Производство молочных продуктов

Размещено на http://www.allbest.ru/

Раздел 1. Химический состав молока

Биохимия молока и молочных продуктов. роль дисциплины в изучении производства молочных продуктов

Биохимия - наука, изучающая химический состав организмов и химические процессы ,лежащие в основе их жизнедеятельности. Составная часть биохимии, которая занимается изучением биохимических процессов, протекающих в сырье животного происхождения при его хранении и переработке, называется биохимией молока. В основе производства молочных продуктов лежат химические превращения основных составных частей молока - углеводов, белков, жиров и солей. В связи с этим в курсе предмета большое внимание уделено химическому составу молока, питательной ценности, биологических изменений компонентов молока в процессе хранения, обработки. Большое внимание уделено биохимическим и физико-химическим процессам, протекающим в молоке при выработке молочных продуктов. При изучении этой дисциплины используют достижения смежных наук, таких как органическая химия, основы биохимии. Она служит основой для технологии , микробиологии, ТХК .

Без знания основ предмета невозможна правильная организация и совершенствование технологических процессов, улучшение качества и свойств молочных продуктов. Глубокое знание биохимических свойств молока помогает правильно выбрать технологические режимы переработки молока, условия хранения молока и молочных продуктов и позволяет предотвратить возникновение пороков, уменьшить потери сырья в процессе производства.

Химический состав коровьего молока, краткая характеристика компонентов молока

Молоко является одним из cамых ценных продуктов питания. По пищевой ценности оно может заменить любой продукт, но ни один продукт не заменит молоко. Молоко используется со времен глубокой древности в лечебных целях. "Молоко - это изумительная пища, приготовленная самой природой",- писал И.П. Павлов. Особое значение имеют молочные продукты при лечении болезней печени, почек, легких, желудочно-кишечного тракта. По научно обоснованным данным 30-40% общей калорийности потребляемой человеком пищи должны приходиться на молоко и молочные продукты. Молоко представляет собой биологическую жидкость, которая образуется в молочной железе млекопитающих и предназначена для вскармливания новорожденного.

Среди всех пищевых продуктов молоко - самый полноценный, наиболее сбалансированный по незаменимым веществам продукт, рекомендуемый для питания людей всех возрастных категорий. Вследствие содержания необходимых организму человека пищевых веществ в легкодоступной для усвоения форме молоко занимает особое место в питании детей, беременных и кормящих женщин, а также пожилых и больных людей. Молоко в первую очередь отвечает потребностям растущего организма, оно способно удовлетворять организм ребенка в дефицитных аминокислотах. Благодаря химической структуре жира и специфическим качествам белков оно наиболее приемлемо для переработки еще несовершенным пищеварительным трактом новорожденного. Так, для переваривания молока требуется в 3-4 раза меньше пищеварительной энергии. чем для переваривания белков хлеба. Высокая питательная ценность молока обусловлена оптимальным содержанием в нем необходимых для питания человека белков, жиров, углеводов, минеральных солей и витаминов, а также благоприятным, почти идеальным соотношением их, при котором эти вещества в основном полностью усваиваются. Химический состав молока животных не постоянен. Он изменяется в течении лактационного периода, а также под влиянием различных факторов: кормления, содержания, породы, возраста животных и других факторов.

Химический состав коровьего молока: - вода - 88% -сухой остаток - 12% в том числе:

1. молочный жир - 3,6%

2. белки - 3,1%

- казеин - 2,5%

- сывороточные

белки - 0,6%

3. углеводы - 4,6%

- лактоза - 4,6%

- др.углеводы- 0,01%

4. минеральные

вещества - 0,7%

-макроэлементы

-микроэлементы

5.ферменты - микрокол-ва

6.витамины - -"-

-жирорастворимые

-водорастворимые

7.гормоны - -"-

8.пигменты - -"-

9.посторонние хим.

вещества - -"-

10.газы -"-

Молоко-это сложная коллоидная система, в которой все составные части взаимосвязаны между собой. Все они находятся в различном физическом состоянии.

Большое значение в питании человека имеет МОЛОЧНЫЙ ЖИР. Он является источником энергии. Среднесуточная потребность взрослого человека в жирах составляет 80-100г. Биологическая ценность жиров определяется наличием в них полиненасыщенных жирных кислот. Молочный жир содержит недостаточное количество полиненасыщенных жирных кислот. При употреблении 0,5л молока покрывается около 20% суточной потребности человека в этих кислотах. Присутствие в молочном жире значительных количеств фосфатидов и витаминов А, Д, Е повышает его биологическую ценность. Молочный жир по сравнению с другими жирами лучше усваивается в организме человека. Этому способствует относительно низкая температура плавления жира - 27 - 340С. Он содержится в виде шариков, которые видны при небольшом увеличении микроскопа, величина жировых шариков 0,5-10мкм.

Особую ценность представляют БЕЛКИ молока. Они являются наиболее важными в биологическом отношении органическими веществами, выполняют в организме многочисленные функции. Аминокислоты, образующиеся в результате расщепления белков , идут на построение клеток организма, ферментов, защитных тел, гормонов и т. д. Некоторые аминокислоты легко образуются в организме из других аминокислот, т.е. и такие, которые должны поступать с пищей. Эти аминокислоты носят название незаменимых. Недостаток их в организме приводит к нарушению обмена веществ в организме. По содержанию незаменимых аминокислот белки относятся к биологически полноценным белкам. Молоко является важным источником белков и незаменимых аминокислот. Белки молока используют в хлебопекарной, кондитерской промышленностях, повышают биологическую ценность многочисленных пищевых продуктов.

Содержится в молоке в коллоидном состоянии. Величина частиц 15-200нм.Частицы белка можно видеть в электронный микроскоп. Вода обуславливает коллоидное состояние белка.

Молоко содержит ценный углевод - молочный САХАР, используемый организмом как источник энергии. Поступление молочного сахара в кишечник ребенка способствует развитию полезной микрофлоры, которая образуя молочную кислоту, подавляет гнилостную микрофлору. Он растворен в воде и образует раствор с молекулами величиной 1,0 -1,5нм, которые не видимы в ультрамикроскоп.

Молоко является благоприятной средой для развития микроорганизмов, попадающих в него в момент дойки. Размножаясь в молоке ,они выделяют ферменты, вызывающие ряд биохимических реакций, изменяющих свойства молока.

Ценен и МИНЕРАЛЬНЫЙ состав молока. Прежде всего это содержание солей кальция и фосфора, которые нужны организму для формирования костной ткани, восстановления крови, деятельности мозга. В молоке содержатся другие важные микроэлементы : натрий, калий, магний, хлориды, кальций. Микроэлементы - цинк, кобальт, марганец, медь, железо и йодиды участвуют в построении ферментов, гармонов, витаминов. Молоко является постоянным и важным источником почти всех видов витаминов. Биологическая ценность и степень усвоения основных компонентов молока и молочных продуктов делает их незаменимыми продуктами питания для людей всех возрастов. Основная задача перед отраслью - удовлетворение потребностей населения в продуктах питания, повышение качества продуктов, биологической ценности и вкусовых достоинств, улучшение ассортимента, расширение производства высококачественных продуктов детского и диетического питания, комплексному использованию сельскохозяйственного сырья при его переработке.

Вода в молоке, содержание и свойства воды

Вода играет важную роль в биохимических процессах. Она является растворителем органических и неорганических веществ. В гидролитических реакциях при участии воды происходит расщепление жиров, белков, углеводов, протекают реакции гидратации, дегидратации и окислительно-восстановительные. В молоке содержится в среднем 88%воды, которая находится в свободном и связанном состоянии. Cвободная вода( 84%)-это вода, не связанная с составляющими компонентами молока, она легко удаляется при его сгущении, сушке или замораживании. Такая вода является растворителем органических и неорганических соединений молока (лактозы, минеральных в-в, кислот и пр.). При выработке молочных продуктов свободная вода участвует во всех биохимических процессах. При 100 0С она переходит в парообразное состояние. Связанная вода (4%)-это вода, удерживаемая молекулярными силами гидрофильных групп молекул белков. Количество связанной воды зависит как от химического состава , так и от содержания компонентов, находящихся в коллоидном состоянии: белков, фосфолипидов и полисахаридов. Связывание воды этими веществами объясняется наличием в них гидрофильных групп. Вокруг белковой оболочки образуется гидратная оболочка. От водной оболочки зависит стабильность белковых частиц и жировых шариков. Первый слой оболочки, представляющий собой ориентированные неподвижные молекулы воды, связан с белком наиболее прочно, последующие слои с меньшей энергией связи. Воду 1 слоя называют связанной, воду остальных слоев - влагой ,которая по своим свойствам не отличается от свободной воды. Связанная вода отличается от свободной воды по своим свойствам. Она не замерзает при низких t /ниже - 400 С/,не растворяет соли, сахара и т.д. Связанную воду нельзя удалить из молока при высушивании.

Сухой и сухой обезжиренный остаток молока

Cухие вещества - это те вещества, которые остаются в молоке после высушивания при 103-1050 С до постоянной массы. Массовая доля сухих веществ в молоке составляет 12-13% и зависит от его состава. В наибольшей степени на количество сухих веществ в молоке влияет м.д.жира. В питательном отношении сухой остаток является самой ценной частью молока. В сухой остаток молока входят все химические составные части /жир, белок, молочный сахар, минеральные вещества и др./которые остаются в молоке после удаления из него влаги. СМО = 100 - В

СМО -м.д. сухого молочного остатка, %

В -м.д.влаги, %

Сухие вещества молока можно рассчитать по формуле:

4,9 Ж + / Д - 1000 /

СМО - м.д. сухого остатка молока , %

Ж - массовая доля жира в молоке, %

Д - плотность молока при 200 С , кг/ куб.м

Сухой обезжиренный остаток молока /СОМО/ - величина более постоянная, составляет 8-9%.СОМО определяют, вычитая из сухого остатка молока содержание жира. По нему судят о натуральности молока - если СОМО ниже 8% - молоко разбавлено водой.

СОМО = СМО - Ж = 100 - В - Ж

где:

СМО - м.д.сухого молочного остатка, %

В - массовая доля воды , %

СОМО- м.д.сухого обезжиренного молочного остатка, %

Ж - массовая доля жира , %

Белки молока. пищевая ценность белков молока

Белки- важнейшая составная часть пищевых продуктов. Проблеме пищевого белка уделяется большое внимание - совсем не безразлично, какие белки и в каком количестве мы употребляем в пищу. Ежедневно взрослому человеку требуется 80-90г белка, из них около 55% должны составлять животные белки. Большинство животных белков относятся к полноценным белкам, т.е. содержат все необходимые для организма человека аминокислоты. Известно, что среди аминокислот, входящих в состав белков, есть аминокислоты, которые могут синтезироваться в организме. Такие аминокислоты называются заменимыми. Но есть и незаменимые аминокислоты, которые в организме не синтезируются и должны поступать с пищей. Их восемь: валин, лейцин, изолейцин, лизин, митионин, треонин, фенилаланин и триптофан. В растительных белках в отличие от животных не хватает одной или нескольких незаменимых аминокислот. Растительные белки хуже усваиваются организмом - всего на 70-80%, а белки молока на 95-96%.Белки молока являются важнейшими пищевыми белками. По содержанию незаменимых аминокислот они уступают только белкам женского молока и яиц. Особенно богаты незаменимыми аминокислотами сывороточные белки молока. Поэтому столь важно добиваться повышения количества белков в молоке и увеличивать выработку белковых молочных продуктов (творога, сыра ), характеризующихся довольно высоким содержанием белков (14-30%). Добавление белков обезжиренного молока и сыворотки при производстве пищевых продуктов (хлебобулочных, кондитерских, мясных) повышает их биологическую ценность. В организме человека белки молока играют роль пластического материала, необходимого для построения новых клеток и тканей, образования биологически активных веществ, ферментов и гормонов. Коллоидное состояние белков определяет их легкую доступность и перевариваемость протеолитическими ферментами. Казеин усваивается в организме на 95%,сывороточные белки на 97%. В результате частичного протеолиза белков молока в желудке образуются полипептиды, пептиды, которые используются при построении полипептидных цепей белков организма. пищевая ценность молочных белков повышается благодаря связям белковых молекул с витаминами, особенно витаминами группы В, минеральными веществами, липидами, улучшающими усвоение отдельных аминокислот организмом.

Белки молока, классификация, номенклатура

Белки являются важнейшей составной частью молока. В результате большинства технологических операций белки молока изменяются. Производство пастеризованного и стерилизованного молока требует сохранения стойкости белков, а творога, казеина, сыра, наоборот ,- быстрого разрушения устойчивости и полной коагуляции белков. Белки - высокомолекулярные полимерные соединения, которые состоят из аминокислот. В состав их входит около 50% углерода, 7%водорода, 23% кислорода, 16% азота, 0-3% серы. В некоторых белках присутствует фосфор, железо и др. Все белки в зависимости от их строения делят на 2 группы: простые /протеины/ и сложные /протеиды/. Простые состоят только из аминокислот, сложные белки состоят из белковой части и соединений небелковой природы. В молоке содержится белка от 2,9% до 4%, в среднем около 3,5% Белки, входящие в состав молока имеют сложный состав, разнообразны по строению, физико-химическим свойствам и биологическим функциям. При рН молока около 4,6 происходит разделение белков на казеин и сывороточные белки. При этом казеин переходит в нерастворимое состояние и выпадает в осадок, а сывороточные белки остаются в растворе.

Аминокислотный состав белков

В состав белков входят остатки 20 различных а-аминокислот. Общая формула аминокислот:

Все аминокислоты имеют карбоксильную группу /СООН/ , несущую кислые свойства и аминогруппу NН2,имеющую основной характер. По строению своих радикалов /R/ они подразделяются на циклические и ациклические В зависимости от количества аминных или карбоксильных групп они делятся на нейтральные, кислые и основные.

- нейтральные аминокислоты имеют 1 аминную и 1 карбоксильную группы /серин/

- кислые аминокислоты имеют 2 карбоксильные и 1 аминную группы /глутаминовая кислота/

- основные аминокислоты содержат 2 аминные и 1 карбоксильную группу /лизин/

Соединение аминокислот в полипептидной цепи происходит при помощи пептидной связи. Из двух аминокислот образуется дипептид, из трех - трипептид, из нескольких -полипептид. При гидролизе /расщеплении/ полипептидов происходит разрыв пептидной связи и образование свободных аминокислот. Эта реакция катализируется протеолитическими ферментами и играет большую роль при нагревании белков в пищеварительном тракте. Белки имеют различные структуры : первичную, вторичную, третичную и четвертичную.

- первичная структура - это последовательность аминокислотных остатков в полипептидной цепи. Она специфична для каждого белка.

-вторичная структура - в молекуле белка полипептидная цепь часто закручена в виде а-спирали, витки которой скреплены водородными связями. Эти связи возникают между аминными и карбоксильными группами, расположенными на противоположных витках спирали. Не все участки цепи находятся в виде а-спирали. Некоторые аминокислоты препятствуют ее образованию и в этих местах спираль прерывается. Вид спирали характеризует вторичную структуру белка.

- третичная структура - пространственное расположение полипептидной цепи. Отдельные участки этой цепи могут соединяться между собой прочными дисульфидными связями / -S-S-/. Важное значение в образовании третичной структуры имеют слабые связи. В зависимости от пространственного расположения полипептидной цепи форма молекул белков может быть различной. Если полипептидная цепь образует молекулу нитевидной формы - белок называется фибриллярным /нить/, если она уложена в виде клубка -глобулярным. Белки молока относятся к глобулярным белкам /шарик/.

- четвертичная структура- характеризует способ расположения в пространстве отдельных полипептидных цепей в белковой молекуле, состоящей из нескольких таких цепей. Глобулярные белки, обладающие четвертичной структурой, могут содержать большое количество полипептидных цепей, тесно связанных друг с другом в компактную мицеллу, которая ведет себя как одна молекула.

Свойства белков

Белки обладают большой молекулярной массой/ от нескольких тысяч до нескольких миллионов/.Вследствие большого размера белковых частиц водные растворы их представляют собой коллоидную систему, которая состоит из дисперсионной среды/растворитель/ и дисперсной фазы /частицы растворенного вещества/.Размеры коллоидных частиц обычно колеблются от 1 до 200 нм /1 нанометр = 1 .10 -9 м /.Устойчивость коллоидных систем обусловливается наличием на поверхности частиц электрического заряда и гидратной оболочки. Нарушение этих факторов устойчивости приводит к осаждению /коагуляции/ частиц. Благодаря присутствию групп /СООН,NH2 и др./, белковые молекулы несут отрицательные и положительные заряды:

При пропускании электрического тока белки передвигаются к катоду или аноду в зависимости от заряда белковой молекулы. Глобулярные белки за счет преобладания в них остатков кислых аминокислот приобретают в растворах избыток отрицательных зарядов. Только при определенном рН наблюдается равенство отрицательных и положительных зарядов/ т.е. электрический заряд =0/.В этом условии белок находится в изоэлектрическом состоянии и белковая молекула не перемещается в электрическом поле. Величина рН раствора, при которой белок находится в изоэлектрическом состоянии называется изоэлектрической точкой. Для большинства белков изоэлектрическая точка находится в слабокислой среде /рН 4,5 - 6,5/. В изоэлектрической точке силы электрического отталкивания между белковыми глобулами минимальны. Это приводит к тому, что белки легко агрегируют/укрупняются/ и коагулируют. При рН < изоэлектрической точки белки приобретают противоположный заряд и вновь становятся в растворе устойчивыми. Коагуляцию можно осуществить, добавляя в раствор белков дегидратирующие вещества/ спирт, ацетон, сульфат аммония/, разрушающие гидратную оболочку. При этом происходит обратимое осаждение белков, т.е. при удалении этих веществ белки вновь переходят в нативное состояние. При действии на белок солей тяжелых металлов, сильных кислот, щелочей, при сильном нагревании, происходят необратимые реакции осаждения с потерей первоначальных свойств. Это явление - денатурация. Она характеризуется развертыванием полипептидной цепи белка, которая была свернута. В результате развертывания полипептидных цепей на поверхность белковой молекулы выходят гидрофобные группы. При этом белок теряет свою растворимость, агрегирует и выпадает в осадок.

Физико-химические свойства казеина

Полярные группы, которые находятся на поверхности и внутри казеиновых мицелл /NH2,COOH,OH и др / связывают значительное количество воды - около 1,9г на 1 г белка. Способность казеина связывать воду характеризует его гидрофильные свойства, которые зависят от структуры, величины заряда белковой молекулы, рН среды, концентрации солей и др. факторов. Эти свойства имеют большое практическое значение. От гидрофильных свойств казеина зависит устойчивость казеиновых мицелл в молоке/связанная вода образует вокруг казеиновых мицелл защитную гидратную оболочку/. Сильными гидрофильными свойствами обладает пара-казеин казеиновых мицелл. Поэтому при их отщеплении под действием сычужного фермента или высоких температур нарушается гидратная оболочка и уменьшается стабильность казеиновых частиц.В процессе высокотемпературной обработки молока происходит взаимодействие денатурированного бета-лактоглобулина с казеиновыми мицеллами. Сывороточные белки молока обладают большей гидрофильностью по сравнению с казеином, в результате чего повышаются его водоудерживающая способность и термоустойчивость. Гидрофильные свойства казеина влияют на способность кислотного и кислотносычужного сгустка удерживать и выделять влагу. Изменение гидрофильных свойств казеина необходимо учитывать при выборе режима пастеризации в процессе производства кисломолочных продуктов и молочных консервов. От гидрофильных свойств казеина и продуктов его распада зависят водосвязывающая и влагоудерживающая способность сырной массы при созревании сыров, консистенции готового продукта. Значит, гидрофильные свойства казеина не только определяют устойчивость белковых частиц в молоке при его обработке, но и влияют на ход некоторых технологических процессов. Казеин, как и все белки, содержит одновременно аминные /NH2/ и карбоксильные /СООН/ группы. Значит казеин обладает свойства-ми амфотерного электролита. Количество свободных карбоксильных групп больше, поэтому он имеет кислую реакцию. Аминогруппы казеина обусловливают образование с кислотами двойных растворимых соединений. Свободные аминогруппы могут взаимодействовать с ионами металлов/кальция, магния, калия и натрия/, образуя казеинаты. Карбоксильные группы казеина вступают в реакции с альдегидными группами лактозы и др.сахаров.

Казеинаткальцийфосфатный комплекс, его состав и структура

В молоке казеин содержится в виде казеинатов кальция, соединеных в фосфаты кальция. Ионы кальция могут присоединяться к карбоксильным группам казеина

В первую очередь они взаимодействуют с остатками фосфорной кислоты казеина. При этом кальций может соединяться с одной или двумя ОН- группами кислоты

Кальций имеет свободную связь и может образовать кальциевый мостик между расположенными друг против друга серинфосфатными группами двух молекул казеина. Такой кальций называется структурообразующим

Кальциевые мостики способствуют агрегации коллоидных частиц казеина при сычужной и кальциевой коагуляции. К серинфосфатным группам казеиновых молекул наряду с ионами кальция может присоединяться коллоидный фосфат Са молока в виде СаНРО4 или Са3/РО4/2. Фосфат кальция может соединять молекулы казеина между собой наподобие кальциевых мостиков Значит казеин в молоке содержится в виде сложного комплекса казеината Са с коллоидным фосфатом Са- т.е. ККФК. В его состав входит небольшое количество лимонной кислоты, магния, калия, натрия. Установлено, что ККФК в свежем молоке содержится в виде мицелл почти сферической формы. Средний диаметр частиц 70-100нм, молекулярная масса 250-300 тыс. Казеиновые мицеллы сравнительно стабильны в свежевыдоенном молоке. Они сохраняют свою устойчивость при нагревании молока до относительно высоких температур и при его механической обработке/ сепарирование, гомогенизация/. Стабильность мицелл зависит от содержания в молоке растворимых солей Са, химического состава казеина, рН молока и др.

Коагуляция казеина

Устойчивость коллоидных частиц казеина в молоке обусловлена электрическим зарядом и гидрофильностью. Казеиновые мицеллы на своей поверхности имеют положительно и отрицательно заряженные группы. Положительные заряды несут аминные группы основных аминокислот, отрицательные заряды несут карбоксильные группы кислых аминокислот и гидроксильные группы остатков фосфорной кислоты. Суммарный электрический заряд казеиновых мицелл отрицательный. Между заряженными коллоидными частицами действуют силы взаимного притяжения и отталкивания. Устойчивость коллоидной системы зависит от соотношения этих сил. Если преобладают силы отталкивания - система в целом устойчива. При усилении сил притяжения- устойчивость системы нарушается. Коллоидные частицы при сближении слипаются, укрупняются и коагулируют. Минимальные силы отталкивания наблюдаются у белков в изоэлектрическом состоянии. В свежем молоке преобладают силы отталкивания и коллоидная система молока находится в устойчивом состоянии. Коагуляцию белков/ с разрушением коллоидной системы молока/ можно вызвать различными способами, но каждый способ должен сопровождаться снижением отрицательного заряда казеина и переводом его в изоэлектрическое состояние. При выработке молочных продуктов коагуляция казеина осуществляется с помощью кислот/кислотная коагуляция/, сычужного фермента /сычужная коагуляция/, и хлорида кальция/кальциевая коагуляция/.

-кислотная коагуляция- нейтрализация отрицательных зарядов казеина положительнозаряженными ионами водорода кислоты. Применяют при выработке кисломолочных продуктов, кислотного пищевого и технического казеина. Казеин осаждают в основном молочной кислотой, которая получилась в результате молочнокислого брожения молочного сахара бактериальнми заквасками, или вносимой кислой сывороткой. При производстве казеина используют соляную кислоту.

-сычужная коагуляция - действие сычужного фермента связано с отщеплением от пара-казеина отрицательно заряженных гликомакропептидов. применяют при производстве сыров, творога, казеина.

-кальциевая коагуляция - действие раствора хлорида Са связано со снижением отрицательного заряда казеина под влиянием положительно заряженных ионов двухвалентного кальция. Применение - для осаждения молочного белка из ОБМ. Ее обычно проводят при температуре 90-950 С, поэтому ее называют термокальциевой коагуляцией.

Ученые установили, что максимальное использование белков обеспечивает кальциевая коагуляция при 90-950 С - 96-97%, минимальное сычужная коагуляция - 85,6%

После осаждения казеина из молока кислотой /при рН 4,6-4,7/ в сыворотке остается около 0,6% белков, которые называют сывороточными. Они состоят из а-лактальбумина, в-лактоглобулина, альбумина сыворотки крови, иммуноглобулинов, протеозо-пептонной фракции. а-лактальбумин, в-лактглобулин и иммуноглобулин по содержанию незаменимых и серусодержащих аминокислот являются более биологически ценными, чем казеин, поэтому их использование для пищевых целей имеет большое практическое значение. Из сыворотки их выделяют в неденатурированном, нативном состоянии с помощью гельфильтрации, применяют в качестве белковых добавок для обогащения различных пищевых продуктов. Альбумин сыворотки крови содержится в молоке в незначительном количестве и не имеет практического значения.

К другим белкам молока относятся белки оболочек жировых шариков, лактоферрин, белки, обладающие антибактериальными и ферментативными свойствами.

В-лактоглобулин. Он составляет около 50-60% альбуминой фракции /7-12% всех белков молока/. Он имеет изоэлектрическую точку при рН 5,3, в сыром молоке находится в виде димера, состоящего из двух полипептидных цепей с молекулярной массой по 18000 каждая. При нагревании молока до температуры 300 С в-лактоглобулин распадается на мономеры, которые при дальнейшем нагревании агрегируют за счет образования S-S-связей/ дисульфидных связей/

Тепловая денатурация в-лактоглобулина приводит к коагуляции агрегированного белка/он коагулирует почти полностью при 85-1000С/. При пастеризации молока денатурированный в-лактоглобулин вместе с Са3 (РО4)2 выпадает в осадок в составе молочного камня и образует комплексы с х-казеином казеиновых мицелл /осаждаясь вместе с ними при коагуляции казеина/. Образование в результате тепловой обработки молока комплекса в-лактоглобулин-х-казеин значительно ухудшает атаку х-казеина сычужным ферментом и влияет на термоустойчивость казеиновых мицелл.

А-Лактальбумин. В сывороточных белках он занимает второе место после в-лактоглобулина/ его содержание составляет 2-5% общего количества белков молока/. Он имеет молекулярную массу около 14000, изоэлектрическую точку при рН 4,2-4,5. В молоке содержится в виде частиц размером 15-50нм. Он не свертывается сычужным ферментом и не коагулирует в изоэлектрической точке в силу своей большой гидратированности. а-лактальбумин устойчив к нагреванию, он является самой термостабильной частью сывороточных белков / в-лактоглобулин и иммуноглобулины отличаются своей термолабильностью/. Большая устойчивость а-лактальбумина к нагреванию обусловливается наличием в его молекуле большого количества дисульфидных связей /S-S/. Открытием последних лет является расшифровка биологической роли а-лактальбумина. Выяснено, что он является специфическим белком, необходимым для синтеза лактозы из галактозы и глюкозы.

Иммуноглобулин. В обычном молоке иммуноглобулинов содержится мало /1,9-3,3% общего количества белков/. В молозиве они составляют основную массу до 90% сывороточных белков. Иммуноглобулины объединяют группу высокомолекулярных белков, обладающих свойствами антител. Антитела - вещества, образующиеся в организме животного при введении в него различных чужеродных белков /антигенов/ и нейтрализующие их вредное действие. Значит, выделение антител связано с иммунными реакциями организма. Иммуноглобулины молока обладают резко выраженными свойствами веществ, вызывающих склеивание и выпадение в осадок микробов и других клеточных элементов. Из молозива и молока выделены 3 группы иммуноглобулинов: Г , А , М. Основная часть иммуноглобулинов коровьего молока относится к группе Г. Сильными иммунными свойствами обладают А, которыми богато женское молоко. Иммуноглобулины молока имеют молекулярную массу 150000 и выше., в своем составе содержат углеводы, термолабильны, т.е. денатурируют при нагревании молока до температуры выше 700 С.

Протеозо-пептонная фракция. Это термостабильная фракция сывороточных белков, которая не осаждается при нагревании до 90- 1000 С в теч. 20мин. Она может быть осаждена12% р-ром трихлоруксусной кислоты. Фракция составляет 18- 25% сывороточных белков и около 4% всех белков молока. Она неоднородна по составу , большая часть ее представлена фосфопептидами , которые в месте с- казеином образуются при ращеплении в-казеина.

Белок оболочек жировых шариков. К белкам молока относится белок оболочек жир. шариков который связан с фосфатидами и образует липопротеидный комплекс. Свойства белков оболочек еще мало изучены. По аминокислотному составу он отличается от казеина молока - содержит повышенное количество серусодержащей кислоты - цистина и меньше - кислых аминокислот, термостабилен.

Альбумин сыворотки крови. Белок представляет собой гликопротеид, содержит 2 атома железа, имеет молекулярную массу около 77000,обладает антибиотической активностью по отношению к кишечной палочке. В коровьем молоке он содержится в малых количествах /менее 0,2мг/мл/, в женском молоке его в 10 раз больше.

Молоко содержит антибиотические вещества белковой природы, задерживающие развитие бактерий. К ним относятся лизоцим- фермент, вызывающий лизис бактериальных стенок. К этой группе веществ можно отнести антибактериальные вещества, выделяемые микрофлорой молока и бактериальных заквасок. Например, низин является продуктом жизнедеятельности некоторых штаммов Str.lactis. Он представляет собой полипептид молекулярной массой 7000. Задерживает развитие споровых бактерий - возбудителей порчи пищевых продуктов, а также молочнокислых и пропионовокислых бактерий. На дрожжи и плесени не действует. В присутствии низина уменьшается устойчивость при нагревании спор бактерий , поэтому при его внесении можно понизить температуру и сократить продолжительность стерилизации консервов. В молочной промышленности низин применяют при выработке сыров и молочных консервов. К белковым веществам молока следует отнести ферменты - специфические белки ,катализирующие реакции распада и синтеза различных соединений.

К небелковым азотистым соединениям относятся свободные аминокислоты, пептиды, мочевина, мочевая и оротовая кислоты, пуриновые соединения и др. Из всех небелковых азотистых соединений наибольшее значение имеют свободные аминокислоты и пептиды, т.к. они являются одним из основных источников азотистого питания молочнокислых бактерий в период их развития в молоке.

Липиды молока. Липиды молока, классификация

Липиды /от греческого lipos- жир/- это общее название жиров и жироподобных веществ, обладающих одинаковыми физико-химическими свойствами. Липиды не растворяются в воде, но хорошо растворяются в органических растворителях /эфире, хлороформе, ацетоне и др./ К липидам относятся нейтральные жиры, фосфатиды /лецитин и др./, гликолипиды, стерины. В молоке содержатся следующие липиды: нейтральный жир/молочный жир/, фосфатиды/ лецитин, кефалин/, стерины и незначительное количество продуктов распада молочного жира. Молочный жир находится в виде жировых шариков, фосфатиды и стерины связаны с оболочками жировых шариков и частично с белками молока. Содержание молочного жира в молоке колеблется от 2,8 до 5%. По химическому строению молочный жир ничем не отличается от других жиров.Он представляет собой смесь сложных эфиров /глицеридов/ трехатомного спирта глицерина и жирных кислот. Глицериды могут быть однозамещенными /моноглицериды/, двузамещенными /диглицериды/, трехзамещенными /триглицериды/. Молочный жир представляет собой смесь триглицеридов, построенных по следующему типу:

Влияние жирнокислотного и триглицеридного состава молочного жира на качество масла

В состав молочного жира входит свыше 60 жирных кислот, из них 12-15 основных кислот. Свойства жиров определяются составом и структурой жирных кислот триглицеридов. Жирнокислотный состав молочного жира зависит от рационов кормления, стадии лактации, сезона года, породы животных и т.д. Жирные кислоты бывают 2 видов: насыщенные и ненасыщенные. -насыщенные , при комнатной температуре - твердые, часто высокоплавкие вещества, они преобладают в составе молочного жира, например стеариновая, пальмитиновая, миристиновая.

-ненасыщенные, при комнатной температуре - жидкие, легкоплавкие вещества., содержание ненасыщенных кислот составляет летом 34-44%, зимой 25-33%. Среди ненасыщенных жирных кислот основное значение имеет олеиновая кислота. Олеиновой и стеариновой кислот в жире содержится больше летом.

В зависимости от % содержания ненасыщенных и насыщенных жирных кислот в триглицеридах жир имеет мягкую и твердую консистенцию. По сравнению с другими жирами животного и растительного происхождения молочный жир характеризуется высоким содержанием низкомолекулярных летучих насыщенных жирных кислот - масляной, капроновой, каприловой, и каприновой. Их содержание в течение года колеблется от 7,4 до 9,5%. Оно уменьшается в молозиве, увеличивается зимой и при кормлении животных большими количествами картофеля, свеклы. Количество биологически важных полиненасыщенных жирных кислот в молочном жире невысокое и составляет 3-5%. Весной и летом их содержание в молочном жире выше, чем осенью и зимой. Путем подбора соответствующих кормовых рационов количество полиненасыщенных жирных кислот в молочном жире можно повысить. В жире женского и кобыльего молока содержится больше полиненасыщенных жирных кислот, чем в коровьем молоке.

По содержанию жирных кислот триглицериды разделяются на тринасыщенные, динасыщенно-мононенасыщенные, мононасыщенно-диненасыщенные. От их соотношения зависят физические свойства молочного жира /температура плавления, отвердевания и др./ Зимой в молочном жире увеличивается количество тринасыщенных и динасыщенно-мононенасыщенных триглицеридов. Летом их содержание снижается и возрастает количество легкоплавких триглицеридов, содержащих ненасыщенные жирные кислоты. По этой причине сливочное масло, выработанное летом, часто имеет мягкую консистенцию, выработанное зимой- твердую и крошливую. Следовательно, сезонные изменения глицеридного состава молочного жира следует учитывать при выработке технологических режимов производства масла.

Физико-химические показатели молочного жира

Физико-химические свойства жиров определяются свойствами входящих в их состав жирных кислот. Для их характеристики служат так называемые константы, или химические и физические показатели жиров. К важнейшим химическим и физическим числам относятся:

ЧИСЛО ОМЫЛЕНИЯ - определяется количеством милиграммов едкого кали, которое необходимо для омыления 1г жира. Оно характеризует молекулярный состав жирных кислот жира - чем больше в нем содержится низкомолекулярных кислот, тем оно выше.

ЙОДНОЕ ЧИСЛО- показывает содержание в жире ненасыщенных жирных кислот. Оно выражается в граммах йода, которое связывается 100г жира. Йодное число молочного жира зависит от стадии лактации, сезона года, кормов. Оно повышается летом и понижается зимой.

ЧИСЛО РЕЙХЕРТА-МЕЙССЛЯ - характеризует содержание в 5 г летучих, растворимых в воде жирных кислот/масляной и капроновой/. Молочный жир в отличие от других жиров имеет высокое число Рейхерта-Мейссля, поэтому по его величине судят о натуральности молочного жира. Молозиво характеризуется низким значением числа Рейхерта-Мейссля, в середине лактации оно повышается, в октябре - ноябре вновь понижается.

ЧИСЛО ПОЛЕНСКЕ- показывает количество летучих нерастворимых в воде жирных кислот/ каприновая, каприловая / в 5 г жира.

ТЕМПЕРАТУРА ПЛАВЛЕНИЯ- это температура при которой он переходит в жидкое состояние/становится совершено прозрачным/.Молочный жир является смесью триглицеридов с различными температурами плавления, поэтому его переход в жидкое состояние происходит постепенно.

ТЕМПЕРАТУРА ОТВЕРДЕВАНИЯ- это температура при которой жир приобретает твердую консистенцию.

ЧИСЛО РЕФРАКЦИИ- характеризует способность жира преломлять луч света, проходящий через него. Чем больше в жире ненасыщенных жирных кислот, тем выше коэффициент преломления или число рефракции.

Агрегатное состояние молочного жира

Молоко является типичной эмульсией жира в воде, которая при пониженных температурах переходит в суспензию (взвесь твердых частиц в жидкой среде). Молочный жир находится в плазме молока в виде жировых шариков, окруженных защитными пленками - лицитино- белковыми оболочками. Размер и количество жировых шариков в молоке непостоянны и зависят от породы животных, стадии лактации, кормления и других факторов. В 1 мл молока в среднем содержится 3 млрд. жировых шариков. Диаметр их равен 2,5 мкм с колебаниями от 0,5 до 10 мкм. Размеры жировых шариков имеют практическое значение, так как определяют степень перехода жира в продукт при производстве сливок, масла, творога и т.д. По данным электронно-микроскопических исследований, оболочки жировых шариков состоят из 2 слоев различного состава. Первый внутренний слой по своей структуре подобен клеточным мембранам и представляет собой комплексное соединение оболочечного белка с фосфатидами. Строение его до конца не выяснено. Он плотно прилегает к слою тугоплавких триглицеридов жирового шарика, имеет толщину 6-10 нм и сравнительно прочно удерживается на поверхности шарика. На внутреннем слое адсорбирован второй слой, состоящий из липопротеидных частиц, переходящих в молоко из клеток молочной железы. Частицы имеют сферическую сплющенную форму, размер от 30 до 300 нм, содержат фосфатиды и ферменты. Они слабо связаны с внутренним слоем и легко переходят в плазму при механической и тепловой обработке молока. В тоже время внутренний слой оболочки может адсорбировать из молока плазменные белки (казеин, сывороточные белки).

В оболочках жировых шариков кроме фосфатидов и белков обнаружены стерины, витамин А, каротин, металлы (медь, железо и др.), ферменты. Эти составные части молока адсорбируются оболочкой после ее формирования.

Оболочки жировых шариков имеют отрицательный заряд (изоэлектрическая точка белковой оболочки рН 4,1-4,5) и сильно гидратированы. Внешний слой оболочки представляет собой студенистое вещество, с помощью которого крупные жировые шарики могут слипаться и подниматься на поверхность сырого молока, образуя слой сливок.

Жировая эмульсия в молоке устойчива. Нагревание молока до относительно высоких температур, охлаждение до низких температур, механическое воздействие насосов, мешалок не разрушают оболочки жировых шариков. Они могут быть разрушены полностью лишь специальным механическим воздействием, применяемым при получении сливочного масла и др.

В процессе хранения молока, перекачивания, охлаждения, сепарирования, гомогенизации, тепловой обработки (пастеризации, стерилизации, сгущения, сушки) ,оболочки изменяют свой состав и свойства и могут частично разрушаться. Это ведет к появлению дестабилизированного т.е. не защищенного оболочкой, свободного жира и образованию скоплений, комков жировых шариков. Свободный жир отрицательно влияет на качество продуктов, их вкус, консистенцию и стойкость при хранении.

Устойчивость жировой эмульсии имеет важное значение при производстве ряда молочных продуктов (стерилизованное, сгущенное, сухое молоко, масло, сыр и др.).

Фосфатиды

В молоке (главным образом в оболочках жировых шариков) содержатся жироподобные вещества - фосфатиды. Представителями их являются лецитин и кефалин. Фосфатиды отличаются от триглицеридов молочного жира тем, что в их состав кроме глицерина и жирных кислот входят фосфорная кислота и азотистое основание:

Наиболее распространенный фосфатид молока - лецитин. Особенность молекулы лецитина состоит в том, что она построена из двух частей:

- гидрофильной (несущей электрические заряды головки)

- гидрофобной (длинных углеводородных цепей - хвостов). Связывающим звеном между полярной головкой и хвостом служит остаток глицерина

Наличие у молекул фосфатидов двух частей обусловливает их способность эмульгировать жиры. На поверхности раздела между жиром и плазмой они образуют мономолекулярный слой: неполярная (гидрофобная) часть ориентируется к жиру, полярная (гидрофильная) - к плазме. Фосфатиды обладают способностью образовывать комплексы с белками. Липопротеидный (лецитино - белковый) комплекс входит в состав оболочек жировых шариков и обеспечивает стойкость жировой эмульсии молока. Вследствие большого содержания полиненасыщенных жирных фосфатиды легко окисляются кислородом воздуха (образующиеся в результате окисления альдегиды могут быть причиной появления в жире посторонних привкусов) они обладают также свойствами антиокислителей. Содержание фосфатидов в молоке и молочных продуктах (%)

При гомогенизации и пастеризации молока часть фосфатидов (5-15%) переходит из оболочек жировых шариков в водную фазу. При сепарировании 65-70% фосфатидов молока переходит в сливки, при сбивании 55-70% фосфатидов сливок переходит в пахту, а остальные остаются в плазме масла.

Стерины

В молоке содержится 0,012-0,013 % стеринов. Они представляют собой высокомолекулярные циклические спирты. Молоко и молочные продукты содержат холестерин /холестерол/, который вместе с фосфатидами входит в состав оболочек жировых шариков. Холестерин имеет большое биологическое значение, являясь предшественником желчных кислот, витамины группы Д, гормоны.

Углеводы молока

УГЛЕВОДЫ МОЛОКА представляют собой альдегиды или кетоны многоатомных спиртов. Все углеводы делят на 2 группы:

- моносахариды или простые сахара

- полисахариды или сложные сахара.

В молоке содержатся моносахариды, дисахарид- лактоза и в незначительном количестве другие полисахариды. Женское молоко характеризуется более высоким содержанием лактозы и других полисахаридов, которые играют огромную физиологическую роль.

Моносахариды и их производные в молоке обнаружены в свободном состоянии незначительное количество глюкозы, галактозы, фосфорные эфиры и аминопроизводные.

Фосфорные эфиры играют большую роль в обмене веществ, различных видах брожения. Они являются важными промежуточными соединениями в синтезе лактозы.

Глюкоза и галактоза обнаружены в составе углеводной части гликопротеидов молока.

Лактоза

Лактоза в молоке коров составляет в среднем 4,7% В женском молоке ее содержится около 7% Лактоза является дисахаридом, т.е. построена из остатков глюкозы и галактозы. В остатке глюкозы имеется свободная альдегидная группа. Поэтому она дает реакции, характерные для альдегидов. Это свойство лактозы используют для количественного определения ее в молоке. Лактоза в 5-6 раз менее сладкая, чем сахароза, и хуже растворяется в воде.

В молоке молочный сахар находится в растворенном состоянии в двух формах: а и в. а-форма менее растворима чем в-форма. Обе формы могут переходить одна в другую, они вращают плоскость поляризации вправо. Удельное вращение равновестного раствора при 200 С составляет 52,5 0. Скорость перехода одной формы в другую зависит от температуры. Из водных растворов лактоза кристаллизуется с одной молекулой кристаллизационной воды в а-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 водных растворов лактозы до температуры около 1000 С / а также известкового раствора лактозы до 350 С/ молочный сахар 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/,более сладкая чем лактоза. Ее широко применяют в производстве продуктов детского питания, т.к. кроме перечисленных положительных свойств лактулоза стимулирует рост бифидобактерий в кишечнике детей. Обычно при выработке сухих молочных продуктов для детского питания используют смесь лактулозы с лактозой - лактолактулозу. При высоких температурах нагревания 160-1800С происходит карамелизация молочного сахара и раствор лактозы приобретает коричневую окраску. При принятых в молочной промышленности режимах тепловой обработки молока карамелизации лактозы почти не происходит.

Нагревание молока при температуре более 950С вызыывает его легкое побурение. Такое побурение вызвано не карамелизацией, а реакцией между лактозой, белками и некоторыми свободными аминокислотами.

В результате реакции образуются меланоидины - вещества темного цвета с явно выраженным привкусом карамелизации. Химический состав меланоидинов точно не установлен. Известно, что в начальной стадии происходит взаимодействие лактозы со свободными группами аминокислот с образованием аминосахарного комплекса- лактозамина. Дальнейший нагрев сопровождается переходом лактозамина в лактулозамин. Затем после отщепления от него амина образуются различные альдегиды. Эти вещества непосредственно влияют на вкус и запах продуктов, а также могут вступать в дальнейшую реакцию с аминами, образуя меланоидины.

Реакция меланоидинообразования протекает в пастеризованном, стерилизованном, сгущенном, сухом молоке. В процессе хранения продуктов эта реакция может продолжаться, в результате чего изменяются вкус, цвет продукта, ухудшается его растворимость и снижается биологическая ценность. В реакцию с лактозой и другими сахарами вовлекается главным образом незаменимая аминокислота лизин. Образовавшиеся комплексы трудно расщепляются пищеварительными ферментами, т.е. необходимый лизин "блокируется" и плохо усваивается организмом.

Молочный сахар под действием разбавленных кислот гидролизуется.

При этом он распадается на галактозу и глюкозу с присоединением частицы воды. Молочный сахар гидролизуется также под действием лактазы, выделяемой молочнокислыми бактериями, дрожжами и др. микроорганизмами.

Брожение лактозы

БРОЖЕНИЕ - это процесс глубокого распада молочного сахара под действием ферментов микроорганизмов. При брожении молочный сахар распадается на более простые соединения : кислоты, спирт, углекислый газ и др. В результате этого выделяется энергия, необходимая для жизнедеятельности микроорганизмов. В зависимости от образующихся продуктов различают молочнокислое, спиртовое, пропионовокислое и маслянокислое брожение. Все виды брожения до образования пировиноградной кислоты идут по одному и тому же пути. 1 стадия - молочный сахар под влиянием лактозы распадается на моносахариды : глюкозу и галактозу.

Лактоза глюкоза галактоза

2 стадия - глюкоза активируется. Из одной молекулы глюкозы образуется 2 молекулы пировиноградной кислоты

3 стадия - превращения пировиноградной кислоты идут в разных направлениях, которые определяются специфическими особенностями микроорганизмов /составом ферментов/.

Молочно-кислое брожение

Основной процесс при производстве кисломолочных продуктов, сыров, кислосливочного масла.

Каждая молекула пировиноградной кислоты, образующаяся из молекулы глюкозы, восстанавливается с участием окислительно-восстановительного фермента до молочной кислоты

В конечном итоге из 1 молекулы лактозы образуются 4 молекулы молочной кислоты

Спиртовое брожение

Происходит при выработке кефира, кумыса и ацидофильно-дрожжевого молока.

Наряду с молочной кислотой образуются большие количества этилового спирта и углекислоты. Возбудителями спиртового брожения являются дрожжи.

Пировиноградная кислота под действием фермента, катализирующего отщепление углекислого газа, расщепляется на уксусный альдегид и углекислый газ

Уксусный альдегид с участием окислительно-восстановительного фермента восстанавливается в этиловый спирт

Суммарное спиртовое брожение лактозы

Пропионовокислое брожение играет важную роль при созревании сыров с высокой температурой П нагревания.

Из пировиноградной кислоты образуется пропионовая кислота, уксусная кислота, углекислый газ и вода.

МАСЛЯНОКИСЛОЕ БРОЖЕНИЕ - при производстве молочных продуктов нежелательно, т.к. является причиной появления в кисломолочных продуктах неприятного вкуса и запаха, а в сырах - вспучивания. Из пировиноградной кислоты образуется масляная кислота, уксусная кислота, углекислый газ и водород.

Пищевая ценность и промышленное значение лактозы

Пищевая ценность в составе молока и молочных продуктов положительно влияет на здоровье человека. Она помогает усвоению кальция и фосфора пищи, улучшает состав микрофлоры кишечника, что особенно важно для детей. Ее компонент галактоза необходим для построения нервной и мозговой тканей человека.