym,

zawierającym

2,50/o

tłuszczu, maś­

lance, twarogu o

zawartości około

650/o wody, serach

zawierających

20 i 400/o

tłuszczu.

Przygotowanie prób do

badań,

Mleko przeznaczone do

badań

pobie- rano w mleczarni i natychmiast

przystępowano

do

oznaczeń napięcia

powierzchniowego.

Maślankę

pobierano

również

z mleczarni

bezpośred­

nio po zrobieniu

masła

i natychmiast

przystępowano

do wykonywania , pomiarów. W mleku i

maślance napięcie

powierzchniowe mierzono bez-

pośrednio.

Celem wykonania pomiarów

napięcia

powierzchniowego se- rów

sporządzano 20/o-ową zawiesinę, którą dokładnie wstrząsano,

by

możliwie

wszystkie

związki

rozpuszczalne w wodzie, a

zawierające związki

powierzchniowo aktywne,

mogły przejść

do roztworu. Po do-

kładnym wytrząśnięciu

i

odsączeniu

w

przesączu

badano

napięcie

po- wierzchniowe.

Badane produkty, z których pobrano próbki do pierwszego pomiaru ,

zamknięto

w naczyniu z doszlifowanym korkiem. Pomiary serów pro- wadzono co pewien czas w okresie

około

30 dni. W mleku i

maślance

pomiary

początkowo

powtarzano co

godzinę, później

rzadziej.

Celem wykonania pomiarów

napię-cia

powierzchniowego w

zależności

od

stężenia

produktów,

sporządzono

wodne zawiesiny serów i twarogu o

stężeniu

1°/o, 5°/o i 10°/o. Zawiesiny

dokładnie wytrząsano, przesączono,

a

przesącz

poddano pomiarom.

Wyk o n a n ie pomiarów. Pomiary

napięcia

powierzchniowego wykonano

metodą pęcherzykową opracowaną

przez Jaegera (5), a zmo-

dyfikowaną

przez Rebindera (6). Metoda ta polega na pomiarze

ciśnienia

potrzebnego do

przepływu

powietrza przez

powierzchnię

badanej cieczy.

Przy

każdej

serii pomiarów badanego roztworu mierzono równolegle

ciśnienie

czystej, dwukrotnie destylowanej wody, której

napięcie

po-

wierzchniowe w temp. 20°

przyjęto

72,75 dyn/cm (7).

Nr 2

^O napięciach powierzchniowych

175,

Zastosowany do pomiarów aparat

składał się

z pojedynczej kapHary pomiarowej . Kapilara ta

znajdowała

w naczynku z

badaną cieczą.

Ca-

łość otaczał płaszcz

wodny o

stałej

temperaturze.

Ciśnienie

odczytywano, za

pomocą pochyłego

manometru

różnicowego.

Wyniki pomiarów zestawiono w tabelach od I - III.

^Są

one

^średnimi

wartościami

kilku pomiarów.

OMÓWIENIE WYNIKÓW

Zmiana

napięcia

powierzchniowego mleka,

maślanki,

roztworu sera i twarogu w

zależności

od czasu

przedstawiają

tab. I i II. Zmiany wiel-

kości

tej

właściwości

fizycznej w

zależności

od

stężenia

zawiesiny przed- stawia tab. III.

Tabela I

Zmiana napięcia powierzchniowego mleka i maślanki w zależności od czasu

Czas L.p.

w godz.

1 2 3

4

i

5 ' 6 i .

7 8 9 10 : 11 ;

o

1 2 3 4 8 24 30 40 55 72

_ _________ (w dyn/cm)

----·-· ·------.. - - --- ..

Mleka pastewnego (2,5% tłuszcżu średnia wartość

51,61 48,10 48,71 48,15 48,75 47,25 47,23 46,53 46,53 47,30 51,60

Maślanka średnia wartość

50,29 47,95 48,10 48,10 48,25 48,15 48,00 48,50 49.20

Tabela I ilustruje zmiany

napięcia

powierzchniowego mleka pastery- zowanego i

maślanki.

Zmiana

napięcia

w

zależności

od czasu w mleku pasteryzowanym nie przebiega regularnie.

Początkowo

zmniejsza

się gwałtownie,

a po 2 godzinach spadek ten jest znacznie

łagodniejszy.

Po 30 - 48 godzinach

osiąga

minimum, po czym znowu podnosi

się.

Zmiana kierunku

uzależniona

jest od momentu

kwaśnienia.

· Podobny co do kierunku jest przebieg zmian

napięcia

powierzchnio- wego

maślanki.

Srednia

wartość

tej

wielkości

w stanie

świeżym

wynosi 35,79 dyn/cm, po czym podnosi

się

do

wartości

49,20 dyn/cm.

Zmierzono

również napięcie

powierzchniowe mleka niepasteryzowa- nego w stanie

świeżym

o

zawartości

3,50/o

tłusz-czu

i 2°/o-owej emulsji

śmietany zawierającej

21

¹¹

/o

tłuszczu. Napięcie

to dla mleka

świeżego

wynosi

średnio

49,43 dyn/cm, a dla 20/o-owej emulsji

śmietany

47,98 dyn/cm.

Wartość napięcia

otrzymana dla mleka

pełnego

jest mniej- sza,

aniżeli

dla mleka pasteryzowanego, co zgodne jest z danymi z

piś­

miennictwa (2).

176

J. Czajka

Nr 2

Oceniając

mleko,

maślankę

i

śmietanę

pod

względem właściwości

po- wierzchniowych,

możemy stwierdzić, że największe średnie napięcie

powierzchniowe skonstatowano w mleku pasteryzowanym, najmniejsze w mleku niepasteryzowanym.

Należy

jednak

zaznaczyć, że

dane te uzyskane przez

bezpośredni

pomiar w mleku i

maślance

nie

są

porów- nywalne z danymi dla 2!

⁰

/o-owej zawiesiny

śmietany.

Pomiar

napięcia śmietany

ma charakter tylko orientacyjny.

Dane otrzymane dla mleka

świeżego zgadzają się

z danymi p1smien- nictwa (2).

Również

kierunek zmiany stwierdzony przez Dahlberga i Henninga pokrywa

się

z naszymi wynikami. Wyniki

własnych badań są

nieco inne dla mleka pasteryzowanego,

aniżeli

otrzymane przez Rafaelli i Davida.

Różnice

te spowodowane

były

prawdopodobnie wa- runkami

doświadczenia.

Wspomniani autorzy

obniżali

pH przez dodatek HCl, w naszym

zaś

wypadku

obniżenie

to

występowało

samoczynnie w naturalnym, bakteryjnym procesie

kwaśnienia. Obniżenie

pH w na- . szych warunkach wynosi od 6,8 do 4,4.

Tabela II

Zmiana napięcia powierzchniowego serów w zależności od czasu (dla 20/o zawie- ... ... ... _____ .. ______ _ , _______ siny) ..

"! ..

dynt ~- -~•.·· .·

C

1~- --~ -~ -

^{Tw-aróg ___ ------~e~-4~% _ ___ _}

L.p.

2 3 4 5 6 7 B

w d~::ch= -=-~:e~nia

:.a~tość średnia wartość

-I ...

^43,82

o

1 3 5 10 20 25 30

55,97 55,27 50,36 49,91

i

^45,50

I 49,63

51,20 55,00 58,15 57,90 57,43

Ser 20 %

średnia wartość

46,00 47,50 49,65 50,00 52,50 55,98 55,80 55,50

Tab. II ilustruje zmiany

napięcia

powierzchniowego 2'0/o-cwej zawie- siny serów w

zależności

od czasu. Z danych tych

widać, że średnie wartości napięcia

sera

zawierającego

400/o

tłuszczu są niższe niż

sera o

zawartości

200/o

tłuszczu. Wartości

te

wynoszą

odpowiednio 43,82 dyn/cm 46,66 dyn/cm. W

miarę

starzenia

się

serów

wartość

na-

pięcia rośnie.

Zmiana średnich wartości

L.p.

2 3

Produkt ^spoży­ wczy

twaróg ser 20%

ser 40%

Tabel a III

ńapięcia powierzchniowego w zależności

w dyn/cm

od stężenia

zawie~i~a 1%

r

zawiesina 5% zawiesina 10%

I I

58,16

55,55 50,90

_I_

48,71 53,70 48,02

45,25 49,25 43,60

Nr 2

^{O napięciach} powierzchniowych

177

Napięcie

powierzchniowe twarogu jest

wyższe, aniżeli

serów fer- mentacyjnych. Srednie

napięcie

twarogu w stanie

świeżym

wynosi 55,97 dyn/cm. W

miarę

starzenia

napięcie

powierzchniowe 20/o-owej zawiesiny twatogu

obniża się

i

osiąga

po 5 dniach

wartość

49,41 dyn/cm.

Tab. III przedstawia

zmianę średnich wartości napięcia

powierzch- niowego w

zależności

od

stężenia.

Ogólnie

biorąc aktywność

powierzch- niowa

zwiększa się

ze wzrostem

stężenia. Obniżenie napięcia

przy

zwiększeniu stężenia

od 1 do 100/o wynosi dla twarogu 12,97 dyn/cm.

dla sera 200/oowego 6,30 dyn/cm, dla sera 400/o-owego 7,30 dyn/cm.

Największe obniżenie napięcia

jest dla twarogu, co

świadczy

o

obecności największej ilości

rozpuszczalnych

związków

powierzchniowo czynnych.

WNIOSKI

N a podstawie przeprowadzonych

badań

nad

napięciem

powierzchnio- wym mleka i niektórych jego przetworów

można wyciągnąć

wnioski,

że aktywność

powierzchniowa:

1) mleka i

maślanki zwiększa się

ze wzrostem czasu,

zwiększanie

to nie jest regularne i

zależy

od stopnia

kwasowości;

2) zawiesin serów o

zawartości

200/o - 400/o

tłuszczu

zmniejsza

się

do pewnego minimum, po czym nieznacznie

rośnie;

3)

zwiększa się

ze wzrostem

stężenia

zawiesin serów, przy czym naj-

wyższe zwiększenie aktywności

daje

się zaobserwować

w twarogu.

4)

Zmianę napięcia

powierzchniowego ze wzrostem czasu

można

wy-

korzystać

do oc eny stopnia starzenia

się

mleka i badanych przetworów.

Znając zmianę napięcia

ze wzrostem czasu, oraz

stężenie, możemy

z pew-.

nym

prawdopodobieństwem ocenić jakość

badanych produktów.

51. LI

a ii Ka

HCCJIE,UOI3AHH51 HA.U ITOBEPXHOCTHbIMH HAT51)KEHH51MH B TIH!llEI3bIX DPO.UYKTAX

I. TiooepxHOCTHOe HaTSDKeH!le B MOJIOKe H MOJIO'lHblX npo,nyKrnx.

HccJl·C/lO!lill!O TIOBCpXHOCTHOC HaTsnKenuc MOJJOJ<a, CbIBOpOTKH (ll8XTbl) 20/o-oił 3MYJJbCHH Cb!pa 200/o-oro H 40"/o-oro, a TaJ<>Ke TBapora B 3313HCH1v!OCTH OT DpeMerrn H KOHUeHTpaunn 9MYJJbCHI!. Ycra!IOBM!HO, lJTO: 1) cpe;i:He() TIOBCpXllOCTHOC HaTmKelrne naCTepH30B3HJIOf0 MOJIOl<a Il nepHO}le CP.MH!lCC51TH !lBYX lJ3COB J{OJIC6JICTCfl 13 rpaHHU3X 51,61 - 46,53 .mrn/C,l'I.

CttHlKCHHe 11arniT<CHJ151 He noCTyna-cT pcryJrn;rno. 2) cpen1rnn no!lepxHocn,oro -HaTH>Keu1rn CLIBOpOTKH (naxTb!) B nep!lO/lC copoKa 43COB ·P8B1151CTC51 50,29 - 40,00 .1\IIH/CM; 3) cpe,nH,H!

TIOBepXHOCTIIOro !J3T51)1(CIIH51 TBapora B ncpHO.!le H51TH }Ulen KOJIC6Jierrn OT 55,97 .D_'.>

49,91 /.um/cM, CLlpa 400/o-oro n nepHone TPH!ll.l3Tll nHeił 43,82 - 58,15 !lHH!CM, Cbl))3 200/o•oro 46,00 - 45,98 n1-m/cM; 4) cpenirnTT nollepxnocrnoro Harnmemrn npn ysen111Je1ttrn KOHl.leHrpau,rn OT I JlO 100/o paBJUICTCfl: TBapor 58,16 - 45,25 JlHH/CM, Cblp 200/o-bJH 55,55 - 49,25 !lHHICM, Cb!p 400/o-b!H 50,50 - 43,60 ,1\HH/CM.

Roczniki PZH - 7

178

^J.

^{Czajka Nr 2}

J.

Czajka

•

STUDIES ON THE SURFACE PHENOMENA OF FOODS

I.

Surface tension of milk

and

milk products Summary

Surface tension was examined of milk, butter-milk,

20/o

suspension of

20°/e

and

400/o

chese and curds depending on time and concentration of the suspension.

It

was found

that: 1.

Average range of surface tension of pasteurized milk during

72

hours is between

51,61 - 46,53

dyn.jem. The lowering of tension is not regular, 2. A verage range of surface tension of butter-milk during

40

hours amounts to

50,29 - 40,00

dyn.jem.

3.

Average range of surface tension of curds during

5

days is between

55,97 to 49,91

dyn.jem, of

400/o

cheese during

30

days -

43,82 - 58,15

dyn/cm.,

200/o

cheese -

46,00 - 45,98

dyn/cm. 4. Average range of surface tension during increase of concentration from 1 to 100/o for curds amounts to

58,16 - 45,25

dyn/cm,

200/o

cheese -

55,55 - 49,25

dyn/cm,

400/o

cheese -

50,90 - 43,60

dyn/cm.

PISMIENNICTWO

1. Zajkowskij J. S.:

Fizyka i chimia moloka i molocznych produktow, Moskwa

146, 1950. - 2.

Zeitschrift filr Untersuchung der Lebensmittel,

59, 119, 1930. - 3.

Zeitschrift filr Untersuchung der Lebensmittel,

82, 187, 17, 1941. - 4.

Zeitschrift

fiir Untersuchung der Lebensmittel,

82, 287, 1941. - 5. Ostwald - Luther:

Chemische

Messungen, Leipzig

277, 1925. - 6. Putilowa J.:

Cwiczenia laboratoryjne

z chemii

koloidów, Warszawa

108, 1955. - 7.

Kalendarz Chemiczny, Warszawa, t. I,

373, 1954.