Физиологические и физико-химические свойства молока

УФ-молока при производстве сыров, вызывает особые трудности, связанные с изменениями свойств молочных белков. УФ-молока перед сычужным свертыванием экономически целесообразна, т. к. оно позволяет стандизировать содержание белка в исходном молоке и сокращать расход сычужного фермента и потери белка с сывороткой, способствует повышению выхода сыра. Но такое достигается, если низкая и средняя степени концентрирования (в 2 раза при выработке твердых сычужных сыров и в 3,5-4,5 раза при производстве мягких сыров). Если молоко концентрируется в 5 и более раз, то при этом снижается скорость синередиса сгустков и ухудшение консистенции и вкуса сыра, вследствие внедрения в структуру сгустка сывороточных белков.

Наиболее эффективно процесс гомообразования проходит при содержания 1-15% белков в молочной смеси, при этом сокращается расход сычужного фермента без существенного увеличения продолжительности свертывания и ухудшения структурно-механических составов сгустка.

Перспективным является применение УФ-концентрата молока при выработке к/м продуктов. Однако внедрение мембранной технологии для обработки молока ограничено из-за высокой стоимости оборудования; трудностей, связанных с очисткой мембран и пр. Используют УФ и диафильтрации при обработке молочной сыворотки -- и получают концентраты сывороточных белков с различными белково-углеводным и минеральным составом.

Переработка молочного сырья на основе безмембранного.

Способ основан на самопроизвольном разделении двухфазной системы биополимеров (обезжиренное молоко -- раствор полисахарида) на две фазы: нижнюю -- концентрат казеина и верхнюю -- безказеиновая фаза -- жидкий структурирующий пищевой концентрат.

При этом казеин концентрируется в 5-7 раз не изменяя своего растворимого коллоидного состояния, по технологическим и функциональным свойствам он подобен казеинату натрия, его можно использовать в качестве белковых добавок, эмульгатора и стабилизатора коллоидных систем.

Структурирующий пищевой концентрат представляет собой растворимый комплекс сывороточных белков и углеводов (лактозы и поинсахаридов), обладающий высокими студнеобразующими и пенообразующими свойствами. С целью повышения биологической ценности и увеличения сроков хранения его применяют в производстве мороженого, кремов суфле и других структурированных пищевых продуктов.

В качестве полисахарида использовали пектин, или метилцеллюлозу.



7. Фракционный состав казеина

1). Характеристика основных фракций.

2). Физико-химические свойства казеина.

В свежевыдоенном молоке казеин присутствует в форме мицелл, построенных из казеиновых комплексов. Казеиновый комплекс состоит агломерата (скопления) основных фракций: , , Y, Н -казеинов, которые имеют несколько генетических вариантов.

Согласно последним данным казеин можно разделить по схеме (рис.1), составленной на основе ревизии комитета по номенклатуре и методологии белков ассоциации американских ученых в области молочной промышленности.(ADSA).

Все фракции казеина содержат фосфор, в отличие от сывороточных белков. Группа s-казеинов обладает наибольшей электрофоретической подвижностью из всех казеиновых фракций.

s₁-казеин -- основная фракция s-казеинов. Молекулы s₁-казеина состоят из простой номенклатурной цепи, содержащей 199 аминоклислотных остатков. Подобно -казеину и в отличие от Н-казеина не содержит цистин. s₂-казеин -- фракция s-казеинов. Молекулы s₂-казеина состоят из простой полептиптидной цепи, содержащей 207 аминокислотных остатков. Имеет свойства, общие как с s₁-казеином, так и с Н-казеином. Подобно Н-казеину и в отличие от s₁-казеина содержит два остатка цистеина:

s-казеин -- фракция s-казеинов. Содержание ее составляет 10% от содержания s₁-казеина. Имеет структуру, идентичную структуре s₁-казеина, за исключением расположения фосфатной группы.

-казеин, молекулы его состоят из простой политептидной цепи, содержат 209 аминокислотных остатков. Не имеет в своем составе цистеина и при концентрации ионов кальция, равной концентрации, их в молоке, нерастворим при комнатной температуре. Эта фракция наиболее гидрофобная, благодаря высокому содержанию пролина.

Н-казеин -- имеет хорошую растворимость, ионы кальция не осаждают его. При действии сычужного и других протеолитических ферментов Н-казеин -- распадается на пары -- Н-казеин, осаждающийся вместе с s₁, s₂ -- - казеинами. Н-казеин является фосфогликопротеидом: содержит -- триуглеводгалактозу, галактозамин и N-ацетил --нейралиновую (сиаловую) кислоту.

Группа -казеинов являются фрагментами -казеина, образовавшиеся путем протеолиза -казеина ферментами молока.

Сыворотные белки -- являются термолабильными. Начинают свертываться в молоке при температуре 69^оС. Это простые белки, они построены практически только из аминокислот. Содержат в значительном количестве серосодержащие аминокслоты. Не коагулируют под действием сычужного фермента.

Лактоальбуминовая фракция -- это фракция термолабильных сывороточных белков, которая не осаждается из молочной сыворотки при полунасыщении ее сульфатом аммония. Она -- представлена -лактоглобулином и -лактоальбумином и альбумином сыворотки крови.

-лактоглобулин -- основной белок сыворотки. Нерастворим в воде, растворяется только в разбавленных растворах солей. Содержит свободные сульфгидрильные группы в виде остатков цистеина, которые участвуют в образовании привкуса кипяченого молока при тепловой обработке последнего. -лактоальбумин -- второй основной белок сыворотки. Выполняет особую роль в синтезе лактозы, является компонентом фермента лактозосинтетазы, который катализирует образование лактозы из уридин-дифосфатгалактозы и глюкозы.

Альбумин сыворотки крови попадает в молоко из крови. Содержание этой фракции в молоке коров, больных маститом, значительно больше, чем в молоке здоровых коров.

Иммуноглобулины -- это фракция термолобильных сывороточных белков, осаждаемая из молочной сыворотки при полунасыщении ее сульфатом аммония или насыщении сульфатом магния. Она является гликопротеидами. Объединяет группу высокомолекулярных белков, имеющих общие физико-химические свойства и содержащих антитела. В молозиве количество этих белков очень велико и составляет 50-75% от содержания всего белка молозива.

Иммуноглобулины очень чувствительны к нагреванию. Иммуноглобулин разделяют на три класса: U_г. , Ur M (^M) и Ur А (А), а класс Ur в свою очередь делится на 2 подкласса: Ur (₁) и Ur ₂ (₂).Основной фракцией иммуноглоубинов является Ur ₁

Протеозо-пептонная фракция (20%) относится к термостабильным высокомолекулярным пептидам, которые не выпадают в осадок при выдерживании при 95^оС в течение 20 мин. и последующем подкислении до рН 4,6, но осаждаются 12%-ной трихлоруксусной кислотой. Протеозо-пептонная фракция представляет собой смесь фрагментов молекул белков молока. Эта фракция является промежуточной между собственно белковыми веществами и полипептидами. Электрофорез в полиакриламидном Геле выявил около 15 электрофоретическки различных зон, основные из которых -- компоненты 3,5 и 8 -- характеризуются низким содержанием ароматических аминокислот и метионина и сравнительно высоким -- глутаминовой и аспаргиновой аминокислот. Содержат углеводы.



8. Физические свойства молока

1). Плотность, вязкость, поверхностное натяжение.

2). Осмотическое давление и температура замерзания.

3). Удельная электропроводность.

Плотность молока или объемная масса р при 20^оС колеблется от 1,027 до1,032 г/см², выражается и в градусах лактоденсиметра. Плотность зависит от температуры (понижается с ее повышением), химического состава (понижается при увеличении содержания жира и повышением при увеличении количества белков, лактозы и солей), а также от давления, действующего на него.

Плотность молока, определенная сразу же после доения ниже плотности, измеренной через несколько часов на 0,8-1,5 кг/м³. Это объясняется улетучиванием части газов и повышением плотности жира и белков. Поэтому плотность заготовляемого молока необходимо измерять не ранее чем через 2 часа после дойки.

Величина плотности зависит от лактационного периода, болезней животных, пород, кормовых рационов. Так молозиво и молоко, полученные от разных коров, имеют высокую плотность за счет повышенного содержания белков, лактозы, солей и других составных частей.

Определяют плотность различными методами, технометрическими, ареометрическими и гидростатическими весами (плотность мороженого и молока в Германии).

На плотность молока влияют все его составные части -- их плотность, которые имеют следующую плотность г/см³

вода -- 0,9998;белок -- 1,4511;жир -- 0,931;

лактоза -- 1,545;соли -- 3,000.

Плотность молока изменяется от содержания сухих веществ и жира. сухие вещества повышают плотность, жир понижают. На плотность оказывают влияние гибратация белков и степень отвердевания жира. Последнее зависит от температуры, способа обработки и частично от механических воздействий. С повышением температуры плотность молока уменьшается. Это объясняется, прежде всего, изменением плотности воды -- главной составной части молока. В диапазоне температур от 5 до 40^оС плотность свежего обезжиренного молока в пересчете на плотность воды с повышением температуры снижается сильнее. Такое отклонение не наблюдается в опытах с 5%-ным раствором лактозы.

Поэтому снижение плотности молока можно объяснить изменением гидратации белков. В диапазоне температур от 20 до 35^оС можно наблюдать особенно сильное падение плотности сливок. Оно обусловлено фазовым переходом “твердый-жидкий” -- в молочном жире.

Коэффициент расширения молочного жира значительно выше, чем воды. По этой причине плотность сырого молока при колебаниях температуры изменяется сильнее, чем плотность обезжиренного молока. Эти изменения тем больше, чем выше содержание жира.

Между плотностью, содержанием жира и сухого обезжиренного остатка существует прямая связь. Так как содержание жира определяют традиционным методом, а плотность измеряют быстро ареометром, то можно быстро и просто рассчитать содержание сухих веществ в молоке без трудоемкого и длительного определения сухих веществ путем сушки при 105^оС. Для чего используют формулы пересчета:

С=^4,9Ж+А + 0,5; СОМО=^Ж+^А+ 0,76,

где С -- массовая доля сухих веществ, %

СОМО -- массовая доля сухого обезжиренного молочного остатка, %; Ж -- массовая доля жира, %; А -- плотность в градусах ареометра, (^оА); 4.9, 4, 5; 0.5; 0.76 -- постоянные коэффициенты.

Плотность отдельных молочных продуктов как и плотность молока зависит от состава. Плотность обезжиренного молока выше, чем сырого и постоянные коэффициенты.

Плотность отдельных молочных продуктов, как и плотность молока, зависит от состава. Плотность обезжиренного молока выше, чем сырого и с увеличением жира плотность сливок снижается. Устанавливать плотность твердых и пастообразных молочных продуктов труднее, чем жидких. У сухого молока различают фактическую плотность и насыпной вес. Для контроля фактической плотности используют специальные приборы. Плотность сливочного масла, как и сухого молока, зависит не только от количества влаги и сухого обезжиренного остатка, но и от содержания воздуха. Последний определяют флотационным методом. Это позволяет определить содержание воздуха в масле по его плотности. Метод этот приближенный, но на практике этого достаточно.

Плотность молока изменяется при фальсификации -- при добавлении Н₂О понижается, и повышается при подснятии сливок или разбавлении обезжиренным молоком. Поэтому по величине плотности косвенно судят о натуральности молока при подозрении на фальсификацию. Однако молоко, не удовлетворяющее требованиям ГОСТ 13264-88 по плотности, т. е. ниже 1,027 г/см³, но цельность, которой подтверждена стойловой пробой, принимается как сортовое.

Вязкость или внутреннее трение, нормального молока при 20^оС в среднем составляет 1,810^-3Па.с. Она зависит, главным образом от содержания казеина и жира, дисперсности мицелл казеина и шариков жира, степени их гидратации и агрегирования сывороточные белки и лактоза незначительно влияют на вязкость.

В процессе хранения и обработки молока (перекачивание, гомогенизация, пастеризация и т. д.) вязкость молока повышается. Это объясняется увеличением степени диспергирования жира, укрупнением белковых частиц, адсорбцией белков на поверхности шариков жира и т. д.

Практический интерес представляет вязкость сильноструктурированных молочных продуктов -- сметаны, простокваши, кисломолочных напитков и пр.

Поверхностное натяжение -- молока ниже поверхностного натяжения Н₂О (равно 510^-3 н/м при t -20^оС). Более низкое по сравнению с Н₂О значение поверхностного натяжения объясняется наличием в молоке ПАВ -- фосфолипидов, белков, жирных кислот и т. д.

Поверхностное натяжение молока зависит от его температуры, химического состава, состояния белков, жира, активности липазы, продолжительности хранения, режимов технической обработки и т. д.

Так, поверхностное натяжение снижается при нагревании молока и особенно сильно при его гидролизе, так как в результате гидролиза жира образуют ПАВ -- жирные кислоты, ди- и моноглицериды, понижающие величину поверхностной энергии.

Температура кипения молока несколько выше Н₂О вследствие наличия в молоке солей и отчасти сахара. Она равно 100,2^оС.

Удельная электропроводность. Молоко -- плохой проводник тепла. Ее обуславливают главным образом ионы Cl^-, Na⁺, K⁺, N. Электрически заряженные казеин, сывороточные белки. Она равна 4610^-2 См. м^-1 зависит от лактационного периода, породы животных и др.

Осмотическое давление и температура замерзания. Осмотическое давление молока близко по величине к осмотическому давлению крови животного и в среднем составляет 0,66 мга. Оно обусловлено высокодисперсными веществами: лактозой и хлоридами. Белковые вещества, коллоидные соли незначительно влияют на осмотическое давление, жир практически не влияет.

Осмотическое давление рассчитывают по температуре замерзания молока, которая равна -0,54^оС по формуле согласно законам Рауля и Вант-Гоффа

Росм. = t2,269/К,

где t -- понижение температуры замерзания исследуемого раствора; С; 2,269 -- осмотическое давление 1 моль вещества в 1 л раствора, мпа; К -- криоскопическая постоянная растворителя, для воды равна 1,86.

Следовательно:

Р осм. =0,542,269/1,86+0,66 мпа.

Осмотическое давление молока, как и других физиологических жидкостей животных поддерживается на постоянном уровне. Поэтому при повышении в молоке содержания хлоридов в результате изменения физиологического состояния животного, особенно перед концом лактации или при заболевании, происходит одновременное снижение количества другого низкомолекулярного компонента молока -- лактозы.

Температура замерзания также постоянная физико-химическое свойство молока, т. к. оно обуславливается только истинно расторимыми составными частями молока: лактозой и солями, причем последние содержатся в постоянной концентрации. Температура замерзания колеблется в узких пределах от -0,51 до -0,59^оС. Она изменяется в течение лактационного периода при заболевании животного и при фальсификации молока воды или соды. И вследствие отклонения приращения лактозы. В начале лактации температуры замерзания понижается (-0,564^оС) в середине -- повышается (-0,55^оС); в конце снижается (-0,581^оС).

Зависимость температуры замерзания от изменения концентрации представлено на схеме.

Температура ^оС

1. Снижение концентрации в результате добавления Н2О	0,00	Температура замерзания воды
2. Фальсификация молока	-0,48	Фальсифицированное молоко
3. Температура замерзания молока, приближаемая к температуре замерзания воды	-0,54	Температура замерзания нормального молока
4. Увеличение концентрации в результате добавления нейтрализующих средств -- фальсификация молока температура замерзания продолжает снижаться	-0,63	Молоко содержит посторонние соли, нейтрализующие средства



9. Физико-химические свойства казеина

Около 95% казеина находится в молоке в виде сравнительно крупных коллоидных частиц -- мицелл -- которые имеют рыхлую структуру, они сильно гидратированы.

В растворе казеин имеет ряд свободных функциональных групп, которые обуславливают его заряд, характер взаимодействия с Н₂О (гидрофильность) и способность вступать в химические реакции.

Носителями отрицательных зарядов и кислых свойств казеина является и Y-карбоксильные группы аспаргиновой и глютаминовой кислот, положительных зарядов и основных свойств -- -аминогрупп лизина, гуанидовые группы аргинина и имидазольные группы гистидина. При рН свежего молока (рН 6,6) казеин имеет отрицательный заряд: равенство положительных и отрицательных зарядов (изоэлектрическое состояние белка) наступает в кислой среде при рН 4,6-4,7; следовательно - но в составе казеина преобладают дикарбоновые кислоты, кроме того, отрицательный заряд и кислые свойства казеина усиливают гидроксильные группы фосфорной кислоты. Казеин принадлежит к фосфоропротеидам -- в своем составе содержит Н₃РО₄ (органический фосфор), присоединенную моноэфирной связью к остаткам серина:

NH OH

R CH - CH₂ - O - P = O = О

C OH

O

Казеин серинфосфорная кислота

Гидрофильные свойства зависят от структуры, заряда молекул, рН среды, концентрации в ней солей, а также других факторов.

Своими полярными группами и пептидными группировками главных цепей казеин связывает значительное количество Н₂О -- не более 2 ч. на 1 ч. белка, что имеет практическое значение, обеспечивает устойчивость частиц белка в сыром, пастеризованном и стерилизованном молоке; обеспечивает структурно-механические свойства (прочность, способность отделить сыворотку) кислотных и кислотно-сычужных сгустков, образующихся при выработке кисломолочных продуктов и сыра, т. к. в процессе высокотемпературной тепловой обработке молока денатурируется -лактоглобулин взаимодействуя с казеином и свойства гидрофильные казеина усиливаются: обеспечивая влагоудерживающую и водосвязывающую способность сырной массы при созревании сыра, т. е. консистенция готового продукта.

Казеин-амфотерин. В молоке он имеет явно выраженные кислые свойства.

NН₂ NН⁺

R R

СООН СОО^-

Его свободные карбоксильные группы дикарбоновых АК и гидроксильные группы фосфорной кислоты взаимодействуя с ионами солей щелочных и щелочноземельных металлов (Na⁺, K⁺, Ca⁺² , Mg⁺²) образуют казеинаты. Щелочные растворители в Н₂О, щелочноземельные нерастворимы. Казеинат кальция и натрия имеют большое значение при производстве плавленых сыров, при котором часть казеината кальция превращается в пластичный эмульгирующий казеинат натрия, который все шире используется в качестве добавки при производстве пищевых продуктов.

Свободные аминогруппы казеина взаимодействуют с альдегидом (формальдегид)



CH₂OH

R - NH₂ + 2CH₂O R - N

CH₂OH

Эту реакцию используют при определении белка в молоке методом формального титрования.

Взаимодействие свободных аминогрупп казеина (в первую очередь -аминогрупп лизина) с альдегидными группами лактозы и глюкозы объясняется первая стадия реакции меланоидинообразования

O

R - NH₂ + C - R R - N = CH - R + H₂O

альдозиламин

H

Для практики молочной промышленности особый интерес представляет прежде всего способность казеина к коагуляции (осаждению). Коагуляцию можно осуществить с помощью кислот, ферментов (сычужного), гидроколлоидов (пектин).

В зависимости от вида осаждения различают: кислотный и сычужный казеин. Первый содержит мало кальция, так как ионы Н₂ выщелачивают его из казеинового комплекса, сычужный казеин -- это смесь наоборот казеината кальция и он не растворяется в слабых щелочах в противоположность кислотному казеину. Различают два вида казеина, получаемого осаждением кислотами: кисломолочный творог и казеин-сырец. При получении кисломолочного творога кислота образуется в молоке биохимическим путем -- культурами микроорганизмов, причем отделению казеина предшествует стадия гелеобразования. Казеин-сырец получают путем добавления молочной кислоты или минеральных кислот, выбор которых зависит от назначения казеина, так как под их воздействием структура осажденного казеина различна: молочнокислый казеин -- рыхлый и зернистый, сернокислотный -- зернистый и слегка сальный; соляно-кислый -- вязкий и резинообразный. При осаждении образуются кальциевые соли применяемых кислот. Труднорастворимый в воде сульфат кальция нельзя полностью удалить при промывке казеина. Казеиновый комплекс довольно термоустойчив. Свежее нормальное молоко с рН 6,6 свертывается при температуре 150^оС -- за несколько секунд, при температуре 130^оС более чем за 20 минут, при 100^оС -- в течение нескольких часов, поэтому молоко можно стерилизовать.

С коагуляцией казеина связана его денатурация (свертывание), она появляется в виде хлопьев казеина, либо в виде геля. При этом хлопьеобразование получает название коагуляции, а гелеобразование -- свертывание. Видимым макроскопическим изменениям предшествуют субмикроскопические изменения на поверхности отдельных мицелл казеина, они наступают при следующих условиях

-- при сгущении молока -- казеин мицеллы образует слабо связанные друг с другом частицы. В сгущенном молоке с сахаром этого не наблюдается;

-- при голодании -- мицеллы распадаются на субмицеллы, шарообразная форма их деформируется;

-- при нагревании в автоклаве 130^оС -- происходит разрыв главных валентных связей и увеличивается содержание небелкового азота;

-- при сушке распылительной -- форма мицелл сохраняется. при контактном способе -- форма их изменяется, что влияет на плохую растворимость молока;

-- при сублимационной сушке -- изменение незначительны.

Во всех жидких молочных продуктах видимая денатурация казеина крайне нежелательна.

В молочной промышленности явление коагуляции казеина вместе с сывороточными белками получают копреципитаты, используют СаСl₂, NH₂ и гидроокись кальция.

Все процессы денатурации казеина, кроме высаливания считаются необратимыми, но это верно только в том случае, если под обратимостью процессов понимается восстановление нативных третичной и вторичной структур белков молока. Практическое значение имеет обратимое поведение белков, когда они из осажденной формы могут переходить снова в коллоидно-дисперсное состояние. Сычужное свертывание в любом случае представляет собой необратимую денатурацию, так как при этом расщепляются главные валентные связи. Сычужные казеины не могут перейти вновь в первоначальную коллоидную форму. И наоборот, обратимость может способствовать гелеобразованию пара -- Н-казеина сублимационной сушки при добавлении концентрированного раствора поваренной соли. Обратим также процесс образования мягкого геля, обладающего тиксотропными свойствами, в УВТ-молоке при комнатной температуре. На начальной стадии легкое встряхивание приводит к пептизации геля. Осаждение кислоты казеина -- обратимый процесс. В результате добавления соответственного количества щелочи казеин в виде казеината снова переходит в коллоидный раствор. Хлопьеобразование казеина имеет также большое значение с точки зрения физиологии питания. Мягкий сгусток образуется при добавлении слабокислых компонентов, например, лимонной кислоты, или удалении части ионов кальция методом ионообмена, а также при предварительной обработке молока протеолептическими ферментами, т. к. такой сгусток образует в желудке тонкий мягкий сгусток.



10. Изменение жиров при хранении

Современные представления о механизме окисления жиров.

При неблагоприятных условиях хранения в жирах протекают различные процессы, отрицательно влияющие на их пищевые качества.

Большинство изменений жиров наступает в результате гидролитических и окислительных процессов.

Гидролитические процессы в жирах протекают под влиянием Н₂О и фермента липазы, которая содержится в жирах, а также появляется в результате жизнедеятельности микроорганизмов, развивающихся в жире. Процесс гидролиза идет ступенчато, т.е. сначала триглицирид переходит в диглицирид, затем моноглицирид. При распаде моноглицирида образуются глицерин и свободные жирные кислоты.

СН₂ ОСОR CH₂OH CH₂OH CH₂OH

CHOCOR + H₂O CHOCOR₁ CHOCOR₁ + H₂O CHOH+ECOOH

CHOCOR₂ CHOCOR₂ CH₂OCOR₂ CH₂OCOR₂

диглицирид моноглицирид

СН₂ СН₂ОН или в общем виде

СНОН + Н₂О СНOН+RСООН СН₂ ОСОR

CH₂OCOR₂ CH₂OH CHO...

CH₂OH

Процесс гидролиза значительно ускоряется в присутствии щелочей, но при этом появляются свободные жирные кислоты, а их соли, которые называются мылом.

СH₂OCOR CH₂OH

CHOCOR₁ + 3 NaOH CHOH + 3RCOONa

CH₂OOR₂ CH₂OH

Свободные жирные кислоты отрицательно влияют на количество жира, особенно, если образуют низкомолекулярный (уксус, масло, валериана), появляется неприятный вкус и запах. По количеству свободных жирных кислот судят о свежести жира по такому показателю, как к. г. жира.

Окислительные процессы -- это глубокий распад с образованием перекисей альдегида, кетона, оксикислот и др. Жиры, вследствие особенностей их химической структуры, легко подвергаются автокислению молекулярным О₂. Согласно теории Н. Н. Семенова, этот процесс осуществляется по пути медленно развивающихся разветвленных цепных реакций. Идет по следующей схеме зараж. RT

1) RH + O₂ -- R + O' OН

св.ж. перек. R

Наиболее трудно протекает образование первого свободного радикала, поскольку оно требует значительной энергии для разрыва связей между атомами молекулы. Далее процесс окисления все усиливается и в него постепенно вовлекается огромное количество молекул. Чем больше ненасыщенных связей в жировых кислотах, тем быстрее она подвергается окислению. Например, линолевая кислота подвергается в 10-12 раз быстрее, чем онеиновая. Насыщенные кислоты окисляются намного медленнее, но тоже могут переходить в гидроперекиси. Глубина и скорость окислительных процессов находятся в прямой зависимости от количества входящих в жиры глициридов полипептидных ж.к., а также от интенсивности соприкосновения жира с воздухом от температуры.

2 этап: продолжение цепи: О₂ - вступает во взаимодействие со св. R¹.



R¹ + O₂ ROO¹ -

обр. перекисгесный радикал, который обладает сильными окислительными свойствами, поэтому он может вступать во взаимодействие с неокисленной молекулой...., отнимая H там, где связь слабая.

3 этап:

RH + ROO ROOH + R¹-

гидроперекиси нестойкие соединения, она разрушается с образованием двух новых радикалов.

ROOH + RO¹ + OH¹,

которые открывают атом Н от окисляемого органического вещества RH, создавая радикал R₁. Этот радикал начинает цепную реакцию по ранее указанной схеме. Процесс идет непрерывно до момента разрыва цепи в результате возникновения менее активного радикала, который не вступает в реакцию с молекулой исходного окисляющегося вещества. Указываемое явление наблюдается при использовании различных замедлителей процесса окисления, которые могут вызвать обрыв цепи. Этот процесс рекомбинаклей, т. е. объединение радикалов, в результате образуются недеятельные соединения:

1) R¹ R¹ R - R R¹ + ROO¹ ROOR

ROO¹ + ROO ROOOOR

О начале и глубине окисления судят по перекисному числу. Перекисное число принято выражать в % ₂. В свежем жире перекиси отсутствуют или их уровень редко достигает 0,03%. Однако, когда перекисное число превышает 0,03 и содержание перекисей доходит до 0,06, -- жир, хотя и не имеет органических изменений, уже не подлежит дальнейшему хранению. Жиры с перекисным числом от 0,06 до 0,1 относят к категории жиров сомнительной свежести, более 1,0 -- к категории испорченных.

Гидроперекисные соединения неустойчивые к распадению на кетоны, альдегиды, оксисоединения. Происходит ухудшение органических показателей, порча жиров - прогоркание. Прогоркание жиров может происходит в результате химических или биохимических процессов.

Химическое прогоркание развивается в результате длительного контакта жира с атмосферным воздухом вследствие плохих условий хранения, а биохимическое - в результате загрязнения жира микрофлорой. Для определения глубины химического прогоркания жира в последнее время все чаще используют методы количественного определения карбонильных соединений - альдегиды и кетонов.

Карбонильное число обозначает карбонильное соединение на 1 кг жира. Изменение органических свойств жира более точно определяется карбонильным числом, нежели п.ч. существует и другой вид прогоркания жиров - осаливание. Для осаливания характерно образование значительного количества оксисоединений, которые возникают в результате распада на свету первичных органических перекисей, а также появление окиси и гидроокиси свободных радикалов. Содержание оксигрупп определяют ацетильным числом. Образовавшиеся оксикислоты обеспечивают жиру салистую мазсобразную консистенцию с неприятным специфическим запахом и вкусом. Этот процесс характерен для сливочного топленого масла и маргарина. Поверхность белеет и приобретает запах сала. Процесс автоокисления жиров ускоряется в присутствии виола, света, катализаторов - цинка, свинец, олово, а также - белки, ферменты микроорганизмов.

Автоокислению подвергаются не только нейтральные жиры, но и фосфотиды, так как они содержат большое количество ненасыщенных жирных кислот. В результате прогоркания и осаливания жир теряет не только вкусовые, но биологическую ценность.

Еще до начала начинается разрушение каротиноидов и токофералов, жир теряет специфическую окраску, а также лишается и важных для организма веществ. В процессе автоокисления в первую очередь разрушаются полиненасыщенные жировые кислоты, самая активная часть триглицеридов и фосфоплиидов. Жир приобретает вредные свойства и опасны для здоровья человека.

В результате воздействия кислорода воздуха, окисление жиров может происходить на различных этапах его получения: при хранении сырья, в процессе извлечения жира при переработке, использовании упаковок, и соблюдении режимов хранения. Поэтому сырье должно использоваться высокого качества, зрелые семена растительных масел. Идеальный жир не должен иметь никаких признаков окислительной порчи, в нем не должно содержаться веществ, способных инициировать и катализировать процессы окисления. Более того, желательно, чтобы жир содержал достаточное количество присущих ему природных антиокислителей, которые должны повышать стойкость жира в хранении.

Это может быть достигнуто проведением определенных процессов производства жира -- извлечение его из сырья, рафинации жира. Вести процессы так, чтобы как меньше были бы потери этих веществ.

Так как действие кислорода воздуха происходит при хранении сырья в процессе извлечения жира из сырья при хранении, то должен осуществляться комплекс мероприятий, обеспечивающих защиту жира от окисления. -- Соблюдать условия извлечения хранения сырья, вести процессы непрерывным способом; использовать жиростойкие упаковочные материалы, влагонепроницаемость, паронепроницаемость и газонепроницаемость.

И фактор -- необходимое соблюдение режимов и условий хранений.

Гидролиз и окисление фосфолипидов

Лецитин, кефалин и другие наиболее неустойчивые липидные компоненты молока и молочных продуктов. Они изменяются при гидролизе и окислении. Гидролиз их происходит при выработке и хранении сыра, масла и кисломолочных продуктов. Они гидролизуются под действием фосфолипидных микроорганизмов с образованием высокомолекулярных насыщенных и ненасыщенных жировых кислот, фосфотидных кислот, азотистых оснований и других соединений. Далее эти вещества могут вовлекаться в различные вторичные реакции. Так, ненасыщенные жировые кислоты окисляются О₂ воздуха с образованием перекисных и карбонильных соединений, которые ухудшают органические свойства молочных продуктов. Азотистые основания (хомеи, этаноламии) под действием бактериальных ферментов распадаются до триметиламина, ацетальдегида и NH₃, влияющих на вкус и запах молочных продуктов. Для сыров, масла, кисломолочных продуктов гидролиз фосфолипидов нежелателен так как он обусловливает появление прогоркания и других посторонних привкусов. При их выработке надо использовать бактериальные закваски с низкой фосфолипазной активностью. В производстве мягких сыров, наоборот выгодно использовать культуры м. о., обладающих высокой фосфолипидной активностью.

Фосфолипиды легко окисляются О₂ воздуха, особенности в присутствии металлов. Сначала окисляют фосфолипиды плазмы молока, затем оболочек жировых шариков. Активность обусловлена наличием п. ж. к. -- арахидоновой. Окисление их вызывает дистабилизацию жировой фауны (в оболочках образуют “дырки”, через которые могут выходить жидкие, а также способствует лучшей атакуемости жира липазами и кислородом воздуха.



11. Брожение молочного сахара

1). Виды брожения лактозы.

2). Химизм отдельных видов брожения.

3). Механизм образования диацетила, ацетоина, ацетальдегида.

В основе изготовления целого ряда молочных продуктов лежат процессы глубокого распада молочного сахара под действием микроорганизмом, называемые брожением. Вместе с тем процессы брожения сахара могут быть причиной порчи молочных продуктов (излишняя кислотность, вспучивание творога, сметаны, сыра и т. д.). Существует несколько типов брожения лактозы, различающихся составом конечных продуктов.

Начальным этапом всех типов брожения является расщепление молочного сахара на глюкозу и галактозу под действием лактозы. Далее брожению подвергается глюкоза. Галактоза не сбраживается, но при участии некоторых ферментов и после изомеризации в глюкозофосфат включается в схему превращения глюкозы.

Все типы брожения до образования пировиноградной кислоты идут с получением одних и тех же промежуточных продуктов и по одному тому же пути. Далее пировиноградная кислота превращается в конечные продукты брожения - масляную кислоту, пропион, уксусы, масляные, спирт и др. соединения. Это зависит от особенностей микроорганизма и условий среды.

Различают следующие виды брожения:

Молочнокислое брожение - является основным при изготовлении заквасок, сыра и кисломолочных продуктов, а молочнокислые бактерии - важная группа для молочной промышленности.

Оно выражается следующим суммарным уравнением:

С₆H₁₂O₆ 2Cн₃H₆O₃ + H₂O,

кроме молочной кислоты, образующей и побочные продукты брожения. Молочнокислые бактерии по характеру продуктов сбраживания глюкозы относят к гомоферментативным или гетероферментативным. Первые образуют в основном молочную кислоту (более 90%) и незначительное количество побочных продуктов. Гетероферментативные бактерии около 50% глюкозы превращают в молочную кислоту, а остальное количество -- в этиловый спирт, CH₃СООН и СО₂. Это деление условное, т.к. обе группы могут вести себя как одни, так и другие.

Гомоферментативные бактерии. Более характерным признаком при делении молочнокислых бактерий на группы является путь сбраживания глюкозы. Гомоферментативные бактерии: Str. lactis, Str. cremorus, Str. diacetilactis и палочки -- болгарская и . Они сбраживают глюкозу по гликолитегаскому пути.

Гетероферментативные: Leuc. citrovorum, dextranicum, brevis -- пентозофосфатным путем.

Механизм гомоферментативного молочнокислого брожения:

глюкозы жировые кислоты молочная кислота

(из 1 моль глюкозы образуется 2 моль молочной кислоты). Молочная кислота может существовать в двух изомерах L (+) и D (-). Большинство штампов молочнокислых и Lbm. bifidum преимущественно продуцируют (+) -- молочную кислоту. Болгарские палочки и лейконосгоки -- в основном D(-) форму Lbm. helveticum, Lbm. plantarum и Lbm. acidoplibum -- оба изомера в почти одинаковых количествах. Следовательно, соотношение между этими изомерами в кисломолочных продуктах будет зависеть от вида используемых для заквасок молочнокислых бактерий.

Побочные продукты -- летучие и нелетучие органические кислоты, глицерин, спирты, ацетон, ацетоин, диацетил, бутиленгликоль и пр.

Гетероферментативное молочнокислое брожение. Бактерии этой группы не могут сбраживать глюкозу по глюколитическому пути, а по пентозофосфатному, то есть из каждого моль глюкозы образуются моль молочной кислоты, моль этанола и СО₂. Бифидобактерии сбраживают глюкозу до уксусной и молочной кислоты (уксусной в 1,5 раза больше, чем молочной).

Спиртовое брожение имеет место при выработке кефира, кумыса, курунги и других кисломолочных продуктов. Возбудителем являются дрожжи, они сбраживают глюкозу с образованием этанола, углекислоты и других веществ: изобутил, глицерин, уксусная, янтарная, пропионовая кислоты, ацетоин и диацетил.

На первой стадии: глюкозу в кислоту, затем она подвергается декарбоксирированию, образуется СО₂ и уксусный альдегид, из него образуется этанол.

С₆Н₁₂О₆ 2С₂С₂Н₅ОН + 2СО₂ .

Пропионовокислое брожение -- возбудителем являются пропионовокислые бактерии, которые превращают глюкозу или молочную кислоту в пропионову и укусусную кислоту, одновременно образуется небольшое количество янтарной кислоты.

Суммарное уравнение:

3С₆Н₁₂О₆ 4СН₃СН₂СООН + 2СН₃СООН + 2СО₂ + 2Н₂О.

Важную роль играет это брожение в процессе созревания сыров с высоким вторым нагреванием.

Маслянокислое брожение происходит под действием маслянокислых бактерий, сбраживает глюкозу и молочную кислоту. Известно несколько типов этого брожения, которые различаются по образуемым продуктам. При одном типе образуются масляная, укусусная кислоты, углекислота и Н₂.

2С₆Р₁₂О₆ + 2Н₂О СН₃СН₂СН₂СООН 2СН₃СООН ₊ 4СО₂ + 6Н₂

При другом типе -- образования бутилового, изопропионового спиртов, этанола и ацетона, которые обладают резким, неприятным запахом, а также образуется большое количество газов.

Это брожение -- нежелательный процесс в производстве молочных продуктов, вызывает пороки сыров: вспучивание, неприятный вкус и запах.

Уксуснокислое брожение. Под действием уксуснокислых бактерий этиловый спирт окисляется в уксусную кислоту, уксуснокислые бактерии как типичные аэробы появляются на поверхности молочных продуктов и часто являются спутниками дрожжей.

Уравнение: +Н₂О +1/2 О₂

СН₃СН₂ОН СН₃СНО СН₃СН(ОН₂) СН₃СООН + Н₂О

-2Н

Механизм образования диацетила и ацетоина. Это четырехуглеродные соединения, являются продуктами метаболизма различных микроорганизмов: молочнокислых бактерий, дрожжей и др. Предшественниками их являются пируват, который образуется из цитрата. Цитрат под действием цитритазы в присутствии Мп или Мз расщепляется на уксусную и щавелевоуксусную кислоты, последняя превращается в пируват:

СН₂ -- СООНСООН

М_П²⁺ М_з²⁺СН₂ + СН₂

Н - С -- СООН ------

СН₂ -- СООНС =О СООН

лимонная кислотаСООН

щавелевоуксусная кислота

СООН

--СО₂ СН₃

СН₂--

С = ОС = О

СООНСООН

пируват

Утилизация пирувата в ацетоин и диацетил начинается с его декарбоксирирования до активной формы ацетальдегида:

СН₂

тиаминпирофосфат Мз²⁺

С = О------------------ СН₃ -- СНОН -- ТПФ + СО₂

СООН ацетальгид - ТПФ

При синтезе ацетоина этот комплекс вступает в реакцию с другой молекулой пирувата, образуя -ацетомолочную кислоту, которая при декарбоксилировании переходит в ацетоин. Ацетоин может обратимо восстанавливаться в бутиленгликоль, который может перейти в бутанон и далее в бутанол:

СН₃

СН₃СН₃С = О

-- СО₂

СНОН + С = О -- ----

--ТПФ

НО--С -- СООН

ТПФ СООН

СН₃

-ацетомолочная кислота



CH₃ CH₃

C = O HA₁D H₂ CHOH

CHOH HAD CHOH

CH₃ CH₃

ацетоин 2-3 бутиленгликоль

Возможен второй путь образования ароматообразующих веществ. Ацетоина -- восстановлением диацетила. Дрожжи и бактерии Е. соli продуцируют ацетоин из активного и свободного ацетальдегида без образования промежуточного продукта -- -ацетомолочной кислоты. СН₃

СН₃ СН₃

О + СНОН - ТПФ С = О

С СНОН + ТПФ

Н СН₃

Для синтеза диацетила ароматообразующим молочнокислым бактериям требуется ацетальдегид, ТПФ и ацетил К_оА.

ТПФ и ацетил К_оА

О СН₃

СН₃ - СНОН - ТПФ + СН₃ - С С = О + ИS - К_оА + ТПФ

SК_оА С = О

СН₃

диацетил

Дрожжи и в меньшей степени молочнокислые бактерии образуют диацетил путем спонтанного окисления ацетоина:

СН₃ СН₃

С = О -- 2Н С = О

СНОН С = О

СН₃ СН₃

В аэробных условиях при высоком окислительно-восстановительном потенциале диацетил образует молочнокислые бактерии непосредственно из -ацетомолочной кислоты при ее спонтанном окислительном декарбоксилировании.

СНСН₃

+ 1\2 О₂

С = О ---- С = О

НО --С -- СООН -- СО₂С = О

СН₃СН₃

Ароматообразующие бактерии продуцируют диацетил в меньших количествах по сравнению с ацетоном. Так, Sts diacetilactis максимально накапливает 12 мг/кг (некоторые штаммы до 50 мг/кг) диацетила и около 500 мг/кг ацетоина; лейконосгоки -- соответственно 5 и 85 мг/кг. Это объясняется дефицитом ацетил К_оА для синтеза диацетила, а также восстановлением диацетила в ацетон под действием диацетилредуктазы, активность этого фермента зависит от температуры, рН.

Для максимального образования аромата (в заквасках и кисломолочных продуктах) целесообразно подбирать смешанные культуры молочнокислых бактерий с низкой диацетилредуктазной активностью и слабыми редуцирующими свойствами, и поддерживать рН среды ниже 5,5 (оптимальные условия для накопления диацетила рН - 4,5 - 4,7, температура 21-25С). Образованию диацетила способствуют добавление в молоко 0,2% цитрата и аэрация (перемешивание) закваски. Для сохранения накопившегося диацетила необходимо закваску и готовый продукт охладить до 5-8С.

12. Влияние тепловой обработки молока на казеин

1). Структурные изменения казеина.

2). Факторы термоустойчивости молока.

3). Механизм и кинетика тепловой коагуляции казеина.

4). Влияние различных температур на технологические свойства молока.

Чисто тепловая денатурация казеина наступает только при температурах порядка 130^оС в течение 2-88 мин. Такое тепловое воздействие изменяет состав и структуру ККФК. От него отщепляются засушенные гликомакропептиды, органический Р и Са, на поверхности мицелл казеина осаждаются денатурированный -лактоглобулин, коллоидный фосфат Са и т. д. Перечисленные изменения вызывают как дезагрегацию, так и агрегацию мицелл казеина. В результате преобладания последнего увеличиваются размер частиц казеина и вязкость молока.

Изменение структуры и размера мицелл казеина влияет на технологические свойства молока, например, на скорость получения сычужного сгустка. После тепловой обработки продолжительность сычужного свертывания молока увеличивается в несколько раз по сравнению с сычужным свертыванием сырого молока. Такое явление объясняется комплексообразованием денатурированного -лактоглобулина с -казеином в результате чего ухудшается его атакуемость сычужным ферментом. Основным видом связи, который способствует образованию комплексов белков, считают дисульфидные мостики, но отрицается и участие других видов связи гидрофобных и кальцисных мостиков. Образование комплексов происходит в очень узком интервале рН -- (6,7-7). Электронно-микроскопические исследования продуктов тепловой ассоциации -лактоглобулина с -казеином, а также с казеиновыми мицеллами показывают, что первые представляют собой волокнистые, лапшевидные частицы, а на поверхности казеиновых мицелл видны выросты, напоминающие шипы, усики и т. д. Казеиновые мицеллы как бы окружаются своего рода оболочкой из сывороточных белков, которая по мнению ряда авторов может повысить термоустойчивость казеиновых мицелл. Так если нативные казеиновые мицеллы имели температуроустойчивость 58 единиц по этанолу, то мицеллы, покрытые оболочками из денатурированного -лактоглобулина -- 82 единицы, а в случае потери поверхностью мицелл комплексов -лактоглобулина -- -казеин она составляет всего 46 единиц.

Видимо, степень взаимодействия -лактоглобулина с казеином влияет на развитие казеиновых мицелл. Многими авторами отмечено повышение среднего размера казеиновых мицелл после тепловой обработки молока в результате ассоциации казеина с денатурированным -лактом, а также отложения на поверхности мицелл коллоидного фосфата кальция.

Пастеризация молока при температуре 72-80^оС вызывает незначительное увеличение размера белковых частиц -- на 1-4%; УВТ-обработка на 7-25%, а стерилизация с выдержкой в два и более раза. Некоторые авторы показывают, что в процессе тепловой обработки наряду с увеличением размера крупных казеиновых мицелл происходит значительное повышение количества очень мелких частиц, которые свидетельствуют о дезинтеграции мицелл. Мелкие белковые частицы представляют собой свободные субмицеллы, хотя другие исследователи считают, что это денатурированные сывороточные белки, которые не смогли прикрепиться к казеиновым мицеллам. Казеин при нагревании взаимодействует с лактозой, то есть вступает в реакцию Майра, в результате которой образуются астероциклические азотосодержащие соединения коричневого цвета (меланаидины).

Термоустойчивость белков молока (или температур). Под ней понимают свойство молока сохранять агрегативную устойчивость белков и других компонентов при тепловом воздействии. Ее обычно выражают количеством времени в минутах, необходимым для коагуляции белков при определенной заданной температуре, например, при 130 или 140^оС.

Термоустойчивость молока в первую очередь определяется величиной рН, хотя между нет прямой зависимости. По характеру изменения термоустойчивости молоко делят на два типа -- А и Б. Оба типа молока имеют максимум термоустойчивости при рН 6,5-6,7. При повышении рН до 6,7-6,9 молоко типа А становится менее термоустойчивым. У молока типа В это свойство отсутствует. Дальнейшее увеличение рН сопровождается повышением термоустойчивости того и другого типа молока. Снижение рН молока, особенно в результате микроброжения углеводов, отрицательно сказывается на его температуроустойчивости. Образование молочной кислоты вызывает уменьшение отрицательного заряда мицелл казеина и нарушение солевого баланса молока: часть коллоидных солей кальция переходит в ионно-молекулярное состояние, а фосфаты кальция приобретают лучшую растворимость и большую степень диссоциации. например, гидрофосфат кальция может переходить в дегидрофосфат, который по сравнению с первой солью образует повышенное количество ионов кальция.

2СаHPO₄ + 2C₃H₆O₃ Ca (H₂PO₄)₂ + (C₃H₅O₃)₂ Ca,

Ca (H₂PO₄)₂ Ca²⁺ + 2H₂PO₄ --

термоустойчивость казеина зависит от солевого равновесия, размера и химического состава мицелл казеина. Солевой состав молока, то есть соотношение солей кальция и магния, с одной стороны, и фосфатов и нитратов -- с другой. Установлено, что ККФ комплекс устойчив к действию высоких температур только при определенном содержании кальция.

При увеличении количества ионов кальция в плазме молока происходит их присоединение к ККФ К. В результате уменьшается отрицательный заряд мицелл казеина, они соединяются в крупные агрегаты, которые коагулируют при нагревании. Чтобы этого избежать, вносят соли -- стабилизаторы или предварительная стерилизация или сгущение перед УВТ-обработкой.

От размера мицелл казеина: чем они мельче, тем более термоустойчивость молока и наоборот. Это обусловливается различным содержанием в мицеллах - казеина и коллоидного фосфата кальция. Мелкие мицеллы казеина содержат больше - казеина и меньше коллоидного фосфата кальция, чем крупные. Как известно, - казеин, обладающий высоким (-) зарядом и сильными гидрофильными свойствами, стабилизирует мицеллы казеина. Коллоидный фосфат кальция, наоборот, способствует агрегации частиц казеина.

Термоустойчивость определяется составом казеиновых мицелл -- так снижение термоустойчивости молока объясняется выходом из состава казеиновых мицелл комплекса -лактоглобулина -- -казеина и для закрепления -казеина в мицелле можно с помощью -лактоглобулина (то есть молоко предварительно нагревают до температура 90^оС при рН 6,5-6,7; и использование веществ, связывающих белки поперечными связями -- альдегиды, сахара. термоустойчивость определяется также содержанием жира в казеине фосфорной и глутаминовой кислот; чем их больше, тем ниже его устойчивость. Снижение термоустойчивости молока способствуют: высокое содержание выше 0,9% термолабильных сывороточных белков некоторых компонентов протеодо-пептонной фр__ термообработки, основными причинами низкой термоустойчивости казеина (молока) являются нарушенный солевой и белковый состав, а также повышенная кислотность, которые зависят от времени года, стадии лактации, болезней, породы животных и районов кормления. Все перечисленные факторы в совокупности определяют способность казеина сохранять стабильность при температурной обработке.