Фосфолипиды, стеарины и другие липиды

Наиболее распространенные фосфолипиды молока - лецитин (от греч. lekitos — яичный желток) и кефалин (от лат. cephalus -голова), на их долю приходится свыше 60% всех фосфолипидов. Основная часть фосфолипидов молока (60 - 70%) входит в состав оболочек жировых ша­риков. Их количество в молочном жире вместе с гликолипидами состав­ляет около 1%. Небольшая часть фосфолипидов находится в плазме мо­лока в виде комплексов с белками.

Фосфолипиды обладают способностью эмульгировать жиры и легко образуют комплексы с белками. Так, липопротеидный (лецитино-белковый) комплекс входит в состав оболочек жировых шариков и обес­печивает стойкость жировой эмульсии молока.

Вследствие большого содержания полиненасыщенных жирных кис­лот фосфолипиды легко окисляются кислородом воздуха (образующие­ся в результате окисления альдегиды могут быть причиной появления в жире посторонних привкусов). Они обладают также свойствами слабых антиокислителей (антиоксидантов) и могут усиливать действие истин­ных антиоксидантов.

При гомогенизации и пастеризации молока часть фосфолипидов (5 - 15%) переходит из оболочек жировых шариков в водную фазу.

Стерины молока представлены в основном холестерином , но в небольших количествах могут встречаться другие стерины животного и растительного происхождения. Содержание стеринов в молоке составляет 0,012 - 0,014%. Они, как и фосфолипиды, находятся в оболочках жировых шариков.

Окраска молочного жира и молока обусловлена наличием в них жи­рорастворимого пигмента оранжевого цвета - каротина, входящего в группу каротиноидов. Содержание каротина в молоке зависит от состава корма, сезона года и породы животных. Летом в молоке содержится 0,3 - 0,9 мг/кг каротина, зимой - 0,05 - 0,2 мг/кг. Зимой и особенно весной, когда животные получают недостаточное количество каротина с корма­ми, его содержание в молоке снижается. Сезонные колебания цвета сли­вочного масла также связаны с изменением содержания каротина в кор­ме животных.

Пастеризация и стерилизация молока незначительно разрушают ка­ротин (на 10 - 13%). При хранении молока и масла на свету его содержа­ние снижается.

Контрольные вопросы:

1. Что представляет собой молочный жир?
2. Перечислите физические и химические свойства молочного жира.

Лекция 5

УГЛЕВОДЫ МОЛОКА

Общая характеристика углеводов

Углеводы представляют собой альдегиды или кетоны многоатомных спиртов и полимеры этих соединений. Их делят на моносахариды, олигосахариды и полисахариды.

Углеводы выполняют главным образом энергетическую функцию, а также принимают участие в построении сложных органических соеди­нений (гликопротеидов и др.), выполняющих важную физиологичес­кую роль.

К моносахаридам относятся простые сахара, содержащие три и более углеродных атома: глюкоза, галактоза и, фруктоза, арабиноза, рибоза и ксилоза

К олигосахаридам относится: сахароза, мальтоза и лактоза, к полисахаридам – крахмал, клетчатка и пектин.

Основным углеводом молока является молочный сахар, или лактоза. Наряду с лактозой в молоке содержатся другие углеводы: мо­носахариды (глюкоза и галактоза) и их производные, а также трисахариды и более сложные олигосахариды. Лактоза и часть моносахаридов на­ходятся в сыворотке в свободном состоянии (в виде истинного раство­ра), часть моносахаридов и их производных входит в состав углеводных компонентов гликопротеидов. Молочный сахар выполняет главным об­разом энергетическую функцию и, кроме того, как и другие олигосаха­риды, является стимулятором роста полезной микрофлоры кишечника новорожденного.

Молочный сахар

Содержание лактозы в молоке коров составляет в среднем 4,6% (4,4 - 4,9%).

Лактоза - дисахарид, построенный из остатков D-глюкозы и D-галактозы, соединенных связью 1→4,

Остаток галактозы

Остаток глюкозы

α-Лактоза

Лактоза в 5 - 6 раз менее сладкая, чем сахароза, и хуже растворяется в воде.

В молоке молочный сахар находится в двух формах: α и β. При 20°С содержится 40% α-лактозы и 60% β-лактозы. α-Форма менее раствори­ма, чем β-форма. Обе формы могут переходить одна в другую, скорость перехода одной формы в другую зависит от температуры.

Из водных растворов лактоза кристаллизуется с одной молекулой кри­сталлизационной воды в α-гидратной форме. В такой форме ее получают из молочной сыворотки и используют в производстве пенициллина, в пи­щевой и фармацевтической промышленности. Кристаллизация лактозы при выработке сгущенного молока с сахаром - очень важная технологи­ческая операция, обусловливающая качество молочных консервов.

При нагревании молока до температуры выше 100°С (особенно при стерилизации и высокотемпературной обработке) молочный сахар час­тично превращается в лактулозу. Лактулоза отличается от молочного са­хара тем, что содержит вместо остатка глюкозы остаток фруктозы. Лактулоза хорошо растворяется в воде (не кристаллизуется даже в кон­центрированных растворах), в 1,5 - 2 раза более сладкая, чем лактоза. Ее широко применяют в производстве продуктов детского питания, так как кроме перечисленных положительных свойств лактулоза стимулирует развитие бифидобактерий в кишечнике детей. Обычно при выработке сухих молочных продуктов для детского питания используют смесь лактулозы с лактозой - лакто-лактулозу.

При высоких температурах нагревания (160 - 180°С) молочный сахар карамелизуется и раствор лактозы приобретает коричневую окраску. При принятых в молочной промышленности режимах тепловой обработки молока карамелизации лактозы почти не происходит.

Нагревание молока при температуре выше 95°С вызывает его легкое побурение. Оно обусловлено не карамелизацией, а реакцией между лак­тозой, белками и некоторыми свободными аминокислотами (реакция Майара, или Мейлларда). В результате реакции образуются меланоидины (от греч. melanos - черный) - вещества темного цвета с явно выражен­ным привкусом карамелизации. Химический

Молочный сахар под действием разбавленных кислот гидролизуется. При этом он распадается на D-галактозу и D-глюкозу, которые затем превращаются в альдегиды и кислоты. Молочный сахар гидролизуется также под действием лактазы, выделяемой молочнокислыми бактерия­ми, дрожжами и другими микроорганизмами

Брожение. Это процесс глубокого распада молочного сахара (без уча­стия кислорода) под действием ферментов микроорганизмов. При бро­жении молочный сахар распадается на более простые соединения: кис­лоты, спирт, углекислый газ и пр. В результате выделяется энергия, не­обходимая для жизнедеятельности организмов. В зависимости от обра­зующихся продуктов различают молочнокислое, спиртовое, пропионовокислое, маслянокислое и другие виды брожения.

Все виды брожения до образования пировиноградной кислоты идут по одному и тому же пути. На первой стадии молочный сахар под влия­нием лактазы распадается на моносахариды: глюкозу и галактозу (галактоза не подвергается непосредственному брожению и переходит в глюкозу)

С₁₂Н₂₂О₁₁+Н₂О → С₆Н₁₂О₆ + С₆Н₁₂О₆

Лактоза Глюкоза Галактоза

В дальнейшем глюкоза вовлекается в целый рад ферментативных ре­акций. Из каждой молекулы глюкозы образуется две молекулы пировиноградной кислоты.

С₆Н₁₂О₆ → 2 СН₃СОСООН

Лактоза Пировиноградная кислота

Последующие превращения пировиноградной кислоты (в зависимо­сти от вида брожения) идут в разных направлениях, которые определя­ются специфическими особенностями (составом ферментов) микроор­ганизмов.

Молочнокислое брожение - основной процесс при производстве кис­ломолочных продуктов, сыров, кисло-сливочного масла. Спиртовое броже­ние происходит при выработке кефира, кумыса и ацидофильно-дрожжевого молока. Пропионовокислое брожение играет важную роль в созрева­нии сыров с высокой температурой второго нагревания (швейцарский, со­ветский и др.). Маслянокислое брожение при производстве молочных про­дуктов нежелательно, так как является причиной появления в кисломолоч­ных продуктах неприятного вкуса и запаха, а в сырах - вспучивания.

5.3 Другие углеводы молока

В молоке обнаружены в свободном состоянии моносахариды (глав­ным образом, глюкоза и галактоза) и их фосфорные эфиры.

Моносахариды и их фосфорные эфиры - важнейшие промежуточ­ные соединения процесса синтеза лактозы и других олигосахаридов мо­лока.

Часть моносахаридов молока и их аминопроизводные содержатся в связанном состоянии. Они входят в состав сложных олигосахаридов, χ-казеина, иммуноглобулинов, лактоферрина и др.

В коровьем молоке в виде следов находятся олигосахариды, они выполняют важную специфическую функцию - стимулируют рост бифидобактерий в кишечнике новорожденного. Коровье молоко мно­го беднее этими олигосахаридами по сравнению с женским молоком.

Контрольные вопросы:

1. Напишите формулу лактозы и опишите ее свойства.

2. Основные виды брожения лактозы?

3. Какие углеводы встречаются в молоке?

Лекция 6

МИНЕРАЛЬНЫЕ ВЕЩЕСТВА

В СОСТАВЕ МОЛОКА

Минеральные, или зольные, вещества встречаются в организмах в раз­личных количествах. В зависимости от содержания их разделяют на мак­роэлементы (Са, Р, Mg, Na, К, CI, S) и микроэлементы (Fe, Cu, Zn, I и др.).

Минеральные вещества выполняют разнообразные функции. Они обеспечивают построение костной ткани (Са, Р, Mg), создают осмоти­ческое давление и буферные системы крови (Na, К), входят в состав не­которых гормонов (I, Zn, Cu), ферментов и витаминов (Fe, Co) и т. д.

В золе молока, содержание которой составляет 0,7 - 0,8%, обнаруже­ны следующие элементы: Са, Mg, P, Na, К, CI, S, Fe, Cu, Co, I, F, Mn, Zn и др. (рис. 4). В молоке данные элементы содержатся в виде катионов и анионов, в прочном соединении с органическими веществами (в составе белков, ферментов, нуклеиновых кислот) и др.

Макроэлементы. Среднее содержание наиболее важных макроэлементов в молоке (в мг%) следующее: кальций - 120, фосфор - 95, калий - 140, натрий -50, магний - 12, хлор - 100.

Большое значение для человека, особенно в детском возрасте, имеют соли кальция, поступающие из молока и молочных продуктов.

Кальций находится в молоке в легко усвояемой и хорошо сбаланси­рованной с фосфором форме. Соли кальция имеют огромное значение для процессов переработки молока. Например, недостаточное количе­ство солей (ионов) кальция обусловливает медленное сычужное сверты­вание молока (в сыроделии считается нормальным содержание 125 - 130 мг% кальция в молоке), а их избыток вызывает коагуляцию белков молока при стерилизации.

Рис. 4. Минеральные вещества молока

Содержание кальция в молоке колеблется от 100 до 140 мг%. Около 22% всего количества кальция прочно связано с казе­ином (от его содержания зависят размер казеиновых мицелл и их устой­чивость), остальные 78% составляют фосфаты и цитраты. Большая часть этих солей (в основном фосфаты кальция) содержится в коллоидном со­стоянии (в виде агрегатов молекул) и небольшая часть (около 30%) - в виде истинного раствора.

Соли калия и натрия содержатся в ионно-молекулярном состоя­нии в виде хорошо диссоциирующих хлоридов, фосфатов и цитратов. Содержание калия в молоке колеблется от 113 до 170 мг%, натрия - от 30 до 77 мг%. Соли калия и натрия имеют большое физиологичес­кое значение. Они создают нормальное осмотическое давление крови и молока и обусловливают их буферную емкость. Кроме того, фосфа­ты и цитраты калия и натрия обеспечивают так называемое солевое равновесие молока, т. е. определенное соотношение между катионами кальция (и магния) и анионами фосфатов и цитратов. Иначе говоря, фосфаты и цитраты калия и натрия регулируют в молоке количество ионизированного кальция, влияющего на размеры и стабильность казеиновых мицелл.

Содержание хлоридов в нормальном молоке колеблется от 80 до 110 мг%. При заболевании животных маститом их количество в молоке резко повышается до 120 - 165 мг% и выше.

Микроэлементы. К ним относят медь, железо, цинк, кобальт, марганец, йод, фтор, се­лен, свинец и некоторые другие элементы.

В молоке микроэлементы связаны с белками и оболочками жировых шариков. Их содержание зависит от рационов кормления, стадии лакта­ции, состояния здоровья животных.

Микроэлементы влияют на пищевую ценность и качество молока и молочных продуктов. Следует отметить, что коровье молоко при высо­кой пищевой ценности содержит мало железа и меди, поэтому при про­изводстве сухих молочных продуктов детского питания в молочную ос­нову добавляют глицерофосфат железа, сульфат меди и другие соли.

Микроэлементы могут попадать в молоко дополнительно после дойки (из воды, оборудования, тары и т. д.). Тогда они отрицательно влияют на качество молочных продуктов. Так, повышенное содержание меди и же­леза приводит к появлению в молоке окисленного привкуса, ускоряет процессы прогоркания и осаливания масла. Увеличенное количество в молоке свинца, кадмия, ртути может представлять угрозу для здоровья человека.

Контрольные вопросы:

1. Назовите основные макроэлементы молока.
2. Назовите основные микроэлементы молока.

Лекция 7

ФЕРМЕНТЫ В СОСТАВЕ МОЛОКА

Ферменты (от лат. fermentum - закваска) - биологические катализа­торы, ускоряющие химические реакции в живых организмах. Под дей­ствием ферментов крупные молекулы белков, углеводов, жиров расщеп­ляются на более мелкие.

Ферменты ускоряют реакции в десятки тысяч и миллионы раз. Дей­ствие ферментов строго специфично, т. е. каждый фермент катализирует только одну химическую реакцию. Фермент соответствует своему суб­страту (веществу, химическое превращение которого он катализирует).

Ферменты действуют при определенной температуре, рН среды; их активность зависит от наличия химических веществ - активаторов и ингибиторов. Оп­тимальная температура, т. е. температура, при которой наблюдается мак­симум активности ферментов, для большинства из них равна 40 - 50°С. При дальнейшем повышении температуры активность фермента снижа­ется. При температуре 60-80°С белок, образующий фермент, денатури­рует, и фермент инактивируется (теряет свою активность). При денату­рации белка, как известно, происходит развертывание полипептидной цепи с потерей им биологических свойств.

Тепловая денатурация ферментов имеет важное практическое значе­ние: пастеризация сырья способствует разрушению ферментов и предо­храняет пищевые продукты от ферментативной порчи.

Важным фактором, влияющим на активность ферментов, является рН среды. Ферменты различаются по оптимальным для их действия значе­ниям рН. При слишком кислой или щелочной реакции среды происхо­дит денатурация фермента, и он теряет свою активность.

По химической природе ферменты представляют собой белковые ве­щества. Они могут быть простыми и сложными белками.

Ферменты на­зывают по тому веществу, на которое они действуют, прибавляя к корню названия окончание «аза»: липаза, лактаза, пептидаза и пр. Ферменты подразделяют на шесть клас­сов:

· оксидоредуктазы (ферменты, катализирующие окислительно-вос­становительные реакции);

· трансферазы (ферменты, переносящие груп­пы);

· гидролазы (гидролитические ферменты);

· лиазы (ферменты отщеп­ления групп);

· изомеразы (ферменты изомеризации);

· синтетазы.

Из всех перечисленных классов ферментов наибольшее практичес­кое значение имеют оксидоредуктазы и гидролазы.

Из молока, полученного при нормальных условиях от здорового жи­вотного, выделено более 20 истинных, или нативных, ферментов. Большая их часть образуется в клетках молочной железы и переходит в мо­локо во время секреции. Меньшая часть, переходит в молоко из крови животного.

В молоке ферменты находятся в свободном состоянии, а также связаны с казеиновыми мицеллами и оболочками жировых шариков.

Оксидоредуктазы

Оксидоредуктазы - это большая группа ферментов, катализирующих окислительно-восстановительные реакции в живых организмах. К ним относят дегидрогеназы, оксидазы, пероксидазу и каталазу.

Дегидрогеназы.Эти ферменты клетки молочной железы почти не вы­рабатывают. Разнообразные дегидрогеназы (редуктазы) накапливаются в молоке при размножении в нем бактерий. С увеличением количества бактерий в молоке активность редуктаз, как правило, возрастает. С помощью редуктазной пробы на молочных заводах устанавливают бак­териальную обсемененность принимаемого молока. Дегидрогеназы, вырабатываемые молочнокислыми бактериями и дрожжами, имеют большое значение при молочнокислом и спиртовом брожении.

Пероксидаза.Фермент окисляет различные соединения с помощью пероксида водорода. Пероксидаза содержится в молоке в больших ко­личествах, попадает в него из клеток молочной железы. Фермент доволь­но термостабилен, разрушается при температуре около 80°С. Реакцией на пероксидазу в молочной промышленности определяют эффективность пастеризации молока (проба на пероксидазу).

Каталаза.Этот фермент окисляет пероксид водорода. Каталаза переходит в молоко из тканей молочной железы, а также вы­рабатывается бактериями. Содержание нативной и бактериальной каталазы колеблется. В свежем молоке с низким содержанием микрофлоры и полученном от здоровых животных, каталазы содержится мало. В молози­ве и молоке, полученном от больных животных (мастит и другие заболева­ния), или бактериальнообсемененном ее содержание увеличено. Поэто­му определение активности каталазы используют для контроля анормаль­ного молока.