Study of the thermophysical properties of sweetened condensed milk

Abstract

Сгущенные молочные консервы с сахаром пользуются стабильным спросом у потребителей в различных климатических поясах, в том числе в регионах с температурой зимой ниже -40 °С. Хранение при отрицательных температурах может оказывать негативное влияние на качественные показатели продукта, что в первую очередь связано с процессами кристаллизации и нарушением нативной структуры биополимеров. Однако современные систематизированные данные о процессах в области низкотемпературного хранения, как, впрочем, и о фазовых переходах сгущенного молока с сахаром, практически отсутствуют. Целью данной работы являлся подбор температурных программ для ДСК-исследований сгущенного молока с сахаром и его аналогов, а также определение криоскопических температур. Фазовые переходы и криоскопическую температуру определяли в образцах сгущенного молока с сахаром и модельных системах на их основе методом дифференциальной сканирующей калориметрии на дифференциальном сканирующем калориметре DSC 204 F1 Phoenix (Netzsch, Германия) в температурном диапазоне от 40 до -115 °С. В результате исследований были определены три температурные программы: стандартная, модифицированная и циклическая. Программы различались скоростью охлаждения и последовательностью нагрев-охлаждение. Применение циклической температурной программы позволило кристаллизоваться большей части слабосвязанной влаги в сгущенном молоке с сахаром, так как нагревание было заменено охлаждением в момент начала кристаллизации образца. Таким образом, в замороженное состояние перешло 6,1 % массовой доли влаги, точка замерзания зарегистрирована при -32,2±0,2 °С, температура стеклования -47,3 °С, энтальпия плавления составляла 20,5 Дж/г. В результате проведенных экспериментов получены значения криоскопических температур для всех исследованных растворов, определены значения температур стеклования и энтальпий плавления. Полученные данные послужат в качестве справочного материала для дальнейших исследований качества сгущенного молока с сахаром в условиях хранения и транспортировки при низких отрицательных температурах (< минус 20 °С). Sweetened condensed milk is in stable demand among consumers in various climatic zones, including regions with winter temperatures below -40 °С. Storage at negative temperatures can have a negative impact on the quality of the product, which is primarily due to the crystallization processes and violation of the native structure of biopolymers. However, modern systematized data on processes in the field of low-temperature storage, as well as on phase transitions of condensed milk with sugar, are practically absent. The purpose of this work was the selection of temperature programs for DSC studies of condensed milk with sugar and its analogues, as well as the determination of cryoscopic temperatures. Phase transitions and cryoscopic temperature were determined in samples of condensed milk with sugar and model systems based on them by differential scanning calorimetry on a differential scanning calorimeter DSC 204 F1 Phoenix (Netzsch, Germany) in the temperature range from 40 to -115 °С. As a result of the research, three temperature programs were determined: standard, modified and cyclic. The programs differed in the cooling rate and the heating-cooling sequence. The use of a cyclic temperature program allowed the crystallization of most of the loosely bound moisture in the sweetened condensed milk, since heating was replaced by cooling at the beginning of crystallization of the sample. Thus, 6.1 % of the mass fraction of moisture passed into the frozen state, the freezing point was recorded at -32.2±0.2 °C, the glass transition temperature was -47.3 °C, the melting enthalpy was 20.5 J/g. As a result of the experiments, cryoscopic temperature data were obtained for all the studied solutions, the values of glass transition temperatures and melting enthalpy were determined. The data obtained will serve as a reference material for further studies of the quality of condensed milk from sugars in storage and transportation conditions at low negative temperatures (< minus 20 °C).