Pojęcia kwasowości i pH
Wszystkie systemy wodne (włączając wodę w tobie i w serze) podlegają następującej zależności (Równanie 3) pomiędzy stężeniem jonów wodorowych (H+) i jonów hydroksylowych (OH-). Uwaga, nawiasy kwadratowe oznaczają stężenie w molach na litr. Mol to 6 x 1023 cząsteczek, czyli liczba sześć z 23 zerami po niej.
x = 10-14
Ponieważ rzeczywiste stężenia w molach na litr są małe, zwyczajowo wyraża się wartości jako wykładniki. Na przykład, jeśli wiemy, że stężenie jonów wodorowych w próbce mleka wynosi 0,000001 mola/l, co odpowiada 10-6 molom/l, możemy obliczyć stężenie jonów hydroksylowych jako 10-14/10-6 = 10-8 moli/l, co odpowiada 0,00000001 mola/l.
- If = roztwór jest obojętny pod względem kwasowości.
- If > roztwór jest kwaśny.
- If < roztwór jest zasadowy lub alkaliczny.
- Chemikalia, które wnoszą H+ lub absorbują OH- są kwasami, podczas gdy zasady wnoszą OH- lub absorbują H+.
Pojęcie pH rozwinęło się jako skrócona metoda wyrażania kwasowości. Widzieliśmy już, że stężenie jonów wodorowych wynoszące 0,000001 mola/l może być wyrażone jako , wyrażenie, które określa zarówno jednostkę miary, jak i wartość liczbową. Pojęcie pH jest kolejnym skrótem, który wyraża stężenie jonów wodorowych jako ujemny logarytm stężenia jonów wodorowych w jednostkach mol/l. Brzmi to skomplikowanie, ale jest dość proste. Brzmi to skomplikowanie, ale jest dość łatwe do zastosowania. Na przykład log10 stężenia jonów wodorowych jest równy -6. Ostatnim krokiem jest przyjęcie ujemnego logu, czyli -1 x -6, co daje 6. Tak więc 0,0000001 mola/l = = pH 6. Z zależności wyrażonej w równaniu 3 wynika, że jeśli znane jest stężenie jednego z OH- i H+, zawsze można obliczyć stężenie drugiego. Tak więc, jeśli pH roztworu wynosi 6, to pOH wynosi 14 – 6 = 8. Ponieważ zależność ta jest zrozumiała, przyjęto konwencję podawania tylko wartości pH. Należy pamiętać, że ponieważ umownie zrezygnowano ze znaku ujemnego, malejące wartości pH oznaczają rosnącą kwasowość, czyli rosnące stężenie jonów H+. Tak więc, chociaż zarówno TA jak i pH są miarami kwasowości, pH maleje wraz ze wzrostem kwasowości.
Wszystko to można podsumować opisem skali pH. Skala pH dla większości praktycznych celów wynosi od 1 do 14, chociaż pH mniejsze niż jeden jest teoretycznie i praktycznie możliwe.
PH 7.0 to kwasowość obojętna =
pH < 7.0 = stan kwaśny >
pH > 7.0 = stan alkaliczny <
pH Versus Tratratable Acidity
TA i pH są miarami kwasowości, ale dla większości celów pH jest lepszym narzędziem kontroli procesu, ponieważ sonda pH mierzy tylko te H+, które są wolne w roztworze i niezdysocjowane z solami lub białkami. Jest to ważne, ponieważ to właśnie wolny H+ modyfikuje funkcjonalność białek i przyczynia się do kwaśnego smaku. To właśnie pH, a nie kwasowość miareczkowa, jest najlepszym wskaźnikiem wpływu kwasowości na konserwację i bezpieczeństwo. Należy podkreślić, że najważniejszym czynnikiem dostępnym dla producenta sera w celu kontroli psucia się produktu i organizmów chorobotwórczych jest kontrola pH. Historia pH podczas i po produkcji sera jest najważniejszą informacją dotyczącą rozwiązywania problemów. Wilgotność sera, zawartość minerałów, tekstura i smak zależą bezpośrednio od aktywności wolnych jonów wodorowych (tj. pH).
Kwaśność miareczkowa (TA) mierzy wszystkie miareczkowe jony H+ do punktu końcowego fenoloftaleiny (pH 8,5) i dlatego zmienia się wraz ze zmianami w składzie i właściwościach mleka. Podczas produkcji sera pH daje prawdziwy wskaźnik rozwoju kwasu podczas całego procesu, tak że optymalne pH na każdym etapie jest niezależne od innych zmiennych, takich jak zawartość białka mleka. Jednakże, optymalne TA na każdym etapie produkcji sera będzie się różnić w zależności od początkowego składu mleka i rodzaju zastosowanej procedury standaryzacji.
Dobrą praktyczną ilustracją różnicy między TA i pH jest efekt cięcia. Do czasu cięcia, TA mleka wzrasta wraz z rozwojem kwasowości przez kulturę. Po ścięciu TA serwatki jest znacznie niższe. Nie oznacza to, że rozwój kwasowości został zatrzymany. Oznacza to po prostu, że miareczkowalne jony H+ związane z białkami mleka nie są już obecne w serwatce. Prowadzi to do pojęcia pojemności buforowej, która jest ważną zasadą w produkcji serów. Wpływ usunięcia białka na TA serwatki jest związany ze zdolnością białka do „buforowania” mleka przed zmianami pH. Ta sama właściwość buforowania jest powodem, dla którego pomaga przyjmowanie kwaśnych leków, takich jak aspiryna, z mlekiem.
Pojemność buforową można opisać jako zdolność systemu wodnego, takiego jak mleko, do opierania się zmianom pH z dodatkiem kwasów (dodanych H+) lub zasad (dodanych OH-). Konkretnie, pojemność buforowa to ilość kwasu lub zasady wymagana do wywołania jednostkowej zmiany pH. Na przykład, niewielki dodatek kwasu do wody destylowanej spowoduje duży spadek pH. Ta sama ilość kwasu miałaby niewielki wpływ na pH mleka, ponieważ białka i sole mleka neutralizują kwasowość.
Dwa najważniejsze składniki buforowe mleka to kazeiny (maksimum buforowe w pobliżu pH 4,6) i fosforany (maksimum buforowe w pobliżu pH 7,0). Maksimum buforowe w pobliżu pH 5.0 jest niezwykle ważne dla produkcji sera, ponieważ optymalne pH dla większości serów mieści się w zakresie 5.0 – 5.2. W miarę obniżania pH sera w kierunku pH 5,0 przez fermentację kwasu mlekowego, pojemność buforowa wzrasta (tj. każde stopniowe obniżenie pH wymaga większej ilości kwasu mlekowego). Efektem tego jest danie producentowi sera znacznej swobody w zakresie tempa i ilości produkcji kwasu. Bez wbudowanych w mleko buforów, niemożliwe byłoby wyprodukowanie sera w optymalnym zakresie pH.
Innym sposobem na zilustrowanie różnicy pomiędzy TA i pH jest rozważenie typowych zakresów pH i TA dla normalnego mleka. TA jest miarą całkowitej zdolności buforowej mleka dla zakresu pH pomiędzy pH mleka a punktem końcowym fenoloftaleiny (około pH 8.3). pH mleka w temperaturze 25C zwykle waha się w stosunkowo wąskim zakresie od 6,5 do 6,7. Normalny zakres kwasowości miareczkowej mleka stadnego wynosi 0,12 do 0,18% kwasu mlekowego Innymi słowy, pH jest dobrym wskaźnikiem początkowej jakości mleka, podczas gdy tradycyjny pomiar TA wskazujący na wzrost bakterii w mleku jest mniej precyzyjny.
Pomiar pH
Precyzyjny pomiar pH mleka serowarskiego, serwatki i sera miękkiego może być mierzony bezpośrednio. Twarde i twarde sery muszą być rozdrobnione przed analizą. Zawsze mierz pH sera w dwóch egzemplarzach i zachowaj szczególną ostrożność przy obchodzeniu się z elektrodą. Umieścić rozdrobniony ser w fiolce o pojemności 30 ml lub małej zlewce i delikatnie wcisnąć elektrodę w ser… zbyt duży pośpiech może spowodować pęknięcie elektrody na dnie zlewki. Aby zapewnić dobry kontakt, należy docisnąć ser wokół elektrody palcami. Nie ma potrzeby płukania elektrody pomiędzy kolejnymi próbkami sera. Jednakże, jeśli elektroda jest przechowywana w buforze, należy ją przepłukać wodą destylowaną przed pomiarem pH sera. Elektrodę należy zawsze przechowywać w buforze pH 4 lub zgodnie z zaleceniami producenta. Nie należy trzeć elektrody. Elektrodę należy umyć detergentem i od czasu do czasu przepłukać acetonem w celu usunięcia tłuszczu i osadów białkowych.