Біохімія молока і молочних продуктів

ПЛАН

1. Значення молока і молочних продуктів в харчуванні.

2. Склад молока і властивості основних його компонентів.

a) Білки, ККФК

b) Жири.

c) ВВ

d) Солі, ферменти, вітаміни та інші хімічні речовини

3. Хімічні та бактерицидні властивості молока

4. Біохімічні та фізико-хімічні зміни молока при зберіганні та обробці

a) охолодження і заморожування

b) механічна дія

c) нагрівання

d) фальсифікація молока

5. Біохімічні процеси, які відбуваються при виробництві кисломолочних продуктів.

Складова частина біохімії, яка вивчає хімічний склад організмів і хімічні процеси які лежать в основі їх життєдіяльності називається технічною біохімією, зокрема, біохімія молока, м’яса, зерна і т.д. вона займається вивченням біохімічних процесів, які відбуваються в харчовій сировині рослинного і тваринного походження при його зберіганні і переробці.

Так, в основі виробництва молочних продуктів лежать біохімічні перетворення основних складових частин молока – ВВ, білків, жирів, солей. І тому курс “Біохімія молока” передбачає вивчення природи, складу, харчової цінності і біохімічних змін компонентів в процесі зберігання і обробки цього продукту.

1.“Джерелом здоров’я”, “білою кров’ю” називали його стародавні філософи. Завжди молоко вважалося самою легкою їжею і широко використовувалося при лікуванні і профілактиці різних хвороб людини. Особливе значення мають молочні продукти при лікуванні хвороб шлунково-кишкового тракту, печінки, нирок, легенів та ін.

Харчову цінність любого продукту розраховують по відповідності його хімічного складу формулі збалансованого харчування (тобто, потребам дорослої людини в харчових речовинах).

Молоко містить всі необхідні для харчування речовини які знаходяться в сприятливих співвідношеннях і дуже легко засвоюються організмом. Мабуть немає ні одного продукту, який би так влучно поєднував комплекс всіх необхідних речовин, як молоко.

Білки молока по вмісту незамінних амінокислот відносяться до повноцінних . Вміст незамінних амінокислот в молоці значно вищий, не лише в порівнянні з рослинними білками, але і в порівнянні з білками м’яса і риби.

У білках молока (сиру) міститься дуже важлива амінокислота метіонін, джерело утворення холіну, який бере участь в обміні речовин. Особливо багаті незамінними амінокислотами білки сироватки, вони містять більше по зрівнянню з казеїном більше триптофану, лізину та ін. амінокислот.

Важлива якість білків молока та, що вони знаходяться в розчиненому стані і тому легко атакуються і перетравлюються протеолітичними ферментами кишково-шлункового тракту. Ступінь їх засвоєння 96-98%.

Молочний жир містить недостатню кількість поліненасичених жирних кислот, але при вживанні 0,5 л молока забезпечується 20% їх добової потреби. Молочний жир краще засвоюється в організмі завдяки відносно низькій температурі плавлення (27-34°С), по-друге він знаходиться в молоці у вигляді дрібних жирових шариків. У жирі присутні значна кількість фосфатидів і вітамінів Е, А, D.

Молоко містить цінний ВВ – молочний цукор (джерело енергії). Постачання цього цукру в кишківник сприяє розвитку корисної мікрофлори, яка утворюючи молочну кислоту, подавляє процеси гниття. Не менш цінний і мінеральний склад. Насамперед це високий вміст солей Са і Р (молочні продукти забезпечують 80% добової потреби) які необхідні для формування кісток, кровотворення, діяльності мозку. Вони знаходяться не лише в формі, яка легко засвоюється, але і в збалансованому співвідношенні (1:1.5 відповідно Р:Са).

Молоко містить також К, Na, Mg, Cl, мікроелементи: Zn, Co, Mn, Cu, Fe, I, які беруть участь в побудові ферментів, гормонів, вітамінів.

Молоко – джерело майже всіх вітамінів. Так, добова потреба у відносно дефіцитному вітаміні В₂ задовольняється на 42% за рахунок молочних продуктів. (м’яса і риби -24%, зернових - 17%)

Білки

Казеїн являється головним біологічно повноцінним білком молока. складає 2,3-2,9%.(81% всіх білків) Він є комплексом декількох фракцій, з яких основні α_s - ,β-, γ- і ǽ – казеїн.

γ-казеїн перетворюється в β-казеїн під дією ферментів при зберіганні.

Казеїн відноситься до фосфопротеїдів, тобто містить залишки фосфорної кислоти, приєднані до амінокислоти серину моноефірним зв’язком ( О-Р)

(45-55 %) a - казеїн – 8 залишків фосфатної кислоти;

(25-35) β- || - 4 залишки;

(8-15) ǽ - || - 1

(3-17) γ

Внаслідок наявності великої кількості залишків фосфату α_s- і β-казеїн в присутності іонів Са²⁺ утворюють комплекси шляхом кальцієвих містків; ǽ - казеїн не осаджується, а розташовуючись на поверхні казеїнових міцел, виконує захисну роль. Під дією сичужного ферменту він розпадається на 2 частини (пара ǽ -казеїн і глікомакропептид) і втрачає захисні властивості. Тоді фракції казеїну коагулюють. (γ – казеїн – залишається в сироватці) (див. схема).

ǽ - казеїн є глюкопротеїдом (ВВ – трисахариди які складаються з галактозаміну, галактози, сіалової кислоти). Він має великі гідрофільні властивості і від цього залежить стійкість казеїнових міцел. Тому при розщепленні глікомакропептидів під дією сичужних ферментів (або високих температур) порушується гідратна оболонка і зменшується стабільність казеїнових частин.

Але гідрофільні властивості казеїну не лише визначають стійкість білкових частин у молоці, але і впливають на хід технологічних процесів (на здатність згустку утримувати і виділяти вологу).

Кількість вільних карбоксильних груп в казеїні більша ніж в інших білкових молекул, тому він має кислу реакцію.

У молоці казеїн міститься у вигляді казеїнатів кальцію, з’єднаних також з фосфатом кальцію.

Іони Са²⁺ можуть приєднуватися до карбоксильних груп казеїну.

Але в першу чергу вони взаємодіють з залишками фосфатної кислоти казеїну.

У першому випадку кальцій має вільний зв’язок і може утворювати кальцієвий місток між розташованими один проти одного серинфосфатними групами двох молекул казеїну. Такий кальцій називається структуроутворюючим. Ці містки сприяють агрегації колоїдних частинок при сичужній і кальцієвій коагуляції.

Неорганічний фосфор колоїдного фосфату кальцію (Са₃(РО₄)₂)n або (Са₂НРО₄ )n також може приєднуватись до серинфосфатних груп казеїнових молекул і може з’єднувати молекули казеїну між собою містком.

Отже казеїн міститься у вигляді так званого казеїнат-кальцій-фосфатного комплексу (ККФК) (куди входить незначна кількість лимонної кислоти, Mg, K, Na.

Молоко – колоїдний розчин, у якому стійкість колоїдних частин казеїну обумовлена електричним зарядом NH₂⁺, COOH^- і гідрофільністю всіх складових (білків, жирів).

Стійкість системи порушується при ослабленні сил відштовхування (молекули зближаються , злипаються, коагулюють).

При виготовленні молочних продуктів коагуляцію казеїну здійснюють за допомогою кислот (кислотна), реніну (сичужна. коагуляція) і CaCl₂ (кальцієва).

Суть кислотної коагуляції – це нейтралізація негативних зарядів казеїну позитивно зарядженими Н⁺ кислоти.

Кальцієвої коагуляції – іонами Са²⁺ , і високі температури.

Механізм дії сичужного ферменту – відщеплення від ǽ - казеїну негативно заряджених глікомакропептидів.

Після осадження казеїну (при кислотній коагуляції рН – 4,6-4,7 в сироватці залишається 0,6% білків (див. табл.), які являються більш цінними, їх видаляють з допомогою гель - фільтрації і використовують в якості білкових добавок до харчових продуктів.

β – лактоглобулін – коагулює при t 85-100° С. При пастеризації разом з Са₃РО₄ утворює комплекси з ǽ - казеїном і випадає в осад у складі молочного каменя на стінці посуди, цю властивість використовують при Са коагуляції (при високих t).

α – лактоальбумін стійкий до t, не звертається при сичужній ферментації і не коагулює в ізоелектричній точці. Це обумовлено наявністю в молекулі великої кількості S-S зв’язків. Його роль – участь у синтезі лактози і галактози.

Імуноглобуліни - володіють властивостями антитіл. Їх виділено 3 групи, особливо багате жіноче молоко. Денатурують при t до 70° С.

Лактоферин (червоний протеїн) – глікопротеїд (містить Fe) має антибіотичну активність до кишкової палички. У жіночому молоці в 10 разів більше ніж в коров’ячому (0,2 мг/мл)

Інші білки – це ліпопротеїди оболонок жирових шариків, лізоцим – фермент, який визиває лізис (руйнування) бактеріальних оболонок та ін. ферменти.

У молоці присутні небілкові азотисті сполуки: амінокислоти, пептиди, сечовина, креатин, пуринові основи та ін.

Ліпіди

Це молочний жир, фосфатиди (лецитин, кефалін), стерини, ліпідні продукти розкладу.

Молочний жир знаходиться у вигляді жирових шариків. За хімічним складом нічим не відрізняється. Це суміш складних ефірів гліцерину і жирних кислот ( їх > 60). Переважають насичені (стеаринова, пальмітинова) жирні кислоти, ненасичені (олеїнова, лінолева) становлять 34-44% влітку, 25-33% взимку. Високий вміст (7-9.5%) у молочному жирі низькомолекулярних жирних кислот (масляна, капронова).

Молоко – емульсія жиру у воді, яка при низьких температурах переходить у суспензію (завислі тверді частинки в рідкому середовищі). Шарики оточені лецитино – білковими оболонками.

Емульсія – крапельки диспергованої речовини (жир, стабілізований емульгатором). Роль емульгатора – ПАР виконують фосфатиди, білки та ін.

Емульгатори, адсорбуючись на поверхні крапельки масла своїми гідрофобними радикалами орієнтуються в бік жиру, а гідрофільними групами в бік води. Стабілізуюча дія емульгаторів пояснюється створенням на поверхні краплинок жиру міцних, заряджених гідратованих плівок.

В оболонках жирових шариків крім фосфатидів і білків виявлені стерини вітамін А, каротин, метали (Сu, Fe). Вони адсорбуються оболонкою. Зовнішній шар оболонки являє собою драглисту речовину, з допомогою якої шарики злипаються і піднімаються на поверхню, утворюючи шар вершків. (коли t підвищується або знижується, при механічній дії). Зруйнувати їх можна лише спеціальними засобами (при одержанні масла), або концентрованими лугами, кислотами. У процесі зберігання, охолодження, сепарування, гомогенізації, стерилізації оболонки змінюють склад і властивості і можуть руйнуватися. Вільний жир негативно впливає на якість продуктів.

Фосфатиди молока

Ліпопр фосфогліцерид

Ліпопротеїдний (лецитино – білковий) комплекс містить фосфатиди які утворюють комплекси з білками, входять до складу оболонок жирових шариків і забезпечують стійкість жирової емульсії молока.

Стерини – високомолекулярні циклічні спирти.

Холестерин – попередник жовчних кислот, вітамінів групи Д і гормонів.

Вуглеводи

У молоці в незначній кількості містяться глюкоза, галактоза, фосфатні ефіри, і їх амінопохідні.

Вміст лактози – 4,5 – 5,2 % ( 7% - жіноче молоко)

Лактоза в 5-6 раз менш солодка ніж сахароза і гірше розчиняється у воді. Знаходиться в розчиненому стані в 2 – ох формах: α і β, які переходять одна в одну. З водних розчинів кристалізується з 1 молекулою води. У такій формі її одержують із сироватки і використовують у виробництві пеніциліну, в харчовій промисловості і фармацевтичній.

При нагріванні водних розчинів глюкози до t 100° (а також водного розчину вапна, до 35 ° С) молочний цукор перетворюється в лактулозу ( яка містить залишок фруктози). Вона більш солодка, її застосовують у виробництві продуктів дитячого - харчування (лакто-лактулозу). Це стимулює ріст біфідобактерій у кишківнику.

При високих температурах (160-180°С) відбувається карамелізація (дегідратація і полімеризація) молочного цукру і розчин лактози набуває коричневого забарвлення.

Нагрівання при високих температурах 95° визиває пожовтіння, згущення, обумовлене не карамелізацією, а реакцією між лактозою, білками і деякими вільними амінокислотами (реакція Майяра (Мейларда)). В результаті утворюються меланоїдини (темного кольору з присмаком карамелі).

На початковій стадії:

Подальший нагрів супроводжується переходом лактозаміну в лактулозамін. Потім після відщеплення аміну утворюються альдегіди (ацетальдегід, фурфурол, оксиметилфурфурол) і ін.

Ці речовини впливають на смак, запах а також можуть вступати в реакцію з амінами, утворюючи меланоїдини.

У реакцію з лактозою і іншими цукрами вступає переважно лізин. Комплекси важко розщеплюються ферментами травлення, погано засвоюються організмом.

Бродіння лактози

Молочнокисле бродіння - основний процес при виробництві кисломолочних продуктів.

Бродіння – це анаеробний процес розкладу цукру під дією ферментів мікроорганізмів.

Всі види бродіння до утворення піровиноградної кислоти йдуть по одному й тому шляху (що і процес дихання).

На першій стадії молочний цукор під дією лактази (β – галактозидази) розпадається на моносахариди. Подальший процес описано вище.

Макроелементи

Переважають солі Na⁺ , K⁺, Cа^2+, Mg²⁺ ; аніони: фосфати, цитрати, хлориди та ін.

Ca₃(PO₄)₂, CaHPO₄, Ca(H₂PO₄)₂, NaCI, KCI, Mg₃(C₆H₅O₇)_2.

Солі Са – мають велике значення для людини і для процесів переробки молока. Недостатня їх кількість обумовлює повільне сичужне звертання молока, надлишок – коагуляцію білків при стерилізації. Рівновага між ККФК і колоїдним фосфатом кальцію обумовлює стійкість колоїдної системи молока. Порушення цієї рівноваги спричиняє звертання молока при нагріванні.

Мікроелементи молока: Fe, Cu, Zn, Mn, I, Co.

Ферменти

Найбільше практичне значення мають оксидоредуктази і гідролази.

Виділено 20 ферментів які переходять у молоко з крові тварини і утворюються в клітинах молочної залози. Багато ферментів утворюються мікроорганізмами. Так, в молоко з крові переходять:

Оксидоредуктази – це анаеробні і аеробні дегідрогенази, пероксидаза, каталаза.

Анаеробні дегідрогенази накопичуються в молоці при розмноженні в ньому бактерій. Із збільшенням бактерій активність їх зростає. З допомогою редуктазної проби на молокозаводах установлюють бактеріальне забруднення молока (за часом знебарвлення (відновлення) метиленового синього).

Анаеробні дегідрогенази мають велике значення у процесіах молочнокислого і спиртового бродіння (див.Схему) Це зокрема піруватдегідрогеназа, алкогольдегідрогеназа.

Інші ферменти переважно виробляються молочною залозою.

Визначення активності каталази використовують для контролю молока одержаного від хворих тварин (її більше).

Гідролітичні ферменти – прискорюють розклад жирів, ВВ, білків на прості сполуки і воду.

Це – ліпаза, яка визиває прогіркання молока. Інактивується при +80°С, бактеріальна при 90° С.

Фосфатаза інактивується при 70⁰ С і використовується для контролю за пастеризацією, лактаза (молочна залоза не виробляє), амілаза, лізоцим (розщеплює бактеріальні стінки), протеази.

При виробництві сирів для звертання молока застосовують протеолітичний фермент – ренін, а також бактеріальні протеази.

Вітаміни.

А (ретинол) 0,025 мг% і каротину 0,015 мг%. Більш багате молоко літньо-осіннього періоду, масло з цього молока в 4 рази багатше на вітамін А, ніж зимове. У молозиві його в 10-12 раз > ніж в молоці. При пастеризації, стерилізації не руйнується. Зберігання при світлі зменшує кількість вітаміну на 24%.

Д (кальциферол). Регулює фосфорно – кальцієвий обмін в організмі. Утворюється в організмі з стеринів під дією УФ. При нестачі – рахіт. Влітку у молоці його в 5-8 разів більше ніж узимку.

Е (токоферол) зберігає жири від окиснення, синтезується лише в рослинах. Вітамін К синтезується рослинами і мікрофлорою кишківника.

Водорозчинні вітаміни

В₁ (тіамін) в основному синтезується мікрофлорою рубця, стерилізація молока знижує його вміст на 10-25%.

В₂ (рибофлавін) жовто-зелений пігмент, який видно в сироватці, синтезується мікрофлорою кишківника. При зберіганні продукту на світлі втрачається 45% вітаміну.

РР (нікотинова кислота). В молоці мало, але багато триптофану, з якого в організмі синтезується вітамін РР.

В₁₂ (кобаламін) – в організмі не синтезується, синтезується мікроорганізмами (у промисловості добувають цим способом).

С – втрати при пастеризації до 30%. При зберіганні втрачається 50-75%.

В₆ (піридоксин), В₃ (пантотенова кислота), Н (біотин), фолієва кислота входять в склад коферментів.

Нестача їх в молоці навесні може бути причиною поганого зброджування бактеріальними заквасками (так як вітаміни необхідні для росту бактерій і дріжджів).

У молоці присутні гази СО₂ (50-70%), О₂ – 5-10%, N – 20-30%.

Пігменти: каротин, лактофлавін (жовто-зелений пігмент сироватки), кількість їх залежить від сезону.

Сторонні хімічні речовини:

Антибіотики порушують сичужне звертання молока, тому контролюється їх вміст, як і пестицидів.

Солі важких металів, радіонукліди, рослинні отрути.

Поиск по сайту: