Курсовая работа: Химический состав молока

Курсовая работа: Химический состав молока

ВВЕДЕНИЕ

Химия и физика как наука  начала свой отсчет в прошлом веке, в тот период она начинала с изучения химического состава молока. В нашей стране этим вопросом занимались Ильенко (1819-1877), затем Калантар (1859-1937). Химия молока (биохимия) как наука была создана в советское время пр. Иниховым и Зайковским, которые работали в Вологодском молочном комбинате, затем в Московском комбинате мясной и молочной промышленности (МГУБТ).  Ими в 20-30-ые годы  были написаны первые учебники по биохимии молока (Химия молока, Анализ молока: Химия и физика молока молока и молочной продукции. Большой вклад в развитие науки о молоке внесли великие русские ученые — Павлов и Мечников.

Значительный вклад в развитие биохимии молока внес проф. Паращук (1873-1850 г.г.); развитию биохимии способствовали работы Белоусова, Брио, Граникова, Давидова, Диланяна, Дьяченко, Казанского, Климовского, Коваленко, Овчинникова, Чеботарева и др.

В настоящее время ведут исследования коллективы в области химии и физики молока ВНИМИ, НИИ Углич и ученые других высших учебных заведений.

Предмет «Химия и физика молока» базируется на достижениях смежных наук, таких как органическая химия, физическая и коллоидная химия, физиология, биохимия питания. Эта наука изучает химический состав молока, физико-химические свойства молока: плотность, кислотность, теплофизические, оптические и др. А также системы молока, в которых находятся  составные части: эта фаза истинного раствора, коллоидная фаза, фаза эмульсии. Особая роль отводится изучению изменений молока и его составных частей в процессе обработки и переработки. Это энергетическое воздействие, механические нагрузки, температурные воздействия, биохимические превращения. Без этих знаний невозможно вести технологические процессы производства молока и молочных продуктов, т. к. любые изменения традиционных способов производства могут так повлиять на составные части молока, что, в свою очередь, отразится на качестве молочных продуктов.

При использовании высокопроизводительного оборудования очень важно сохранить свойства молока и его составные части. Вот почему технологи молочной промышленности должны обладать обширными знаниями о химических, биохимических и физических свойствах составных частей молока.

МОЛОКО — полноценный и полезный продукт питания. Оно содержит все необходимые для жизни питательные вещества, нужные для построения организма. Естественное назначение молока в природе заключается в обеспечении питанием молодого организма после рождения. Состав молока различных млекопитающихся в целом определяется теми условиями окружающей среды, в которых происходит рост молодого организма. Это особенно четко проявляется в содержании белка и жира, чем больше их в молоке матери, тем быстрее растет ее дитя.

Так, грудной ребенок удваивает массу примерно за 180 дней, теленок — за 50 дней, а щенок — уже за 9 дней. Содержание белка в женском молоке, по сравнению с молоком различных животных, самое низкое — 1,6%, в коровьем — 3,4%, а в молоке собаки — 7,3% белка. Молочный жир служит прежде всего для удовлетворения потребности организма в энергии. В районах с холодным климатом потребность организма в энергии выше, чем в зонах с умеренным климатом. Вот почему молоко самки оленя северного отличается более высоким содержанием жира — 19,7%. Молоко пережило многие цивилизации, прежде чем стало продуктом питания и имеет свое назначение:

— в качестве продукта питания для населения,

— средство для вскармливания молодняка и корма в животноводстве,

— сырье для производства пищевых продуктов,

— источник получения отдельных компонентов молока, которые, в свою очередь, служат сырьем для фармакологии и других отраслей промышленности.

Все возрастающее значение молока как полноценного продукта питания и как сырьевого материала привело к увеличению спроса на него. В результате этого производство молока стало одной из важнейших отраслей сельхозпроизводства. В настоящее время молоко составляет значительную долю в сельскохозяйственном валовом продукте нашей страны.

Питательность 1 л молока составляет 685 ккал. Калорийность зависит, главным образом, от содержания жира, белка. Благодаря содержанию в молоке важнейших питательных веществ, главным образом белка, углеводов, витаминов, минеральных веществ, оно является и защитным фактором. В целях охраны здоровья на предприятиях, где существуют вредные условия труда, работники получают молоко.

Молочный белок является важным защитным фактором, т. к. он в силу своей алефотерной природы связывает пары кислот и щелочей, а также нейтрализует ядовитые тяжелые металлы (следы) и др. вредные для здоровья вещества. Благодаря содержанию в молоке кальция, фосфора, витаминов предотвращается развитие авитаминозов. Кроме питания человека молоко идет на кормление сельскохозяйственных животных: телят, свиней, птиц.

С помощью физических и биохимических методов из сырого молока получают молочные продукты, которые представляют собой частично обогащенные продукты питания, благодаря чему эти продукты характеризуются повышенной калорийность на каждые 100 г. Переработка молока ведет к изменению его пищевой ценности и вкусовых качеств, поэтому необходимо учитывать свойства каждого отдельного компонента молока. Сырьем для промышленности служат такие составные части молока как казеин и лактоза. Определение веществу молока можно дать с различных точек зрения, учитывая прежде всего цель применения. Если считать молоко продуктом питания, то на первый план выдвигаются законодательные, гигиенические и экономические требования, так что можно дать определение сырому молоку.

«Сырое молоко — это полученный в результате регулярного, полного выдаивания вымени у одной или более коров от одного или нескольких доений чистый и затем охлажденный продукт, из которого ничто не удалено и к которому ничего не добавлено».

Знания о количестве составных частей молока с течением времени постоянно расширялись. Это можно объяснить целенаправленностью научных исследований и применением современных методов анализа, которые позволяют, не применяя способа обогащения, обнаружить и количественно определить даже те составные части молока, которые присутствуют в нем в виде следов. В настоящее время известно свыше 200 различных компонентов молока.

Составные части молока — это все те компоненты, которые выделяются из вымени при доении.

Химизация сельского хозяйства, лечение заболеваний крупного рогатого скота, а также заболеваний вымени с помощью химиотерапевтических средств привели к увеличению содержания в молоке посторонних веществ, которые попадают в него различными путями.

2.  Химический состав молока

Составные части

         Истинные                                                                       Не истинные

Главные              Второстепенные                 Посторонние

вода                                 соли (в форме катионов            антибиотики                                              и анионов)                                         гербициды    

белок                               лимонная кислота                инсектициды

лактоза                         фосфатиды                                     радионуклиды

                                      стерины

                                      ферменты

                                         витамины

                                         газы

Молочный жир, лактоза, казеины, лактоглобулин и      -лактоальбумин являются специфическими компонентами молока. Они синтезируются в молочной железе и встречаются только в молоке. Остальные компоненты можно найти и в других биологических соединениях.

С технической и экономической точек зрения молоко можно разделить на воду, сухое вещество и сухой обезжиренный остаток.

Молоко

Вода                                                        сухое вещество

                                                     жир                             сух. обезж. остаток

                                                                 лактоза  казеин   сыворотка  соли

Наибольший удельный вес в молоке занимает вода (более 85%, на остальные компоненты, входящие в состав сухих веществ или сухих остатков, приходится 11-14%). Содержание так называемого сухого обезжиренного остатка молока (СОМО) составляет 8-9%. Его определяют по ГОСТ 3626-73 методом высушивания навески молока при 102 +  2° до постоянной массы. Его можно найти расчетным путем — сложением содержания СОМО и количества жира в молоке. Для этого содержание СОМО определяют по формуле, используя показатели жирности и плотности молока.

Сухой остаток включает все питательные вещества молока. Он определяет выход готовой продукции при производстве молочных продуктов.

Содержание сухого вещества и отдельных его компонентов непостоянно в течение периода лактации. Количество жира подвержено самым большим колебаниям, затем идет белки. Содержание лактозы и солей, наоборот, почти не изменяется в течение всего периода лактации. Диапазон колебаний находится в тесной связи с величиной частиц отдельных составных частей.

Составная часть                                                Диапазон частиц, НМ     

     Жир                                                                100 — 10.000

     Казеин                                                                 5 — 100

     Альбулин                                                             5 — 15

     Молочный сахар                                             %

     Ионы                                                         0,5

Эту зависимость сформулировал Вигнер в законе, названном его именем: «Содержание различных составных частей сухого вещества молока колеблется тем меньше, чем в более тонком распределении они присутствуют в молоке».

Естественные изменения содержания основных составных частей — жира и белка представляют экономический технологический интерес. Оплата молока в зависимости от жирности, вследствие колебаний этого показателя, требует постоянного контроля за содержанием жира. Колебания затрудняют соблюдение постоянного соотношения между определенными составными частями в готовом продукте: например, в сгущенном молоке между жиром и сухим обезжиренным остатком. Фальсификацию молока водой можно точно установить лишь по содержанию лактозы и ионов путем определения точки его замерзания.

Жир занимает особое экономическое положение и служит основой оплаты молока, т. к. он подвержен резким колебаниям (до 4% — диапазон), затем идут белки, лактоза изменяется незначительно. Эти колебания зависят от породы скота, стадии лактации, возраста, состояния здоровья животного, рациона кормления, условий доения и содержания, мышечной нагрузки животных.

Изменения в составе молока после доения можно объяснить микробиологическим и технологическим воздействием. Однако различные показатели могут быть получены и при разных методах анализа. Например, при определении содержания жира бутирометрическим методом показатели жирности на 0,05% выше, чем при использовании гравиометрического метода. Из показателя, характеризующего содержание лактозы, зачастую не ясно, какая форма лактозы учитывается при этом — моногидратная или безводная, что ведет к различиям между показателями ее содержания, достигающими 0,24% на каждые 100 г молока.

Поэтому количественные данные о содержании сухого вещества и составных частей молока требуют более точного определения при их использования с целью сравнения.

     3. Факторы, влияющие на состав и свойства молока

1. Порода коров

2. Стадия лактации

3. Здоровье коров

4. Режим кормления

5. Другие факторы.

Выход и качество молочных продуктов, определяемые составом молока, структурой и свойствами его компонентов, находятся в большой зависимости от зоотехнических факторов. В некоторых случаях изменение состава и свойств сырого молока под влиянием физиологического состояния животных кормов и др. факторов настолько значительны, что оно становится не пригодным к переработке на молочные продукты.

Порода и возраст животных.  Отдельные породы крупного рогатого скота оцениваются по надоям молока и его составу. Это результат многолетней практики разведения крупного рогатого скота, что позволило вывести породы коров с наибольшей молочной продуктивностью. От породы и возраста животного зависит молочная продуктивность, состав, физико-химические и технические свойства молока. Основные породы в нашей стране: черно-пестрая, красная горбатовская, холмогорская и др.  (разд. табл. № 26   Горбатов, стр. 137).

(Самостоятельно провести анализ).

Колебания в составе молока коров одной и той же породы объясняются наследственными факторами, а также различными условиями содержания. Так как по наследству передается только способность к образованию определенного количества молока с примерно постоянным составом (молочная продуктивность), то условия содержания коров имеют большое значение для ее реализации.

Стадия лактации. Процесс образования и выделения молока из молочной железы, называемой лактацией, у коров в среднем составляет 305 дней, т. е. около 10 мес. В нем различают три периода (стадии): молозивный (продолжительностью 5-10 дней после отела), период выделения нормального молока (285-217 дней) и период отделения стародойного молока (7-15 дней перед окончанием лактации). Молозиво и стародойное молоко в результате резкого изменения физиологического состояния животных сопровождается образованием секрета, состав и свойства которого значительно отличаются от нормального молока.

Так, молозиво в 3-5 раз больше содержит белков, чем молокао; в 1,5 раза больше жира и минеральных веществ, фосфолипидов — в 3-5 раз, каротина — в 3,5-4 раза, больше витаминов, макро- и микроэлементов, ферментов (особенно каталазы, пероксидазы), гормонов, лизоцима, лактоферрина, лейкоцитов и пр. Лактозы меньше. Кислотность 40°Т, плотность 1.037—1,055 г/м3, вязкость 25×10-3 Па×с. Оно имеет интенсивный желтый цвет, солоноватый вкус, специфический запах, густую, вязкую консистенцию.

Стародойное молоко характеризуется повышенным количеством лейкоцитов, жира, белков, ферментов (липазы), минеральных веществ и уменьшенным содержанием лактозы. Кислот. 14-16°Т, а иногда 9-12°Т, вкус горьковато-солоноватый из-за повышенного количества свободных жирных  кислот, образующихся при гидролизе жира и хлоридов.

Молозиво и стародойное молоко не пригодно для промышленной переработки, т. к. оно имеет измененный состав; медленно свертывается сычужным ферментом и является плохой средой для развития молочнокислых бактерий. Продукты из них быстро портятся и имеют неприятный вкус.

Состояние здоровья коров. Болезни ведут к снижению молочной продуктивности животного за счет изменения состава и свойств молока. Наиболее заметные изменения в составе молока вызываются инфицированием вымени, в результате нарушается секреция молока. Мастит — воспаление тканей вымени. Маститы могут быть с ярко выраженными клиническими признаками и скрытые (субклинические). Последние более распространены. Возбудитель проникает в паренхиму, а оттуда в альвеолы. Способность молокообразующих клеток к синтезу казеина, лактозы и жира снижается. Для поддержания осмотического давления ионы крови в большом количестве переходят в молоко.

Частично пораженная ткань становится проницаемой для сывороточных белков. Мастит сказывается на составе молока — снижается общее количество сухих веществ, изменяется количественное соотношение между составными частями молока. Это выражается в снижении содержания жира, лактозы и казеина, а также в повышении содержания сывороточных белков, хлорида и соматических клеток. Меняется жирнокислотный состав триглицеридов молочного жира (повышается содержание высокомолекулярных жирных кислот и понижается количество низкомолекулярных жирных  кислот, уменьшаются размеры мицеллорного казеина с одновременным повышением в молоке содержания фракции   казеина.

Диапазон изменений зависит от степени заболевания. С ростом интенсивности инфекции состав секрета вымени приближается к составу крови. Оно имеет горьковато-солоноватый вкус. Кислотность понижается до 12°Т, pH повышается до 6,83-7,19, плотность снижается до 1,024-1,025 г/см3. Электропроводность повышается, а вязкость понижается.

Сборное молоко, поступающее на молокозаводы, часто имеет примесь анормального молока до 6-15% и более, т. е. в 1 мл такого молока содержится более 500 тыс. соматических клеток. А молоко по содержанию соматических клеток различают: в 1 мл

до 500 тыс.

 от 500 тыс. до 1 млн.

> 1 млн.

Молоко с повышенным количеством соматических клеток имеет высокую бактериальную обсеменность и, как правило, содержит стафилококки, обладающие повышенной биологической активностью. Следует иметь в виду, что примесь анормального молока может исказить результаты редуктазной пробы (т. е. при этом завышается сортность контролируемого  молока), вследствие замедления процесса восстановления метиленового голубого.

Анормальное молоко менее термоустойчиво, плохо свертывается сычужным ферментом, в нем плохо развиваются производственные молочнокислые бактерии. Наиболее чувствительна к примеси анормального молока болгарская палочка, ацидофильная палочка, диацетиллактис, менее чувств. St. lactis и особенно нечувств. St. термофильный. Сгустки из такого молока имеют повышенную вязкость, меньшую плотность и хуже отделяют сыворотку. Сырное тесто из такого молока — слабое, дряблое, медленно созревает, и сыры получаются с пороками вкуса, консистенции и рисунка. Качество масла, творога и кефира при использовании молока с 20-25% маститного снижается, изменяется вкус, запах, консистенция. Поэтому необходимо тщательно контролировать молока на мастит, для чего существует много методов: определение хлор-сахарного числа (у здоровых оно не > 1,5-2, у больных выше — 6-15); повышается активность каталазы и электропроводность молока. Для подсчета соматических клеток используют микроскоп, счетчики разного рода, подсчет клеток по изменению вязкости молока при добавлении к нему  ПАВ (проба с мастопримом — ГОСТ 23453-79).

Режим кормления. Кормление должно быть полноценным по белку и жиру, минеральным веществам и витаминам, которое влияет на продуктивность, состав и свойства молока. Некоторые виды корма изменяют вкус и запах молока (это полынь, сорняки, чеснок полевой) — эти привкусы и обуславливают пороки молока. Или зимой и весной причиной их может быть скармливание животным силоса, кормовой свеклы, капусты, зеленой ржи и пр. Многие летучие соединения кормов: эфиры, спирты, альдегиды и петоны, обладающие специфическим вкусом и запахом, легко и быстро выделяются в рубце жвачных вместе со жвачкой, затем отрыгиваются коровой, попадают в легкие, затем в кровь и молочную железу. И появляются в молоке через 20-30 мин. после дачи корма. Некоторые соединения содержатся в кормах в связанной форме, высвобождаются только при пищеварении и поэтому медленнее (в течение 1-3 ч) всасываются в кровь и поступают в молоко. Например, диметилсульфид образуется из метилцистина, содержится в капусте, турнепсе. Триметиламин (рыбный привкус) — из бетаина, содержится в сахарной свекле, пшенице, ячмене. Интенсивность кормовых привкусов через 2,5-4 часа после кормления уменьшается, т. к. кровь реадсорбирует пахучие вещества из молока. Коровий (хлебный привкус) обусловлен повышением в молоке концентрации кетоновых телацетона, ацетоуксусной и b-оксимасляной кислот.

Поэтому рационы кормления должны быть правильно составлены, исключая некачественные корма, а также нормировать скармливание животным концентрированных, сочных и др. видов кормов. Так, скармливание большого количества льняных и подсолнечников жмыхов повышает в жире ненасыщенность жирных кислот (С18), масло вырабатывается из такого молока низкого качества, не стойко в хранении. При увеличении скармливания углеводистых кормов (свеклы, картофеля) в жире повышается количество жирных кислот (С11-С12), масло приобретает  твердую и крошливую консистенцию. Если корма обеднены Са (барда, кислый жом, пивные дрожжи, силос, жмыхи и пр.), то может образовываться сычужно-вялое молоко, малопригодное к выработке сыра, и сыр из такого молока имеет ломкую, несвязную, крошливую консистенцию. Таким образом, необходимо достаточно добросовестно относиться качеству кормов.

Время года.  Сезонным колебаниям подвергаются жир, белок, в меньшей степени лактоза, хлориды. Жир и белок уменьшаются весной, в начале лета; осенью и зимой — повышаются. Лактоза снижается к концу года при одновременном повышении хлоридов. Но при этом надо учитывать все выше перечисленные факторы.

Влияние доения. Состав молока меняется в процессе доения, и в течение дня, т.е. между доениями. Первые порции менее жирные, в конце — более жирные. Это объясняется затвердеванием крупных жировых шариков в секреторных клетках альвеол при повышении давления в вымени.

При более длительном интервале удой молока увеличивается, а жирность его снижается. В утреннем молоке содержание жира ниже, чем в вечернем, т. к. оно получено после длительного интервала между доениями. Самое низкое содержание жира в молоке, полученном ночью (с 21 часа до 3 часов).

311285dok

1. Коллоидная система молока

1). Характеристика дисперсной фазы.

2). Структура мицелл казеина.

3). Коагуляция.

В коллоидно-дисперсном состоянии в молоке находятся сывороточные белки, казеин, большая часть фосфатов кальция. Это самая чувствительная фаза.

Растворы белков относят к истинным растворам, их считают однофазными гомогенными системами. Однако, свертывание макромолекул глобулярных белков в водном растворе в компактные глобулы можно считать частным случаем перехода гомогенного истинного раствора в двухфазный коллоидный раствор. Поэтому частицы белков молока можно рассматривать как коллоидные частицы, а их устойчивые обратимые водные растворы — как гидрофильные коллоидные растворы.

По свойствам и внутренней структуре коллоидные системы делят на необратимые (лиофобные) и обратимые (лиофильные).

Лиофобные (или гидрофобные, если дисперсионной средой является вода) коллоидные системы не обладают агрегативной и термодинамической устойчивостью, их частицы не связывают воду, стабилизируются за счет возникновения двойного электрического слоя на границе раздела фаз. Системы теряют свою устойчивость при добавлении малых количеств электролита.

Лиофильные (или гидрофильные) коллоидные системы обладают агрегативной и термодинамической активностью, их дисперсная фаза связывает значительные количества воды и образует вокруг частиц развитую сольватную (гидратную) оболочку, от нее и заряда на поверхности частиц зависит стабильность системы. Гидрофильные коллоидные системы коагулируют при добавлении большого количества электролита. Размеры коллоидных частиц молока составляют в(нм):  b-лактоглобулина 25-50; a- лактоальбумина —15-20; мицелл казеина — 40-300; фосфата кальция — 10-20. Частицы сывороточных белков молока представлены отдельными макромолекулами, а также их димерами и полимерами.

Макромолекулы белков свернуты в компактные глобулы, имеющие отрицательный заряд и очень прочные гидратные оболочки. Они обладают большой устойчивостью в молоке, не коагулируют при достижении изоэлектрической точки, хотя при понижении РН образует ассоциаты из нескольких мономеров. Выделить белки можно путем уменьшения их растворимости — введением в молочную сыворотку большего количества электролита, т. е. высаливанием. Высаливание сульфатом аммония и магния лежит в основе фракционирования сывороточных белков молока.

При нагревании молока до высоких температур сывороточные белки денатурируют, затем агрегируют и частично коагулируют.

Казеин в молоке содержится в виде мономеров (так называемый растворимый казеин) и в форме полимеров (субмицеллерный и мицеллерный казеин). Мицеллы казеина обладают свойствами гидрофильного золя, который при определенных условиях может перейти в гель. Только под действием сычужного фермента золь казеина переходит в гель необратимо, т. е. казеин проявляет свойства, присущие гидрофобным коллоидам.

Коллоидный фосфат кальция малорастворим в воде и в молоке образует типичную неустойчивую коллоидную систему с гидрофобной дисперсной фазой. Его растворимость повышается под влиянием казеина, вместе с которым он входит в состав мицелл. Таким образом, мицеллы казеина представляют собой коллоидную фазу смешанного состава, обладающую свойствами гидрофильного и гидрофобного золя. Нахождение казеина и фосфата кальция в молоке в виде сложных мицелл имеет большое значение для новорожденного. Так, под действием химозина в его желудке мицеллерный белок легко образует сгусток, который подвергается дальнейшему воздействию пепсина. Кроме того, в составе растворимых мицелл казеина транспортируются очень важные для молодого организма соли кальция.

Структура мицелл казеина. Известно несколько моделей структур казеина. Сейчас получила свое признание модель пористой структуры мицелл. Мицеллы казеина имеют почти сферическую форму, средний диаметр от 70 до 100 нм с колебаниями от 40 до 300 нм, молекулярная масса 6·108 (с колебаниями от 26·107 до 5·109). Мицеллы казеина состоят из нескольких сотен субмицелл диаметром 10-15 нм и молекулярной массой 250.000-300.000. В состав субмицелл и мицелл не входит   -казеин, он находится в свободном состоянии. Субмицеллы представляют собой агрегат из 10-12 субединиц — основных фракций казеина (        ), соединенных между собой гидрофобными, электростатическими и водородными связями и кальциевыми мостиками. Соотношения между фракциями (       ) могут быть различными (3:2:1; 2:2:1), и т. д., но с уменьшением размера субмицелл и мицелл увеличивается относительное содержание в них   казеина. Полипентидные цепи фракций казеина свертываются в субмицелле таким образом, что большинство гидрофобных групп составляют основное ядро, а гидрофильные располагаются на поверхности субмицелл. Гидрофильная часть (оболочка) содержит отрицательно заряженные кислотные группы глютаминовой, аспарагиновой и фосфорной  кислот. Усиливают гидрофильные свойства субмицелл и мицелл, ориентированные наружу гликомакропептиды   -казеина, которые располагаются на поверхности субмицелл. Известно, что пептитдная часть гликомакропептидов содержит большое количество оксиаминокислот (серина и треонина), глютаминовой и аспарагиновой кислот, а углеводная — свободные карбоксильные группы сиаловой кислоты.

Соединения субмицелл в устойчивые мицеллы происходит с помощью коллоидного фосфата кальция, и возможно за счет цитрата кальция и гидрофобных взаимодействий. Схематично это представлено:

Точный состав коллоидного фосфата кальция и механизм его взаимодействия с казеином до конца не изучен, но выяснено, что удаление его из молока вызывает нарушение структуру мицеллы, что сопровождается увеличением в молоке свободных   —  -казеинов, которые чувствительны к ионам кальция.

Пористая структура мицелл позволяет проникать внутрь их Н2О, ферментам. Мицеллерный казеин, сильно гидратирован — содержит 2-3,7 г и более воды на 1 г белка, и поэтому вода не только окружает мицеллу казеина в виде гидратной оболочки, но и заполняет большую часть ее объема, т. е. иммобилизуется мицеллой.

В свежем молоке мицеллы казеина устойчивы, не коагулируют при механической обработке (очистке, сепарировании, гомогенизации), и нагревании молока до высоких температур. Снижение их устойчивости и коагуляции наблюдается лишь при понижении РН молока, повышении концентрации ионов кальция, внесении сычужного фермента. А устойчивость и коагуляция коллоидных растворов зависит от соотношения молекулярных сил, притяжения и электростатических сил отталкивает между коллоидными частицами. В свежем молоке последние силы превалируют над силами молекул притяжения, и коллоидная система находится в устойчивом состоянии. И для того, чтобы вызвать соединение и коагуляцию мицелл казеина, необходимо снизить отрицательный заряд, т. е. перевести мицеллы в изоэлектрическое состояние, или близкое к нему, и разрушить гидратные оболочки.

В практике коагуляцию казеина осуществляют снижая РН молока и добавляя кислоты (кислотная коагуляция), внося хлорид кальция (термокальциевая коагуляция), сычужный фермент (сычужная коагуляция). Коагуляция — это хлопьеобразование, оно происходит в результате дестабилизации коллоидных частиц в изоэлектрической точке, когда снижается количество поверхностных зарядов и снижается потенциал отталкивания, и гидратная оболочка ослабевает.

Кислотная коагуляция — образуется при осаждении белков молока молочной кислотой или другими органическими и неорганическими кислотами. Кислота снижает отрицательный заряд казеиновых мицелл, т. к. Н-ионы подавляют диссоциацию карбоксильных групп казеина, и гидроксильных групп. Н3РО4 и при этом группы СОО — переходят в СООН, а РО3-2 в РО3Н2, в результате достигается равенство положительных и отрицательных зарядов при РН 4.6-4.7. При кислотной коагуляции помимо снижения отрицательных зарядов казеина нарушает структуру ККФК, от него отщипляются фосфаты кальция и структурообразующий кальций, и их переход в раствор дополнительно стабилизирует казеиновые мицеллы.

  [ККФК] + С3О6О3 ® казеино + Са3(РО4)2 + (С3Н5О3)2Са.

Структурообразующий кальций:

  R  - СН2 - О

        казеин

Состав коллоидного фосфата кальция, присутствующий в частицах казеина и характер его связи до сих пор неизвестны. Это могут быть гидрофосфат или фосфат кальция, их смесь, а также кальций  фосфатцитратный комплекс и др. Фосфор коллоидного фосфата кальция в отличие от фосфора органического, входящего в состав казеина, называют неорганическим. Фосфат кальция, по-видимому, может взаимодействовать с серинофосфатными группами казеина соединяя его молекулы между собой наподобие кальциевых мостиков:

Добавление кислоты снижает РН, тем самым разрушается коллоидная система — такое явление может носить желательное, также нежелательное явление: при производстве кислотного творога и технического казеина, нежелательное явление — самопроизвольное скисание сырого и питьевого молока.

Сычужная коагуляция — носит необратимый характер и включает две стадии: ферментативную и коагуляционную. На первой стадии под действием основного компонента  сычужного фермента —химозина — происходит  разрыв пептидной связи фенилаланин (105) и метионин (106) в полипептидных цепях  -казеина КФК. В результате протеолиза,  молекулы  -казеина распадаются на гидрофобный пара  -казеин и гидрофильный гликомакропептид. Схематично это выглядит так:

Гликомакролептиды имеют высокий отрицательный заряд и обладают сильными гидрофильными свойствами. При их отщеплении частично разрушается гидратная оболочка, силы электростатического отталкивания между частицами уменьшаются и дисперсная система теряет устойчивость.

На второй стадии дестабилизированные мицеллы казеина (параказеина), собираются в агрегаты и образуется сгусток, т. е. происходит гелеобразование. Сычужная свертываемость — желательное явление, свертывание молока протеидами микробного происхождения — нежелательное явление.

Кальциевая коагуляция связана со снижением отрицательного заряда казеина под влиянием положительно заряженных ионов двухвалентного кальция (вводят СаСl2). Ее применяют в промышленности для осаждения молочных белков из обезжиренного молока. Коагуляцию хлоридом кальция обычно проводят при высокой температуре (до 85оС), поэтому она носит название термокальциевая коагуляция.

Повышенная температура вызывает денатурацию сывороточных белков, которые коагулируют вместе с казеином. Белковый продукт, полученный на основе комплексного осаждения казеина и сывороточных белков, называется молочным белком, или копреципитатом. Его используют для обогащения некоторых пищевых продуктов. Степень использования белков при кальциевой коагуляции при температуре 90-85оС — 96-97%; при сычужной коагуляции — 85,6% (не осаждается    казеин и лишь небольшая часть денатурированных сывороточных белков).

2. Фаза эмульсии

1). Состав и структура оболочки шариков жира.

2). Факторы устойчивости жировой эмульсии молока.

Молоко представляет собой эмульсию жировых шариков в молочной плазме. Плазма — молочная жидкость, свободная от жира, в ней присутствуют все остальные части молока в неизменном виде. Эмульсия представляет собой тонкодисперсную систему из двух нерастворяющихся одна в другой жидкостей, причем одна из жидкостей в тончайшем распределении, находится в другой. Свежевыдоеное молоко — двухфазная эмульсия. При длительном охлаждении часть жира в жировых шариках выкристаллизовывается и образуется трех- и многофазная эмульсия.

Вследствие различной величины жировых шариков в молоке оно образует полидисперсную эмульсию. Средний диаметр жировых шариков равен 2 — 2,5 мкм с колебаниями от 0,1 до 10 мкм и более. Размер их и количество в молоке непостоянны и зависят от всех зоотехнических факторов. Размеры жировых шариков имеют и практическое значение при переходе жира в продукт при производстве сливок, масла, сыра, творога.

Физическая стабильность шариков жира в молоке и молочных продуктах, зависит в основном от состава и свойств их оболочек. Оболочка жирового шарика состоит из двух слоев различного состава — внутреннего тонкого, который плотно прилегает к кристаллическому слою высокоплавких триглицеридов жировой глобулы и внешнего рыхлого (диффузного), который легко десорбирует при технологической обработке молока. Схематично это можно представить так:

Основной компонент внутреннего слоя — лецитин, в незначительном количестве содержатся кефалин, сфингомиелин. Фосфолипиды, вследствие полярного строения молекул является хорошими эмульгаторами. молекула которых состоит из двух частей — липофильной — она обладает химическим сродством с жиром и гидрофильной — которая присоединяет гидратную воду.

Белковые компоненты оболочки по растворимости в воде (разбавленных солевых растворах) делятся на две фракции: одна плохо растворима в воде, содержит 14% азота, содержит меньше лезина, валина, лейцина, глютаминовой и аспарагиновой кислот, больше аргинина по сравнению с молоком. Она включает значительное количество гликопротеидов, содержащих гексозы, гексозамины и сиаловую кислоту. В другую водорастворимую белковую фракцию входят гликопротеид с высоким содержанием углеводов и разнообразные ферменты: ксантиноксидазу, фосфатазу, холинэстеразу, глюкоза-6 фосфотазу и др. Большая их часть идентична ферментам клеточных мембран. В оболочке шариков жира обнаружены, кроме белков и липидов, обнаружены минеральные вещества: Cu, Fe, Mo,  n, Ca, Mg, Se, Na, K. С оболочкой связано от 5 до 25% нативной меди молока и 28-29% нативного Fe (содерание Cu в 1 г оболочки составляет 5-25 мкг, Fe — 70-150 мкг.). Fe и Mo являются компонентами ксантиноксидазы, Cu входит в состав  специфиического (богатого CU) белка оболочки, а остальные минеральные элементы в виде катионов плазмы молока связываются с отрицательно заряженными группами белков оболочек шариков жира.

Таким образом, внешний слой оболочки жирового шарика состоит из фосфолепидов, оболочечного белка и гидратной воды.

Состав и структура оболочек шариков жира после охлаждения, хранения и обработки молока отличаются от состава и структуры нативных оболочек. Так, в процессе охлаждения и хранения сырого молока на внутренней мембране адсорбируются иммуноглобулины, и липаза, которую называют мембранной, в отличие от плазменной); а при механической и тепловой обработке еще казеин и денатурированный   b-лактоглобулин. Коренным образом изменяется состав оболочки в процессе гомогенизации молока и сливок.

2. Факторы устойчивости жировой эмульсии молока — она достаточно устойчива. Все выше перечисленные воздействия незначительно изменяют состав, физико-химические свойства оболочек жировых  шариков, не нарушая при этом стабильности жировой эмульсии.

При технологической обработке молока в первую очередь изменяется внешний слой оболочки, имея неровную, шероховатую, рыхлую поверхность и довольно большую толщину после перемешивания, встряхивания и хранения. Оболочки шариков жира становятся более гладкими и тонкими. Это объясняется десорбцией липопротеидных мицелл из оболочек в плазму. Одновременно с десорбцией мицелл происходит сорбция белков и др. компонентов плазмы молока на поверхности мембраны шариков жира. Вот эти два явления десорбции — сорбции вызывают изменение состава и поверхностных свойств оболочек, что приводит к снижению прочности и частичному разрыву.

В процессе тепловой обработки молока уже происходит частичная денатурация мембранных белков, что способствует дальнейшему снижению стабильности оболочек шариков жира. Они могут быть разрушены довольно быстро и в результате специального механического воздействия: например, при производстве масла, при действии концентрированных кислот и щелочей, амилового спирта.

Стабильность жировой эмульсии в первую очередь объясняется возникновением на поверхности капелек жира электрического заряда за счет содержания на поверхности оболочки жирового шарика полярных групп — фосфолипидов, СООН, NH2, СООН — группы маловой кислоты белковых и углеводных компонентов. Значит на поверхности создается суммарный отрицательный заряд (изоэлектрического тока — рН 4,5). К отрицательно заряженным группам присоединяется катион кальция, магния и др. В результате образуется второй электрический слой, силы отталкивания которого превышают силы притяжения. И поэтому не происходит расслоения эмульсии, кроме того дополнительно стабилизирует жировую эмульсию гидратная оболочка, которая образуется вокруг полярных групп мембранных компонентов.

Вторым фактором устойчивости жировой эмульсии является создание на границе раздела фаз структурно-механического барьера за счет того, что оболочки жировых шариков обладают повышенной вязкостью, механической прочностью и упругостью, которые препятствуют слиянию шариков. Этот фактор наиболее сильный фактор стабилизации концентрированных эмульсий, например, высокожирные сливки. Следовательно, для обеспечения устойчивости жировой эмульсии молока и сливок в процессе выработки молочных продуктов необходимо стремиться сохранить неповрежденными оболочки шариков жира и не снижать степень их гидратации. Для этой цели надо сократить до минимума  механические воздействия на дисперсную фазу молока при транспортивке, хранении и обработке, избегать его вспенивания, правильно проводить тепловую обработку, т. к. длительная выдержка при высоких температурах может вызвать значительную денатурацию структурных белков оболочки и нарушение ее целостности. А также для стабилизации жировой эмульсии необходимо широко применять дополнительное диспергирование жира путем гомогенизации.

При выработке одних молочных продуктов перед инженером-технологом стоит задача предотвратить агрегирование и коалесценцию шариков жира, то при получении масла наоборот стоит задача разрушить (деэмульгировать) стабильную жировую эмульсию и выделить из нее дисперсную фазу.

Коалесценция — это когда слои дисперсионной среды или адсорбционные слои и частицы сливаются в новые более крупные образования, причем это приводит к заметному разделению фаз.

Агрегация диспергированных частиц с образованием более крупных частиц, которые под действием силы тяжести выпадают в осадок, приводит к флокуляции или коагуляции.

Схема строения двойного электрического слоя вокруг коллоидной частицы

1 — коллоидная частица.

2 — двойной электрический слой.

3 — его адсорбционная часть.

4 — диффузная часть.

3. Меры предупреждения жиров от порчи.

Характеристика природных и синтетических антиокислителей. Механизм их воздействия

Предохранение жиров от порчи имеет важное биологическое и экономическое значение. В первую очередь необходимо по возможности исключить соприкосновение жира с О2 воздухе, светом, теплом. Сохранение жиров в герметической таре значительно удлиняет индукционный период. например, рекомендуется пищевые жиры сохранять в вакууме, в атмосфере инертного газа при минусовой температуре. В жирах не должно быть примесей, катализирующих металлов и бактерий. Для предупреждения окислительного разрушения жиров к ним добавляют антиокислители. Этот процесс называется стабилизацией жиров. Сущность действия окислителей заключается в том, что они более активно вступают в реакцию со свободными радикалами и тем самым обрывают цепную реакцию, приводящую к порче жиров. По характеру участия в ингибировании цепной реакции различают два типа антиокислителей: одни препятствуют образованию свободных радикалов, другие способствуют разрушению уже образовавшихся гидроперекисей. Существует также группа веществ, которые не обладая прямым антиокислительным действием, усиливают действия антиокислителей, т. е. являются их синергистами.

К антиокислителям и их синергистам предъявляют следующие требования:

1) не должны обладать вредными для организма человека свойствами;

2) не должны изменять органолептических качеств жира;

3) должны предохранять жир от окисления в течение длительного времени.

Следует иметь в виду, что простое добавление антиоксидантов в жиры не всегда предупреждает их от окисления. Антиоксиданты эффективны только тогда, когда их применяют с соблюдением следующих требований:

1) жиры, подвергаемые стабилизации, должны быть свежими, без признаков прогоркания;

2) не следует смешивать жиры, имеющих признаки прогоркания, со свежими жирами, в состав которых они входят, поскольку это приводит к ускорению окисления.

Повышенное содержание воды, температуры, свободный доступ кислорода, света снижают эффективность антиоксидантов.

Природные антиокислители — фосфолипиды, топоферолы, каратиноиды.

Синтетические — бутилокситолуол — белый или бледно желтый кристаллический порошок без запаха, не растворим в воде, но хорошо растворяется в жирах и растворителях жиров.

Бутилоксианизол — воскообразные кристаллы кремневого или розового цвета с феноловым запахом. Растворим в жирах, этаноле, эфире, бензоле. Устойчив к действию температур, поэтому его можно вносить в продукты, подвергающиеся тепловой обработке. Эти два антиокислителя по составу и свойствам близки между собой, и поэтому совместное их применение усиливает стабилизирующее действие. Стабилизаторы — лейцин, аргинин, цистеин увеличивают сохраняемость молочного жира. В литературе имеются сообщения об антиокислительном эффекте элеутерокка кислого. К синергистам относятся: фосфорная, фосфолипиды аминокислоты, аскорбиновая, лимонная кислоты.

Работы, связанные с изучением, применением и разработкой антиоксидантов, носят огромное народно-хозяйственное значение, т. к. это удлиняет сроки хранения, сохраняет качество жиров.

4. Химические свойства молока

1). Влияние химического состава молока на его свойства.

2). Кислотность молока.

3). Буферная емкость молока.

3). Окислительно-восстановительный потенциал.

4). Значение рН в молочной промышленности.

Свойства молока. Свежее натуральное молоко, полученное от здоровых животных, характеризуется определенный физико-химическими и органолептическими свойствами, которые могут резко различаться в начале и конце лактационного периода, под влиянием болезней животных, некоторых видов кормов, при хранении молока в неохлажденном виде и при его фальсификации. Поэтому по физико-химическим и органолептическим свойствам молока можно оценить натуральность и качество заготовляемого сырья, т. е. его пригодность к промышленной переработке.

Все компоненты молока по разному влияют на физико-химические свойства его. Например, от массовой доли белка, дисперсности и гидратационных свойств белков в большей степени зависит вязкость и поверхностное натяжение молока, но почти не зависят величины электропроводности и осмотического давления. Почти все компоненты молока влияют на его плотность и кислотность, минеральные вещества молока значительно влияют на его кислотность, электропроводность, осмотическое давление и температуру замерзания, но не влияют на вязкость и т. д.

Кислотность — титруемая (общая) и активная.

Общая (титруемая) кислотность — выражается в градусах Тернера и определяется титрованием 0,1 н раствором щелочи 100 мл молока в присутствии индикатора фенолфталеина до нейтральной реакции. Кислотность является критерием оценки качества заготовляемого молока по ГОСТ 13264-88 «Молоко коровье» требования при закупках.

Кислотность свежевыдоенного молока составляет 16-18оТ. Она обусловливается кислыми солями — дегидрофасфатами и дегидроцитратами (около 9-13оТ), белками — казеином и сывороточными белками (4-6оТ), углекислотой, кислотами (молочной, лимонной, аскорбиновой, свободными жирными и др. компонентами молока (1-3оТ).

При хранении сырого молока титруемая кислотность повышается по мере развития в нем микроорганизмов, которые сбраживают молочный сахар с образованием молочной кислоты. Повышение кислотности вызывает нежелательные изменения свойств молока, например, снижение устойчивости белков к нагреванию. Поэтому молоко с кислотностью 21оТ принимают как несортовое, а молоко с кислотностью выше 22оТ не подлежит сдаче на молочные заводы.

Кислотность молока зависит от породы животных, от кормовых рационов, возраста, физиологического состояния и т. д. Особенно сильно изменяется кислотность в течение лактационного периода и при заболеваниях животных.

В первые  дни после отела кислотность повышена за счет большого содержания белков, солей, через 40-60 дней она достигает физиологической нормы. И перед концом лактации коров имеет пониженную кислотность.

Отклонение естественной кислотности молока от физиологической нормы оказывает влияние на технологические свойства молока. Так, молоко с пониженной кислотностью нецелесообразно перерабатывать в сыры, т. к. оно медленно свертывается сычужным ферментом, а образующийся сгусток плохо обрабатывается.

рН (активная кислотность) — это концентрация водородных ионов. Она выражается отрицательными логарифмом концентрации ионов водорода, обозначается рН. Чем выше концентрация ионов Н2, тем ниже значение рН. Для нормального свежего молока рН составляет 6,47—6,67. Такая кислотность благоприятна для устойчивости коллоидной системы молока и развития бактерий. При повышенной активности кислотности развитие микроорганизма замедляется, а при значительность снижении рН прекращается.

Активная кислотность изменяется медленно, чем титруемая, что объясняется буферными свойствами молока. Молоко содержит несколько буферов (белковый, фосфатный, цитратный). Они обеспечивают постоянство рН. Белковый буфер состоит из белков молока (казеина) и натриевой или калиевых солей, которые могут вступать в реакции как с кислотами, так и со щелочами, таким образом нейтрализуя их. В случае добавления или накопления в молоке кислоты ионы Н2 кислоты связываются солью казеина.

При этом образуется свободный белок, обладающий свойствами слабой кислоты.

                  NH3                                                     NH3

    R                         +  HCl             R                     + NCl

                 COONa                                                 COOH

диссоциация СООН — слабая, РН молока изменяется незначительно, а титруемая кислотность повышается. Также ведет себя фосфатный буфер

Na2HPO4+HCl=NaH2PO4+NaCl

Если бы в молоке не было буферных систем, вряд ли мы смогли бы вырабатывать кисломолочные продукты и сыры. Дело в том, что молочнокислые закваски  могут лишь развиваться при определенном рН. Низкие величины рН действуют на них губительно. Следовательно молочная кислота, образующаяся при сбраживании молочного сахара должна каким-то образом нейтрализоваться. И здесь на помощь приходят буферные системы. Но они действуют до тех пор, пока не утратят буферных свойств своих. Изменение рН молока при добавлении к нему кислоты или щелочи произойдет в том случае, если будет превышена буферная емкость систем молока. Под буферной емкостью молока понимают количество кислоты или щелочи, которое  необходимо добавить к 100 мм молока, чтобы изменить величину рН на единицу.

Вследствие буферных свойств молока рН кефира, выработанного термостатным способом в конце сквашивания при титруемой кислотности 75-80о составляет лишь 4,85-4,75, а рН сгустка в процессе производства творога жирного при кислотности 58-60оТ — %.15-5,05. При таком рН возможны развитие молочнокислых стрептококков и накопление ароматических веществ. Аналогично при выработке твердых сыров рН сырной массы после прессования при высокой титруемой кислотности. Имеем величину, равную 5,2-5,6, что объясняется большим содержанием в ней белков, буферная способность которых при протеолизе увеличивается.

Окислительно-восстановительный потенциал

Е является количественной мерой окисляющей или восстанавливающей способности молока. Е. нормального свежего молока равен 0,25—0,3 В (250—350 мВ). Молоко содержит ряд химических соединений, способных отдавать или присоединять электроны (атомы Н2): аскорбиновую кислоту (токоферолы), цистеин, рибофлавин, молочную кислоту, коферменты окислительно-восстановительных ферментов (дегидрогиназ, оксидаз) О2, металлы и пр. окислительно-восстановительные условия в молоке зависят от концентрации ионов Н2 и поэтому их выражают условным показателем. rH2, который вычисляют по уравнению

rH2 = Е/0,03 + 2 pH (при 20оС). Если в свежем молоке Е=0,3 В, а рН=6,6, то rH2=23,2. Значит свежее молоко — это среда со слабыми восстановительными свойствами. В нейтральной среде rH2=»28. Если rH2>28, то среда обладает окислительной способностью, ниже 28 — восстановительной способностью.

Усиление восстановительных свойств молока, т. е. падение окислительно-восстановительного потенциала и rH2 вызывают тепловая обработка, развитие микроорганизмов и т. д. Так, молочнокислые бактерии при развитии в молоке понижают величину Е до -60 ¸ 120 мВ, а в твердых сырах до -150 ¸ 170 мВ и ниже. Развитие в сыром молоке многочисленных микроорганизмов вызывает резкое снижение окислительно-восстановительный потенциал на изменение величины которого основана редуктазная  проба. При определенном значении Е индикаторы  (мителеновый голубой или резазурин), внесенные в молоко, восстанавливаются, обесцвечиваясь или изменяя окраску. Чем больше бактерий содержится в сыром молоке, тем быстрее падает окислительно-восстановительный потенциал и восстанавливаются добавленные реактивы.

Повышению окислительно-восстановительного потенциала, т. е. усилению окислительных свойств молока, способствуют металлы (Сu, Fe) и аэрация (перемешивание). От величины окислительно-восстановительного потенциала зависят интенсивность протекания в молочных продуктах (сыры, кисло-молочные продукты) биохимических процессов, (протеолиз, распад АК, лактозы, липидов) и накопление ароматических веществ (диацетила).

Возникновение пороков в молоке и молочных продуктах таких пороков вкуса, как окисленный, металлический и салистый привкусы, обусловлены повышением окислительно-восстановительного потенциала среды.

Значение рН в молочной промышленности

От величины рН зависят многие производственные показатели:

— коллоидное состояние белков молока и сл-но стабильность полидисперсной системы молока;

— условия роста полезной и вредной микрофлоры с ее влиянием на процессы созревания;

— скорость образования типичных компонентов вкуса и аромата отдельных молочных продуктов;

— состояние равновесия между ионизированным и коллоидно распределенным фосфатом кальция и обусловленное этим термоустойчивость белковых веществ;

— активность нативных и бактериальных ферментов;

— очищающе-дезинфицирующая способность различных моющих и дезинфицирующих средств;

— коррозийное действие золей и моющих растворов, а также степень загрязненности сточных вод молочных предприятий.

РН для сырого молока — показатель качества, а для молочных  продуктов являются показателем качества и фактором управления производственным процессом.

рН — как показатель качества. Установлен достаточно четко, тем не менее применение рН в качестве показателя качества еще не в полной мере предусмотрено национальными стандартами отдельных стран. В мировом масштабе наблюдается тенденция к включению рН молочных продуктов, главным образом сычужных сыров, в оценку их качества. Молочные продукты удовлетворительного качества характеризуются определенным значением рН, например, цельное молоко — 6,6 — 6,8; сгущенное — 6,1 — 6,4; йогурты — 4,0 — 4,3; творожная сыворотка — 4,3 — 4,6 и т. д.

По величине рН можно судить о способности молока к свертыванию:

маститное молоко — > 6,8;

нормальное свежее — 6,6 — 6,8;

начинающее скисать — 6,3;

свертывание при нагревании — 5,7;

свертывание с образованием сгустка — 5,3 — 5.5.

Величина рН меняется при внезапных колебаниях температуры, причем перепад температуры вызывает отклонение рН в кислую зону. Внезапное повышение температуры ведет к отклонению рН в щелочную зону.

рН — как фактор управления производственным процессом.

При различных технологических процессах рекомендуется следить за изменением величины рН, т. к. от этого зависят качество и выход готового продукта. Например, при регулировании созревания сливок при производстве кислосливочного масла требуемая величина рН должна лежать в пределах 4,7 — 4,95. Если она сокращена, то продукт переквашен, появляется порок — кислый металлический привкус, если превышено рН, то образуется недостаточное количество диацетила — порок пустой, творожный вкус; или сычужное свертывание проводят при рН 6,1 — 6,4; в свежем сыре 4,7 — 5,3; зрелый сыр — 5,2 — 57; сокращении или превышения вызывает пороки консистенции и т. д.

Активность водородных ионов существенно влияет на жизненные функции микрофлоры. Оптимум роста микроорганизмов  лежит в узком диапазоне рН, и его надо поддерживать на заданном уровне, особенно при подготовке необходимых питательных сред для микробиологического контроля качества и в целях создания наиболее благоприятных условий для роста микроорганизмов в системе биологического самоочищения сточных вод молочных предприятий.

Определение величины рН необходимо не только в целях поддержания оптимальной среды для роста м. о., но и для  предотвращения микробиологических пороков качества. так удалось доказать, что развитие колоний черной плесени в сыре «Том Вандуз» происходит только при значении рН>5,5.

Диапазон активности водородных ионов, который для микроорганизмов при биологическом самоочищении считается не опасным, лежит в пределах рН от 6,0 до 8,5. Более высокие и низкие значения рН могут привести к нарушениям в процессе биологического распада, особенно в том случае, если в отстойнике происходит быстрая смена сильно кислых и сильно щелочных сточных вод. Так как сточные воды с рН<6,5 оказывают коррозийное действие на бетонные сооружения, то остается только узкий диапазон рН от 6,5 до 8,5 при котором сточные воды молочных предприятий можно отводить в канализационную систему и отстойники, не боясь при этом их разрушающего действия.

6. Теплофизические и оптические свойства молока

1).Удельная теплоемкость.

2).Коэффициент теплопроводности и температуропроводности.

3).Показатель преломления.

Теплофизические свойства молока

Для расчетов затрат теплоты или холода на нагревание или охлаждение молока и молочных продуктов необходимо знать их теплофизические свойства. Наиболее важными из них являются удельная теплоемкость, коэффициенты теплопроводности и температуропроводности, которые связаны между собой соотношением а=l(ср), где а — коэффициент температуропроводности м2/с, l — коэффициент теплопроводности, ВТ/(м×к), С — удельная теплоемкость, ДЖ/(кг×к) ; р — плотность продукта; кг/м3

Теплофизические свойства молока и молочных продуктов зависят от температуры, содержания сухих веществ (главным образом от количества и дисперсности), воды и т. д.

Удельная теплоемкость цельного молока в интервале температур 273—333 К (0—60оС) изменяется незначительно, она является постоянной и равна 3900 ДЖ(кг×к) или 3,9 КДЖ/(кг×к). Удельная теплоемкость сливок уменьшается с увеличением жирности.

Удельная теплопроводность молочных продуктов

Коэффициент теплопроводности молока l при 20оС равен »0,5 Вт (м.к). Она увеличивается с повышением температуры и ее можно рассчитать по формуле

  l = 0,22+0,0011Т

Теплопроводность сливок увеличивается с повышением температуры и уменьшается с увеличением содержания жира. При температуре 273оК.l. сливок как функцию жирности (в интервале от 20 до 45%) рассчитывают по формуле   l= 0,36-0,0014Ж

Коэффициент температуропроводности. Он зависит от температуры, жирности, влажности, плотности и пористости пищевых продуктов. Коэффициент температуры молока при 20оС равен 13×10-8м2/с. Его значение увеличивается с повышением температуры молока, что объясняется возрастанием при этом величины теплопроводности и уменьшением объемной теплоемкости, с которыми он связан зависимостью.

          а = l (ср)

В интервале температур 273-353 К  а (в м2с)  молока как и функцию температуры рассчитывают по формуле:

                 а×108=4,1+0,0325Т

Коэффициент температуропроводности  сливок уменьшается с увеличением жирности и возрастает с повышением температуры.

Показатель преломления — представляет собой постоянную вещества при определенной температуре и определенной длине волны и служит для идентификации чистых жидкостей. Молоко непрозрачно из-за присутствия в ней жира и белка. Жировые шарики отражают большую часть падающего света, поэтому перед проведением рефрактометрических исследований следует удалить жир из молока. Но и казеин делает нечеткой разделительную линию в рефрактометре, и тоже влияет на результаты измерения.

Показатель преломления обезжиренного молока при 20оС колеблется от 1,344 до 1,348. Он складывается из показателей преломления воды (1,3329) и составных частей обезжиренного остатка молока — лактозы, казеина, сывороточных белков, солей, небелковых азотистых соединений и прочих компонентов. Поэтому по величине показателя преломления молока и молочной сыворотки с помощью специальных рефрактометров можно контролировать содержание в молоке СОМО, белков, лактозы. Например, количество белков определяют по разности между показателями преломления исследуемого молока и его сыворотке после осаждения белков раствором СаСl2 при кипячении, а содержание СОМО — по разности между показателями преломления молока и дистиллированной воды.

С помощью рефрактометрического метода можно осуществлять косвенный контроль натуральности молока. Показатель преломления (число рефракции) сыворотки, натурального молока является величиной относительно постоянной, равной  1,342-1,343. При добавлении к молоку воды число рефракции молочной сыворотки понижается пропорционально количеству добавленной воды — в среднем на 0,2 единицы на каждый процент воды.

Большее значение имеют рефрактометрические исследования для определения числа преломления молочного жира, и следовательно, для быстрого нахождения йодного числа.

12. Изменение белков при различной обработке молока

1). Изменение структуры и свойств белков при гомогенизации.

2). Изменение структуры и свойств белков при новых методах обработки молока.

Гомогенизация оказывает сильное воздействие на молочный жир, но изменениям подвергаются белки и соли молока. В результате гомогенизации меняются и технологические свойства молока — вязкость, кислотность, продолжительность сычужного свертывания, структурно-механические и синеретические  свойства сычужных и кислотных сгустков, а также термоустойчивость гомогенизированных молочных эмульсий при последующей тепловой обработке.

Гомогенизация применяется для диспергирования жировой фазы молока. При гомогенизации цельного молока и сливок на вновь образующейся поверхности жировых шариков адсорбируются белки молочной плазмы и их фрагменты.

Об этом свидетельствуют данные, представленные в таблице.

Массовая доля белков, %

Дисперование казеина в цельном гомогенизированном молоке может быть вызвано только действием адсорбционных сил, возникающих при увеличении поверхности жировой фазы, а гидромеханические силы в клапанной щели гомогенизатора на казеиновые мицеллы не действуют.

В процессе гомогенизации меняется форма и структура казеиновых мицелл, они приобретают неровные края, их поверхность как бы разрыхляется, оголяются гидрофобные участки, при этом происходит как диспергирование, так и агрегирование частиц.

Поверхностная денатурация сопровождается необратимыми изменениями четвертичной, третичной и вторичной структур белковых молекул. Поверхностная денатурация оболочечного казеина сопровождается некоторым понижением его термоустойчивости, что может привести к снижению тепловой стабильности гомогенизиров. в/ж молочных эмульсий.

Если предположить, что на жировых шариках после гомогенизации адсорбируются не целые мицеллы, а их фрагменты и субмицеллы, то преобладание в оболочечном белке  __-казеина можно объяснить двумя причинами. Во-первых, при гомогенизации разрушаются в основном крупные мицеллы, которые содержат больше ___-казеина. Во-вторых, __-казеин характеризуется высокой способностью адсорбироваться на жировых шариках вследствие наличия гидрофобного __-конусового пептида, содержащего 23АК остатка. Также адсорбиционной способностью обладает и __-казеин, содержание его в хранившем молоке увеличивается.

В состав оболочек жировых шариков кроме казеина и входят сыворотные белки, которые вовлекаются на поверхность шариков после денатурации и комплексообразования с казеином. Особенно такое состояние характерно для гомогенизированного пастеризованного молока, где от____  более высокая степень адсорбулина жировыми шариками молочных белков.

Во время гомогенизации имуноглобулина взаимодействуют с ___-казеином, что влияет на потерю способности молока аглютгенировать жировые шарики после гомогенизации. Сывороточные белки непрочно закреплены во внешнем слое оболочек и легко удаляются из него при промывке жировых шариков.

Таким образом, не все белки подвергаются изменению, меняются оболочные белки, а белки плазмы структуру и свойства не меняют, но некоторая их часть расходуется на построение оболочек жировых шариков. Это казеин, его крупные мицеллы. Таковые изменения белков, изменение солевого баланса молока влияют на термоустойчивость, способность образовывать сгустки и другие технологические свойства гомогенизирования молочных продуктов.

Гомогенизация молочного сырья наряду с положительными сторонами — снижением продолжительности сычужного свертывания и потерь жира с сывороткой; имеет ряд недостатков — уменьшается прочность получаемых сычужных и кислотных сгустков, снижает скорость синере_иса, увеличивает потери белка при обработке сырного серна и др. Для устранения этих недостатков рекомендуется раздельная гомогенизация, а также модифицирование состава оболочек жировых шариков путем внесения в молоко казеина, натрия и других белковых добавок.

После гомогенизации тепловая стабильность молочных эмульсий понижается и тем значительнее, чем выше содержание жира в эмульсии и давление гомогенизации и чем ниже температура гомогенизации.

Гомогенизация не изменяет тепловую стабильность молочной плазмы. Термоустойчивость гомогенизированных эмульсий объясняется устойчивостью жировых шариков.

Тепловая коагуляция гомогенизированных молочных эмульсий объясняется тем, что здесь в роли коагулянтов выступают не казеиновые мицеллы, а жировые шарики, содержащие основной компонент — казеин. В начале нагревания молочной эмульсии первыми теряют свою стабильность сывороточные белки, которые после агрегации осаждаются вместе с коллоидным фосфатом кальция на оболочках жировых шариков и поверхности казеиновых мицеллы образуя плиты, далее изменяют казеин. В результате всех процессов поверхность жировых шариков и казеиновых мицелл теряет гидратную оболочку и агрегируют. Для повышения __-устойчивости гомогенизир. молочной эмульсии.

— рекомендуется использовать свежее молоко и сливки;

— правильно подбирать режимы (температуру и давление) гомогенизации;

— внесение ПАВ перед гомогенизацией в молоко и сливки с целью изменения качественного состава и структуры адсорбиционных оболочек жировых шариков;

— т. е. при этом снижается адсорбция на поверхности жировых шариков белков плазмы и получают более  стабильные системы.

2. Перспективные способы обработки молока — мембранные методы.— Ультрафильтрация. Используют при производстве концентратов сывороточных белков, сыров, творога, к/м напитков и других молочных продуктов.

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 сокраается 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.

6. 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: a, b, 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 as-казеинов обладает наибольшей электрофоретической подвижностью из всех казеиновых фракций.

as1-казеин — основная фракция as-казеинов. Молекулы as1-казеина состоят из простой номенклатурной цепи, содержащей 199 аминоклислотных остатков. Подобно b-казеину и в отличие от Н-казеина не содержит цистин. as2-казеин — фракция  as-казеинов. Молекулы as2-казеина состоят из простой полептиптидной цепи, содержащей 207 аминокислотных остатков. Имеет свойства, общие как с as1-казеином, так и с  Н-казеином. Подобно Н-казеину и в отличие от  as1-казеина содержит два остатка цистеина:

­as-казеин — фракция as-казеинов. Содержание ее составляет 10% от содержания as1-казеина. Имеет структуру, идентичную структуре as1-казеина, за исключением расположения фосфатной группы.

b-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 as1, as2 — b- казеинами. Н-казеин является фосфогликопротеидом: содержит — триуглеводгалактозу, галактозамин и N-ацетил —нейралиновую (сиаловую) кислоту.

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

Сыворотные белки — являются термолабильными. Начинают свертываться в молоке при температуре 69оС. 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  b-лактоглобулином и a-лактоальбумином и альбумином сыворотки крови.

b-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. a-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: Uг.          , Ur M (UM) и Ur А (UА), а класс Ur      в свою очередь делится на 2 подкласса: Ur  (U1) и Ur  2 (U2).Основной фракцией иммуноглоубинов является Ur  1

Протеозо-пептонная фракция (20%) относится к термостабильным высокомолекулярным пептидам, которые не выпадают в осадок при выдерживании при 95оС 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.

5. Физические свойства молока

1). Плотность, вязкость, поверхностное натяжение.

2). Осмотическое давление и температура замерзания.

3). Удельная электропроводность.

Плотность молока или объемная масса р при 20оС 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 идругих 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 40оС 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 35оС 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 105оС. Для чего используют формулы пересчета:

С=4,9×Ж+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 ---нометры. 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 20оС в среднем составляет 1,8×10-3Па.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 5×10-3 н/м при t -20оС). 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 ___лизе. 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 100,2оС.

Удельная электропроводность. Молоко — плохой проводник тепла. Ее обуславливают главным образом ионы Cl-, Na+, K+, N. Электрически заряженные казеин, сывороточные белки. Она равна 46×10-2 См. м-1 зависит от лактационного периода, породы животных и др. Молоко, полученное от животных, больных маститом, имеет повышенное электро_______________________

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 -0,54оС по формуле согласно законам Рауля и Вант-Гоффа

Росм. = t×2,269/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. =0,54×2,269/1,86+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 -0,59оС. 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 (-0,564оС) в середине — повышается (-0,55оС); в конце снижается (-0,581оС).

Зависимость температуры замерзания от изменения концентрации представлено на схеме.

Температура оС

1. 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 Я и Y-карбоксильные группы аспаргиновой и глютаминовой кислот, положительных зарядов и основных свойств — å-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   b-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 S-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 150оС — за несколько секунд, при температуре 130оС более чем за 20 минут, при 100оС — 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 > 130оС — 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.

16. 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.

6

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 ав___ 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.

15. 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 __________и _____________ 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 — СООН                                СООН

МП2+  Мз2+ СН2      +   СН2

Н - С    — СООН      ———®     

     СН2  — СООН                         С =О                   СООН             

             лимонная кислота                                   СООН

                                                                        щавелевоуксусная кислота

СООН

                        —СО2                         СН3

СН2     —®               

С = О                          С = О

СООН                         СООН

                                                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 a -ацетомолочную кислоту, которая при декарбоксилировании переходит в ацетоин. Ацетоин может обратимо восстанавливаться в бутиленгликоль, который может перейти в бутанон и далее в бутанол:

                                                                                    СН3

СН3                 СН3                                                       С = 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 — a-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 КоА.

                                                ТПФ  и ацетил КоА    

                                                О        СН3

СН3 - СНОН - ТПФ + СН3 -  С    ®   С = О  + ИS - КоА + ТПФ

                                              SКоА    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 a-ацетомолочной кислоты при ее спонтанном окислительном декарбоксилировании.

                        СН                                                       СН3

                                                   + 12 О2

С = О                    ——®                         С = О

НО — С — СООН  — СО2                 С = О

                        СН3                                                     СН3

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 КоА 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  21-25°С). Образованию диацетила способствуют добавление в молоко 0,2% цитрата и аэрация (перемешивание) закваски. Для сохранения накопившегося диацетила необходимо закваску и готовый продукт быстро охладить до 5-8°С.

11. 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 130оС 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 b-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 b-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 b-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 b-лактоглобулина — 82 единицы, а в случае потери поверхностью мицелл комплексов b-лактоглобулина —   -казеин она составляет всего 46 единиц.

Видимо, степень взаимодействия b-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 b-лактом, а также отложения на поверхности мицелл коллоидного фосфата кальция.

Пастеризация молока при температуре 72-80оС 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 температуро___). 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 140оС.

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 b-лактоглобулина —    -казеина и для закрепления    -казеина в мицелле можно с помощью b-лактоглобулина (то есть молоко предварительно нагревают до температура  ³ 90оС 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 нарушеннный 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.

Механизм и кинетика тепловой коагуляции казеина.

В начале нагревания происходит увеличение размера белковых частиц, это объясняется повышением количества седиментированного казеина (казеина, выделенного из молока с помощью центрифугирования при 1,5 тыс. оборотов в минуту в течение 1 часа) и ростом относительной вязкости обезжиренного молока. При дальнейшем нагревании наблюдается понижением первого и второго показателей, затем вновь их повышение перед наступлением видимой коагуляции. првоначальное увеличение считают осаждение денатурированных сывороточных белков на поверхности казеиновых мицелл после взаимодействия первых с   -казеином или соединение между собой мицелл с помощью денатурированного b-лактоглобулина. Однако исследование поведения мицелл, диспергированных в растворе, не содержащем сывороточных белков, показало, что оно почти аналогично поведению мицелл при нагревании обезжиренного молока. таким образом сывороточные белки не могут индуцировать ассоциацию казеиновых мицелл. Считают, что главную роль в агрегировании казеиновых мицелл играет кальций, то есть при нагревании происходит кальций — индуцированное осаждение каззеинов. В процессе нагревания кальций осаждается на поверхности мицелл и затем в форме Са2+ или образующегося коллоидного фосфата кальция агрегируют казеиновые частицы. Дополнительное агрегирующее действие на казеин могут оказывать взаимодействующие с ним денатурированные сывороточные белки (b-лактоглобулина) и продукты реакции Майера. Содержащийся в молоке коллоидный фосфат кальция (КФК) особого значения для агрегирования казеина не имеет.

Уменьшение количества осажденного казеина при нагревании обезжиренного молока при температуре 40оС образуется диссоциацией казеиновых мицелл и их агрегатов с образованием мелких мицелл и растворимого белка. В 1979 году ученые разработали кинетическую модель тепловой коагуляции молока типов Б и А, применив теорию разветвленных, каскадных или цепных реакций. тепловую коагуляцию молока типа Б они рассматривают как простой одностадийный процесс полимеризации активированнх нагреванием казеиновых мицелл.

Коагуляция молока типа А является одностадийным процессом в районе максимума кривой тепловой стабильности, а в районе минимума кривой — двухстадийным. Двухстадийный включает осаждение на первой стадии медленно коагулирующих трехфункциональных маномеров одного типа, а на второй — полимеризация быстро коагулирующих мономеров (молекул) другого типа. таким образом тепловая коагуляция молока типа А в результате минимума предполагает наличие лактационного периода. Медленно коагулирующих молекулами, создающими зоны коагуляции являются крупные казеиновые мицеллы с малым содержанием     -казеина.

Влияние различных температур на технологические свойства молока. Вызванные тепловой обработкой изменения структуры и свойств казеина и сывороточных белков (а также изменения рН молока и солей кальция) влияют на технологические свойства молока, именно на качество и выход сыра, консистенцию кисломолочных продуктов и т. д.).

Первым нежелательным следствием тепловой обработки является увеличение продолжительности свертывания молока под действием сычужного фермента. Так, продолжительность сычужного свертывания молока не меняет при нагревании до 60оС, пастеризация при 70оС после выдержки свыше 30 минут вызывает ее изменение, сильное снижение продолжительности свертывания наблюдается после пастеризации молока при 80 и 90оС.

УВТ-обработка при 125-140оС повышает продолжительность сычужного свертывания молока в 4-5 раз, при этом пароконтактный способ обработки влияет на процесс свертывания в меньшей степени по сравнению с косвенным способом нагрева.

Тепловая обработка молока отрицательно влияет в основном на прохождение первой, или экзиматической, стадии (фазы) процесса сычужного свертывания, и в меньшей степени — на вторую стадию. Главной причиной замедление процессов свертывания является комплексообразование между денатурированными b-лактоглобулином и    -казеином мицелл, ингибирующее гиролиз     -казеина с освобождением растворимых пептидов на первой фазе.

Продолжительность сычужного свертывания связана также со снижением в пастеризованном молоке концентрации растворимого кальция, который участвует в прохождении второй фазы процесса. На этот процесс могут влиять изменения рН молока, размеров казеиновых мицелл и другие факторы.

Вторым отрицательным следствием тепловой обработки молока является образование менее плотных сычужных и кислотных сгустков, обладающих свойством плохо выделять сыворотку. Причина — включение в казеиновые сгустки сывороточных белков, придающих им определенную «мягкость» и повышающих их влагоудерживающую способность.

Положительное влияние — переход сывороточных белков в сгусток повышает выход и биологическую ценность готового продукта.

Теоретический и практический интерес представляют перспективы применения при производстве сыров УВТ-обработки молока, обеспечивающий значительный бактерицидный эффект. За рубежом УВТ-обработка применения лишь при выработке мягких сыров. В нашей стране проводили исследования по использованию УВТ-обработки молока при производстве сычужных сыров.

УВТ-обработка молока значительно снижает интенсивность формирования сычужного сгустка, понижает его упругость, эластичность и ухудшает синеретические свойства. Поэтому ее применение при производстве сыров требует использования специальных способов подготовки молока — повышения (на 10-12оТ) кислотности молока сочетание созревания молока с холодной ферментацией и др. Эти способы позволяют интенсифицировать процессы образования, упрочения и синерезиса сгустков при выработке литовского сыра, сулугуни. Кроме того, применение УВТ-обработанного при 135оС молока (в смеси с пастеризованным) способствовало повышению выхода и качества продукта.

Образование молока

1). Строение секреторной ткани и клеток молочной железы.

2). Биосинтез белков, липидов, углеводов.

3). Формирование минеральных веществ, витаминов,

     антибактериальных и др. веществ в молоке.

Образование молока - это многоэтапный процесс, в котором участвуют все системы лактирующего животного.

Вымя коровы состоит из четырех железистых долей, разделенных соединительной тканью. Железистая ткань включает множество альвеол, находящихся в верхней части каждой доли вымени, которые книзу переходят в разветвленные каверны-цистерны.

Альвеолы имеют  вид замкнутого пузырька диаметром 0,1-0,4 мм. Стенка альвеолы выстлана изнутри слоем секреторных (эпителиальных) клеток, свободные концы которых обращены в  альвеолярную полость (схема строения альвеолы на стр. 114 - Горбатов).

Своим основанием секреторные клетки покоятся на плотной соединительной оболочке. В зависимости от степени наполнения секретные клетки имеют различную величину и форму (плоскую, кубическую или цилиндрическую). Клетка окружена очень тонкой (6-12 мм) мембраной, состоящей из липидов и  белков.

Через базаль    мембрану - она лежит в основании клетки, происходит поглощение из крови веществ — предшественников молока, а через верхушечный участок, обращенный в полость альвеол, происходит выход секрета в просвет альвеоле.

Отличительной особенностью секреторных клеток молочной железы является наличие в них сильно развитых структур гранулированного эндоплазматического ретикулезма (ЭР) и аппарата Гольджи. Цистерны или каналы гранулированного (ЭР) несут на поверхности своих мембран большое количество гибосом, где происходит синтез белков. Кроме того, ЭР поставляет мембранный материал аппарату Гольджи, который в виде мембран вакуолей далее включается в состав клеточной мембраны при потери ее фрагментов с шариками жира. Аппарат Гольджи расположен между ядром и верхушкой клетки в непосредственной близости к гладкому ЭР. При накоплении секрета наружные края его мембран образуют мелкие пузырьки, из которых формируются большие вакуоли. В вакуолях аппараты Гольджи происходит накопление, концентрация, упаковка и  затем внутриклеточный транспорт продуктов секрета. Накопленное в альвеолах молоко выделяется в цистерны, а из них в сосковый канал, имеющий в конце гладкомышечный                     , препятствующий свободному вытеканию молока из цистерны. В каждой доле вымени может вырабатываться и выводиться из нее молоко независимо от других долей. (Делать рис. из                    ).

Схема строения вымени коровы.

В процессе молокообразования большую роль и грает кровоснабжение вымени. Обильный приток крови к железистой ткани способствует образованию молока в альвеолярных клетках.

Процесс молокообразования протекает постоянно. Без значительного повышения давления внутри вымени время заполнения его молоком составляет 8-13 часов. Затем давление возрастает, процесс молокообразования замедляется. В период между доениями около трех четвертей молока концентрируется в альвеолярной части вымени и только одна четверть — в цистернах и  сосках. Больше всего молока в вымени коровы образуется на III-V месяцах лактации. Активная молокоотдача наступает при раздражении нервных окончаний сосков вымени. Обмывание вымени теплой водой (40-45°), обтирание его салфеткой, с одновременным массажем способствует возбуждению рефлекса молокоотдачи. В этот  момент 85% молока из альвеоляярной части вымени переходит в крупные молочные протоки и цистерны. Набухание и розовение кожи вымени и сосков свидетельствует о начале активного припуска молока. В этот момент надо устанавливать доильные стаканы.

Биосинтез белков, углеводы, лактозы

Для синтеза молока клетки молочной железы используют составные части крови, которые отличаются от составных частей молока. В крови нет казеина, лактозы, а содержание глобулина, альбулина,     натрий в ней в несколько раз больше, чем в молоке. В молоке больше жира кальция и калия. Значит, лактоза, казеин и жир образуются в молочной железе путем сложной перестройки химических веществ крови. Переход же минеральных веществ из тока крови в молоко происходит избирательно. Без изменений переходят витамины, гормоны, пигменты, некоторые белки, ферменты. Для образования 1 литра молока должно пройти около 400 литров крови.

Белки — их синтез самый сложный и не совсем изученный. Опыты с мечеными АК показали, что непосредственно из АК крови в клетках молочной железы синтезируются казеин,       — лактоглобулин, L — лактальбулин.

Остальные белки - альбулин сыворотки крови, иммуноглобулина и многие ферменты переходят в молоко из крови. Основными источниками АК для синтеза белков молока служат св. АК крови. Фонд АК могут пополнять АК, синтезируемые в клетках молочной железы. Участие плазменных белков в образовании АК незначителен.

Отдельные белковые фракции синтезируются на рибосомах эндоплазматического ретикулама клетки. Казеин мицеллы формируются в вакуолях аппарата Гольджи. Механизм синтеза белков в клетках молочной железы не отличается от известного механизма синтеза белков крови. Продолжение процессов синтеза секреции белков молока составляет 50-60 минут.

Биосинтез липидов. Молочный жир синтезируется в две стадии. На 1-ой образуются жирные кислоты и  глицерин. На 2-ой — триглицириды. Глицерин синтезируется в клетках молочной железы из глюкозы или поступает из крови. Основными предшественниками в молочной железе кислот (С18 и выше) являются липиды крови — триглиериды и С. Ж.к. (гл. образом стеариновая), которая в тканях железы превращается в оминовую. Низкомолочные ж.к. (С4 — С14) и некоторая часть высокомолекулярных кислот синтезируются клетками молочной железы из ацетата и оксибутирата, которые интенсивно образуются в рубце жвачного при сбраживании клетчатки корма микроорганизмами. Включение отдельных ж. к. в треглицериды регулируется специальными ферментами. Обычно низкомолекулярная ж. кислота комбинируется с двумя в м. ж. к., таким образом, ограничивается синтез жира с высокой точкой плавления. Синтез                     молочного жира и формирование из них жировых шариков различного диаметра происходит в эндоплазматической сети секреторных клеток молочной железы. Там же синтезируются и фосфатиды                   ( кефалин). Во время выхода  из клетки жировой шарик окружается плазматической мембраной клетки и вместе с ней поступает в просвет альвеол. Пре                       , что после выхода жирового шарика из клетки окружающая его трехслойная плазматическая мембрана разрушается и происходит ее перестройка в  оболочку шарика.

Биосинтез лактозы — осуществляется в аппарате Гольджи секреторных клеток молочной железы. Выход  углеводов из клетки происходит одновременно с выходом белковых мицелл. В молекулу лактозы входит D -  глюкоза и D - гаматоза. Глюкоза всегда находится в крови, гаматоза же в крови не содержится. Установлено, что основной предшественник обеих гексоз - глюкоза, поступающая в молочную железу из крови. Механизм превращения глюкозы в  галактозу и образование лактозы в процессе секреции молока в настоящее время выяснены. Синтез лактозы катализируется ферментом лактозосинтетезой, которая состоит из двух специфических белков, одним из которых является L - лактальбулин, минеральные вещества, которые приходят вместе с кормами.

Белки

1). Современная номенклатура белков молока.

2). Аминокислотный состав белков.

3). Структура белков молока.

4). Казеин - основной белок молока.

Общее содержание белков в молоке колеблется от 2,9 до 4%. Белки молока разнообразны по строению, физико-химическим свойствам и биологическим функциям.

Белки — это высокомолекулярные соединения, состоящие и 
L — АK, которые связаны между собой характерной для белков пептидной связью. В молоке обнаружена целая система белков, среди которых выделяют две главные группы казеины и сывороточные белки.

Основная часть белков молока (78-85%) представлена казеинами (казеином), который представлен несколькими фракциями  - 6 -, это Ls1 - казеин, Ls2 - казеин,    b - казеин, Н - казеин, g  - казеин.

Компонентами сывороточных белков являются b - лактоглобулин и  a- лактальбулин, а также альбумин сыворотки крови, иммуноглобулины, протеоза   пептоны и  лактоферрин. К белкам молока следует отнести  ферменты, некоторые гормоны (пролактин) и др., белки оболочек жировых шариков.

Казеины являются собственно пищевыми белками. Они максимально расщепляются пищеварительными протеиназами в наитивном состоянии, в то время как обычно глобулярные белки приобретают эту способность после денатурации. Казеины обладают свойством свертываться в желудке новорожденного с образованием сгустков высокой степени дисперсности. Кроме того они являются источником Са и Р, а также целого ряда физиологически активных пептидов. Так, при частичном гидролизе Н - казеина под действием химозина в желудке освобождаются гликомакропептиды, регулирующие процесс пищеварения (уровень желудочной секреции). Физиологическая активность, по-видимому, присуща и растворимым фосфопептидам, образующимся при гидролизе Н-казеина.

Биологическими функциями обладают и сывороточные белки. Так, иммуноглобулины выполняют защитную функцию, являясь носителями пассивного иммунитета, лактоферрин и  другой белок — лизоцим, относящийся к ферментам молока, обладают антибактериальными свойствами. Лактоферрин и b-лактоглобулин выполняют транспортную роль — переносят в кишечник новорожденного железо, витамины и другие соединения. Сывороточный белок - a -  лактоальбулин имеет специфическую функцию - он необходим для процесса синтеза.

Аминокислоты (АК) — состав белков молока. Белки молока содержат почти все аминокислоты, встречающиеся в белках. Аминокислоты белков относятся к         А - _____< - формы и имеют общую формулу:

________

R - CH - COOH

I

NH2

В состав белков молока входят как циклические, так и ациклические аминокислоты - нейтральные, кислые и основные, причем преобладают кислые. Количество отдельных групп аминокислот в белках зависит от зоотехнических факторов, что и обуславливает их физико-химический состав. Молоко по содержанию  незаменимых аминокислот является полноценным.

Состав незаменимых АК в некоторых белках %

Из таблицы видно, что биологическая ценность казеина несколько ограничивается дефицитом серосодержащих аминокислот - цистина, вместе с тем казеин содержит высокое количество фенилаланина, итрозина и метионина, что вызывает затруднения при их метаболизме в организме грудных детей. В сывороточных белках баланс дефицитных серосодержащих и других незаменимых аминокислот лучше, чем в казеине, и значит биологическая ценность их выше. А в растительных белках недостает триптофана, лизина, которыми богаты молочные белки.

Благодаря тому, что белки молока находятся в растворенном состоянии, они легко атакуются и перевариваются протеолитическими ферментами пищеварительного тракта. Степень усвоения белков молока 96-98%.

Структура белков молока.  В свежем молоке белки находятся в нативном состоянии. Структура их идентична структуре белков, полученных путем биосинтеза, т. е. в нативном белке не происходит еще никаких изменений.

Первичная структура определяется числом и расположением a - аминокислот, конфигурацией связей в полипептидных  цепях, и если белки состоят из нескольких полипептидных цепей - местоположением и типом поперечных связей. Выявлена первичная структура некоторых важных белков молока, в том числе as1- b-казеин, Н-казеина. Например,  b-казеин образуется из полипептидной цепи, в которую входит 209 аминокислот: 4 - аспарагиновая кислота, 5 АСН-аспарагин, 9 - треонина, 11 - серина, 5 - серинфосфорная кислота, 17 - глутаминовая кислота, 22 - глютамин, 35 - пролиновая, 5 - глициновая, 5 - аланин, 19 - валиновая. А - первичная структура as1 - казеин содержит 199 АК,  Н - казеин 169, 6 - метионина, 22 - лейцина, 11 - лизина, 5 - гистидина, 4 - изолейцина, 4- тирозина, 1 - трептофана, 5 - аргенина.

АК-пролин  определяет структуру и  обуславливает складчатое строение полипептидных цепей. АК находятся в цепи в определенной последовательности. Каждая полипептидная цепь имеет концевую NH2 - групп и концевую COOH групп H2N - CH=  СН - СООН                                                                                                                                                                                                        a            R

Эти концевые группы могут реагировать с различными химическими веществами.

Первичная структура белков основана на главных валентных пептидных связях и дисульфидных связей. Они настолько стабильны, что при обработке и переработке молока не разрушаются энергетическими воздействиями. Поэтому первичная структура белков молока разрушается только при ферментативном распаде белка в процессе созревания сыров.

Вторичная структура. Это пространственное взаимное расположение аминокислотных остатков в полипептидной цепи и представляет собой цепь спиралеобразной конфигурации, которая образуется за счет водородного мостика между полипептидными цепями.

Водородная связь, обладая незначительной энергией связи, может расщепляться при обработке и  переработке молока, например, при высокотемпературной пастеризации.

Третичная структура - представляет пространственное расположение полипептидной цепи, отдельные участки которой могут соединяться между собой прочными дисульфидными связями, возникающими между остатками цистеина. В образовании третичной структуры участвуют и другие связи -  гидрофобные, электростатические, водородные и прочие. В зависимости от пространственного расположения полипептидной цепи форма молекул белков может быть различной. Если полипептидная цепь образует молекулу нитевидной формы, то белок называется фибрилярным, если она уложена в виде клубка - глобулярным (глобулус - шарик). Белки молока относятся к глобулярным белкам. Изучение их вторичной и третичной структур показало, что казеин в отличие от обычных глобулярных белков почти не содержит a-спиралей, a-лактальбулин и a-лактоглобулин содержит большое количество спирализованных участков. Казеин, вероятно, занимает промежуточное положение между компактной структурой глобулы и структурой беспорядочного клубка, который обычно наблюдается при денатурации глобулярных белков. Такая структура обеспечивает хорошую расщепляемость казеина протеолитическими ферментами при переваривании в нативном (природном) состоянии без предварительной денатурации.

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

Так, казеиновая мицелла среднего размера должна состоять из нескольких тысяч полипептидных цепей фракций казеина, определенным образом связанных друг с другом.

Казеин является основным белком молока, его содержание в молоке колеблется от 2,3 до 2,9%. Элементарный состав казеина, %: С - 53,1, Н - 7,1, азот - 15,6, О - 22,6, S - 0,8; Р - 0,8. Он относится к фосфопротеидам, т. е. содержит остатки  Н3   РО4 (органически присоединенные к АК-те серину моноэфирной связью (О - Р).

                        NН                                                      ОН

R ]                   СН — СН2 — О — Р = О     

                        С                                                         ОН

                               О        

Казеин                Серинфосфорная кислота

В свежем молоке ККФК содержится в виде амицелл - это агрегаты частиц, состоящих изтак называемых сублицелл.

a = 8 - 15 НМ, молекулярная масса 25.000-30.000, которые легко разрушаются под действием внешних факторов, частично уже при разбавлении.

Казеин в молоке содержится в виде сложного комплекса казеината кальция с коллоидным фосфатом кальция - так называемого казеинат-кальций-фосфатный комплекс (ККФК), в состав которого входит небольшое количество лимонной кислоты, магния, калия и натрия.

Соединение субмицелл в мицеллы происходит с помощью фосфата кальция и кальциевых мостиков. Казеиновые мицеллы сравнительно стабильны в свежевыдоенном молоке. Они сохраняют свою устойчивость при нагревании молока до относительно высоких температур и при его  механической обработке. Стабильность мицелл зависит от содержания в молоке растворимых солей кальция, химического состава казеина, РН молока и других факторов.

3. Фаза истинного раствора

1). Молоко и молочная сыворотка как истинный раствор.

2). Ионо-дисперсное состояние минеральных солей.

3). Молекулярно-дисперсное состояние  лактозы.

4). Равновесные отношения.

Истинный раствор — это гомогенные смеси, состоящие из растворенных веществ и растворителя. В истинных растворах растворенные вещества находятся либо в молекулярно-дисперсном, либо в ионо-дисперсном  состоянии. Именно молочная сыворотка представляет собой истинный раствор. В ней лактоза и водорастворимые витамины присутствуют в молекулярно распределении, а соли электро-
      чески диссоциированы и образуют гидратированные ионы. Вот такое распределение можно представить в виде схем:

Истинный раствор

Растворимые вещества                                     Растворитель

                                                                                                  вода

молекулярно-                            ионно-

дисперсные                                дисперсные

лактоза, водорастворимые     соли в форме

витамины                                 катионов и анионов,

лимонная кислота, дву-

окись углерода                                 ионы водорода

Истинно растворимые составные части придают молочной сыворотке определенные свойства, которые зависят от концентрации составных частей и характерны также и для полидисперсной системы молока, причем эти свойства частично ослабляются или усиливаются в зависимости от коллоидно-дисперсного или эмульгированного состояния присутствующих составных частей. Истинно растворимые частицы обуславливают, в частности, осмотическое давление, осмотические явления снижения температуры замерзания и повышения температуры кипения, а также электропроводность молока. Они оказывают сильное влияние на рефракцию, т. е. способность к преломлению света.

Изменения этих физико-химических свойств можно объяснить колебаниями концентрации истинно растворимых составных частей. Так, в соответствии с законом Вигнера содержание истинно растворимых составных частей в течение периода лактации претерпевает самые незначительные колебания. Указанные изменения служат для распознавания фальсификации молока.

Ионно-дисперсные составные части связаны между собой за счет солевого равновесия молока. И любое изменение нормального первоначального равновесия влияет на растворимость отдельных солей и дестабилизацию белков молока. Это приводит к коагуляции при концентрировании и стерилизации.

Если ионы кальция, например, обуславливают стабильность казеина, то по существующей концентрации их можно было бы предсказать возможные дестабилизирующие воздействия их на казеин, что особенно важно для определения необходимого количества солей-стабилизаторов в производстве сгущенного молока. Однако до сих пор это невозможно, и приходится пользоваться элепсерическими величинами, т.к. не все присутствующие ионы кальция активны, а только некоторые из них, но они мало влияют на другие истинно растворимые составные части.

Молочная сыворотка — это реальный раствор, в противоположность идеальному раствору, которые практически реализуется только при бесконечном разбавлении и в котором растворенные частицы не оказывают взаимного влияния друг на друга, концентрация ионов в молочной сыворотке достигает такой величины, что они взаимно влияют друг на друга благодаря электростатическим силам.

Ионно-дисперсное состояние   минеральных солей.

Все соли натрия и калия (хлориды, гидро-, дигидрофосфаты, и цитраты) диссоциированы практически нацело и содержатся в молоке в ионном состоянии, например соли натрия:

NaCl  ®  Na + + Cl — ;      Na2HPO4  ®   2 Na + HPO4 2—

Na H2PO4  ®  Na + H3 PO4 — ;  C6 H5 O7 Na3  ®  3 Na + + C6 H5 O7 3 —

В ионно-молекулярном состоянии в молоке содержится часть цитратов и фосфатов кальция и магния:

CaHPO4                  ®  Ca 2  + HPO4 2—

Ca(H2PO4)2          ®  Ca2  +  2 H2PO4 —

Ca3(PO)2                       ®  3 Ca2 +  + 2 PO4 3—

(C6H5O7)2 Ca3        ®  3 Ca2 +  + 2 C6H5O7 3—

Фосфаты кальция обладают малой растворимостью и незначительной степенью диссоциации, лишь небольшая часть их содержится в виде истинного раствора, а большая — в виде коллоидного раствора. Между ними устанавливается равновесие, например:

n CaHPO4                      ®  (CaHPO4

истинный раствор           коллоидный раствор

n Ca3 (PO4)2           ®  [Ca3(PO4)2 ]n

Сдвиг равновесия в ту или другую сторону зависит от рН молока, температуры и других факторов. Соотношение этих форм фосфатов Са играет важную роль в стабилизации белковых частиц молока. Так, фосфаты Са в форме истинного раствора являются источниками образования ионов кальция, от количества (активности) которых зависит размер и устойчивость мицелл казеина при тепловой обработке, а также скорость сычужной коагуляции.

По концентрации отдельных ионов в молоке нельзя судить об их активности, что объясняется  действием ионов друг на друга, а также их взаимодействием с дисперсионной средой (водой)  и дисперсными фазами других дисперсных систем молока.

В растворе электролитов между ионами действуют силы притяжения и отталкивания. В концентрированных растворах сильные межионные взаимодействия приводят к взаимному связыванию ионов, что влияет на величину осмотического давления, температуру замерзания и электропроводность раствора. Для оценки состояния ионов в растворе электролитов пользуются величинами активности ионов и ионной силы раствора.

Под активностью иона понимают ту условную концентрацию его, в которой он участвует в химических реакциях. Ее можно определить с помощью чувствительных к данному иону электродов или рассчитать по формуле  а = fC, где f — коэффициент активности иона; С — концентрация иона. В молоке активность иона определить нельзя, т. к. в нем находится большое количество растворенных веществ и поэтому их рассчитывают  по величине ионной силы молока.

Ионную силу раствора вычисляют по формуле, понимая под ней полусумму произведений концентрации всех ионов (катионов и анионов) в растворе Сi на квадрат из заряда.

­­­­­­­   =  1/2 å Сi   2 ei

Рассчитать точно ионную силу молока трудно, так как неизвестен состав фосфатов и цитратов кальция, а также степень их диссоциации. Ее рассчитывают условно, принимая, что все анионы фосфатов и цитратов находятся в форме одновалентных ионов Н2РО4—  и С6Н7О7—. Ионная сила молока составляет: 0,079-0,089. Сгущение (концентрирование), вызывает снижение активности ионов. При повышенных концентрациях ионов энергия межионного взаимодействия сравнима с тепловой энергией, затем наступают обратные реакции. На основании того, что активность, а не концентрация истинно растворимых составных частей молока оказывает основное влияние на его свойства и что коэффициент  активности для молока еще не установлены, можно сделать следующие выводы:

осмотичное давление или снижение температуры замерзания, зная концентрацию истинно растворимых составных частей, можно рассчитать лишь приблизительно;

константы диссоциации солей молока также зависят от активности, поэтому  в такой смеси, как молоко, они имеют лишь условную силу;

результаты, полученные при расчетах с учетом констант, как, например, распределение фосфата, на отдельные виды ионов, представляют собой приближенные величины;

предположения относительно свойств молока по отношению к определенным технологическим воздействиям все еще остаются элитерическими и не могут служить основой тонких математических расчетов;

от взаимодействия истинно растворимых составных частей молока во многом зависят свойства молочной сыворотки и тем самым они влияют на стабильность других фаз системы.

Молочный сахар,  растворяясь в плазме молока, образует молекулярный раствор. Он содержится в виде гидратных       и b-форм, находящихся в равновесии:     -лактоза  ®  b-лактоза. Равновесие между ними зависит от температуры и сдвинуто обычно в сторону b-формы, т. к. последняя более растворима в молоке (Н2О), чем  
     -форма. Так, при 20°С содержание b-формы в молоке составляет  около 60%, а          -формы — около 40%. Константа равновесия между ними                              b-формы

                                        К         = 11,8/ 7,4 = 1,59

11,8 - растворимость b-формы в г/100 мл воды,           ;

7,4 - растворимость   - формы.

Насыщение раствора лактозой и выпадение ее в кристаллической форме наблюдается при  сгущении молока и последующем охлаждении сгущенного молока с сахаром, а также при сгущении молочной сыворотки в процессе получения молочного сахара.

Таким образом, в молоке содержится несколько взаимно влияющих друг на друга дисперсных систем с различными физико-химическими видами равновесий, которые обуславливают сложную структуру молока и его чувствительность к физическим, химическим и биологическим воздействиям. Наиболее ясно выражены равновесные отношения между коллоидной системой и истинным раствором, например, равновесие между:

— устойчивостью коллоидных белков  ® ионной силой молочной сыворотки;

— коллоидно-растворимым фосфатом Са ® ионизируемым Са

[ Са3(РО4)2]   ®   Са3(РО4)2  ®  3Са++ + 2НРО43 —

Между другими фазами тоже существует определенная зависимость.

Поэтому перед инженером-технологом стоит задача: выбрать такой щадящий режим отработки молока, чтобы влияние на равновесные отношения в нем было по возможности незначительным.

В то же время нужно с помощью физических методов проводить разделение полидисперсной системы молока на ее главные составные части, не оказывая при этом существенного влияния на свойства компонентов молока. Чем лучше удается разделение на отдельные фазы, тем выше выход готового продукта.

Значительную роль при этом играют свойства отдельных дисперсных систем в молоке.

7. Органолептические свойства молока

1). Изучение вкусовых и ароматических веществ.

2). Нормальный вкус и запах молока и молочных продуктов.

3). Основы сенсорной оценки молока.

Вкусовые и ароматические соединения молока и молочных продуктов изучают для того, чтобы понять причины пороков запаха и вкуса, научиться предупреждать их и тем самым сохранять и улучшать качество продуктов, следить за течением реакций, обусловливающих образование вкусовых   и ароматических веществ с целью сознательного управления ферментативными процессами; для изготовления искусственных ароматизаторов полусинтетических пищевых продуктов, а также при разработке стандартов для сенсорного анализа. При этом необходима химическая идентификация и характеристика соединений, вызывающих вкусовые и обонятельные ощущения. Однако содержание ароматических веществ часто бывает ниже минимальных величин, определяемых с помощью анализа, хотя органы чувств отчетливо их воспринимают

Применение современных методов определения вкуса с помощью хромотографии, спектрофотометрии позволяет их идентифицировать: например, при окислении  молочного жира образуются карбонильные соединения, придающие окисленный вкус молочного жира; или при самоокислении жира обазуются альдегиды, усиливающие вкус, которые по химическим и физическим свойствам  незначительно отличаются друг от друга.

Изучение аромата возможно путем использования газовой хромотографии, особенно он служит для разделения натуральных ароматических комплексов, так как они отличаются летучестью

С помощью хромотографического метода можно зарегистрировать следы в соотношении 1:107  случаях — вещества в концентрации 0,00001%, при этом  некоторые из них находятся в пределах сенсорного восприятия. Анализ газохромотограмм показал, что в образовании аромата молочных продуктов участвует большое количество отдельных соединений, которые можно идентифицировать вышеперечисленными методами. Применение инфракрасных спектров позволило определить вещество б-делактон, как вещество, придающее  испорченному жиру вкус, напоминающий вкус кокосового ореха.

Свежее сырое молоко характеризуется определенными органолептическими свойствами (показателями): внешним видом, консистенцией, цветом, вкусом и запахом. В соответствии с ГОСТом «Молоко коровье, требования при закупаках» молоко должно  быть однородной жидкостью без осадков и хлопьев, от белого до слабо-желтого цвета, без посторонних привкусов и запахов.

Белый цвет и непрозрачность  (мутность) молока обусловливают рассеивающие свет коллоидные частицы белков и  шарики жира,  желтоватый оттенок  — растворимый в жире каротин, слабовыраженный (сладковатый), присущий только молоку вкус — лактоза, хлориды, жирные кислоты, а также жир и белки. Приятный едва уловимый запах сырого  молока зависит от наличия в нем небольшого количества диметилсульфата, ацетона,  летучих жиров, кислот, ацетальдегида и др. карбонильных соединений.

Количество хлоридов в молоке зависит от состояния здоровья животных и ст. лактации содержание диметилсульфида — от вида скармливаемого корма, ацетона — от режимов кормления и состояния здоровья животных, жирных кислот от степени гидролиза жира. Ярко выраженный вкус и запах у молока считается ненормальным явлением. Ароматические и вкусовые вещества адсорбируются прежде всего на белках, с которыми они и попадают в молочные продукты. Поэтому молочный продукт с нормальным вкусом можно получить только из сырого молока, безупречного с точки зрения запаха и вкуса. При обработке и переработке молока происходят физические и химические  процессы, которые способствуют образованию новых вкусовых и ароматических веществ из его компонентов.

Так, изменение во вкусе и запахе питьевого молока по сравнению с сырым, происходят за счет образования продуктов распада b-лактоглобулина, которые содержат SH-группы и следы H2S, придающие запах и вкус пастеризации и потребителем это воспринимается вполне нормально. Образованию аромата способствуют не только  отдельные химические компоненты, но и физическое состояние продукта. Это можно проследить на примере со сливками. Аромат их изменяется в такой последовательности: сладкие сливки, взбитые  сливки — масло, хотя во всех случаях присутствуют одинаковые компоненты и ароматические вещества.

В сливках происходит накопление жира и жировых примесей. Благодаря этому вкусовые качества молочного жира становятся ярче выраженными, т.к. сливки пастеризуют при более высоких t-рах. Тепловая денатурация белков в них происходит интенсивнее и наряду с ароматическими веществами  образуется и CH3SH (метилсульфид); (CH3)2S (диметилсульфид) <0,01 мг%; CH3-S-CH2-

              О

CH2-C                   (метиональ).

               Н 

В образовании вкуса сливок, прежде всего, принимают участие ненасыщенные альдегиды. Они образуются из различных изомеров жирных кислот — С18. Однако более ярко выраженные желаемые изменения аромата происходят при производстве кисломолочных продуктов и при созревании сыра в результате биохимических реакций распада.

Характерный аромат кисломолочных продуктов, йогурта, сливок, кислосливочного масла, диетического кисломолочного творога и др. появляется в   результате деятельности молочнокислых бактерий. Он образуется от карбонильных соединений и летучих кислот, которые накапливаются при сквашивании молока в качестве побочных продуктов.

В формировании аромата кисломолочных продуктов участвуют следующие компоненты: кислоты — молочная, лимонная, пропионовая, уксусная, муравьиная; CO2 , ацетальдегид, этиловый спирт, ацетон, ацетоин, диацетил.

Типичный аромат йогурта обусловлен ацетальдегидом; основной компонент  аромата кислосливочного масла — диацетил

СН3—С—С—СН3

           О   О

— это желтая жидкость, при большом разбавлении она обладает приятным запахом; продуцируется ароматообразующими бактериями —стрептоккоками. Накопление его зависит от температуры, величины рН. Исходным веществом служить лимонная кислота и лактоза; причем при добавлении в молоко цитратов увеличивается выход диацетила. Пировиноградная кислота — промежуточный продукт  распада лактозы — реагирует с ацетальдегидом, который образуется из пировиноградной кислоты в результате отщепления СО2 и  переходит в ацетилмолочную кислоту.

При декарбоксилировании этой кислоты  образуется ацетоин.

Накоплению диацетила способствует достаточное количество О2. Это подтверждается на практике тем, что при сквашивании сливок обогащение из воздухом способствует усилению аромата, а при периодическом способе сбивания масла увеличивается содержание диацетила. Диацетил растворяется в воде и поэтому в водной фазе его содержания больше, чем в чистом молочном жире. Только 10-15% диацетила из сливок, попадает в масло. Высокое содержание диацетила в закваске им сливках является условием получения ароматного кислосливочного масла. Ацетона как правило больше, чем диацетила. Добавляя в закваску лимонную кислоту, можно получить 580 мг% диацетила и ацетоина. Определение диацетила основано на взаимодействие р-ра NaOH —  дает розовое окрашивание. Это качественная реакция.

Ароматические и вкусовые вещества сыра формируются при созревании — сложном биохимическом процессе, при котором протекают ферментативные реакции: сквашивание с образованием кислот; молочной и пропионовой; распад белков до аминокислот; образование продуктов распада аминокислот, гидролиз жира, появление продуктов распада и окисление свободных жирных кислот.

Пропионовая кислота является типичным вкусовым компонентом  эмментальского сыра, более сладкого на вкус, чем другие сыры. Это объясняется наличием аминокислот — пролина, оксипролина, а также солей оксикислот.

При распаде беков образуются полипептиды, часто горькие на вкус, а горечь является отклонением по вкусу; придавать горький вкус могут и аминокислоты:

Аминокислоты                                                  Вкус

лейцин, изолейцин, серин,             нейтральный, почти без

тирозин, лизин                                      вкуса

пролин, оксопролин, гликокол                     сладкий

треонин, мятион, фенилаланин             сладко-горький

триптофан, метионин, гистидин,

валин                                                                  горький

аспарагиновая кислота                                    кисло-горький

глутаминовая кислота                          кислый

цистин                                                                вкус серы

Более интенсивным вкусом, чем аминокислоты обладают продукты их распада. Они содержатся главным образом в сыре с поверхностной плесенью.

Жирные кислоты принимают большее участие в образовании вкуса и аромата сыра, чем аминокислоты и продукты их распада:

          Жирные кислоты                                                  Запах

Муравьиная, уксусная, пропионовая              едкий

масляная, валериановая                                     запах пота

капроновая                                                                     затхлый (запах корма)

каприловая, каприновая, лауриновая                 восковой запах

мириспеновая, пальмепиновая,

стеариновая                                                                   расплавленного воска

ненасыщенные жирные кислоты,

олеиновая и линолевая                                                 без запаха

Интересно то, что свободные жирные кислоты, которые в молоке и масле вызывают  пороки вкуса, в некоторых видах сыра создают характерный и желаемый аромат — таких видов сыра, как  рокфор...

Причины и сроки возникновения пороков органолептических показателей молока разнообразны и зависят от ряда факторов: перед доением — это пороки, вызванные изменением химического состава молока при нарушении  физиологических процессов в организме животного (в начале и конце лактации, при заболевании и пр.); поступление в молочную железу с кровью веществ корма, обладающих специфическим вкусом и запахом (маститного, стародойного — горький, соленый) коровий, силосный, капустный, чесночный.

После доения — при нарушении правил хранения, транспортировки и первичной обработки молока: прогорклый, окисленный, мыльный и др. привкусы и запахи молока, вызываются липолизом и окислением жира.

Разнообразные пороки обусловливаются абсорбцией запахов плохо вымытой тары, невентилируемого помещения, смазочных масел, бензина и т.д., а также загрязнением молока моющими и дезинфицирующими веществами, лекарствами, пестицидами и др. химикатами.

Знание причин, вызывающих  пороки вкуса и  запаха молока очень важно для работников молочных заводов, т.к. позволяет разработать меры по их предупреждению или ослаблению.

Воспринимаемые органами чувств такие свойства молока, как вкус, запах и внешний вид играют решающую роль при формировании спроса потребителей. Оцениваются эти свойства органолептическим путем. В различное время сложились понятия «органолептика» и «сенсорика». Оба они включают оценку свойств, ощущаемых непосредственно органами чувств. Однако результаты органолептического анализа носят выраженный субъективный характер, т.к. при этом не контролируется работоспособность органов чувств экспертов, проводящих оценку — пробу на вкус, запах и внешний вид.

Сенсорика предполагает проведение оценки специально обученными высококвалифицированными экспертами с применением особых методов и при условиях  воспроизводимости результатов оценки. Результаты органолептической оценки не могут быть обработаны статистически, а результаты сенсорной оценки могут обработать статистически.

Сенсорная оценка включает следующие ощущения: вкусовые — вкус; обонятельные — обоняние;  гаптические — осязание; оптические — зрение.

Сенсорика представляет собой 6-стадийный процесс: восприятие, осознание, фиксирование, запоминание, воспроизведение, оценка. Восприятие осуществляется с помощью органов чувств — рта, носа и глаз. Только хорошо обученные и постоянное тренирующиеся эксперты могут дать воспроизводимые результаты оценки с точным описанием ощущений.

8. Физико-химические показатели

при хранении молока и механической обработке

1). Изменение составных частей при хранении и транспортировании молока.

2). Изменение составных частей при механической обработке.

3). Изменение составных частей при его охлаждении и замораживании.

В процессе длительного хранения молока на фермах при температуре 3-5 градусов С в течение 2-5 суток  и транспортировке на молочные заводы происходит в той или иной степени изменение почти всех основных составных частей молока и его свойств. Более значительному изменению подвергаются жир и белки, менее значительному — витамины, соли. Нарушается структура липидных и белковых компонентов, а это ухудшает органолептические и технологические свойства молока. Так, жир переходит из жидкого состояния в твердое при хранении молока, что увеличивает его вязкость, кислотность увеличивается на 0,5-2°Т.

В процессе хранения и транспортирования молока нарушается структура оболочек шариков жира и происходит  гидролиз жира под действием нативных и бактериальных липаз-липолиз. Гидролиз приводит к прогорканию молока. При хранении молока в условиях низких температур бактериальные митазы играют незначительную роль в липолизе.  Нативные липазы при определенных условиях вызывают 2 вида липолиза: спонтанный (самопроизвольный) и индуцированный (наведенный).

Первый вид происходит при охлаждении молока, склонного к прогорканию. Плазменная липаза связывается с оболочками шариков жира и вызывает его гидролиз. Спонтанный липолиз характерен для стародойного молока и маститного.

Индуцированный — возникает при  сильном разрушении оболочек шариков жира, тем самым повышается активность липазы. Это происходит при транспортировке, многократном перемешивании  и переливании в процессе длительного хранения при низких температурах. Увеличивается содержание СВЖК, которые вызывают прогорклый вкус молока, при концентрации  их более 20 мг %. Молочные продукты, выработанные из такого молока, имеют пороки вкуса и запаха. Для их предупреждения необходимо устранить причины их появления и контролировать степень липолиза перед переработкой молока химическим путем и органолептическим.

Белки — в сыром охлажденном молоке при длительном хранении происходит их распад под действием протеиназ. Нативные связаны с мицеллами  b-казеина и небольшое количество их находится в плазме. Протеазы бактерии в начальной стадии протеолиза оказывают действие на казеин аналогичное действию нативных  протеаз молока. При низких температурах и длительном хранении (2 суток и более) молока в нем увеличивается количество Y-казеина и протеозопептонной фракции, которые отрицательно влияют на сычужную свертываемость, синеретические свойства белковых сгустков, термоустойчивость молока и др. технологические свойства.

Витамины и соли.  При хранении и транспортировке молока количество витаминов не снижается, кроме витамина С: в течение двух суток   он разрушается на 18%; в течение 3 суток — на 67%. Соли — происходит перераспределение их форм.

Изменение составных частей при механической обработке. Механическое воздействие на молоко в процессе его получения и обработки на предприятиях молочной промышленности неизбежно: это перекачивание насосами, транспортирование по трубопроводам и преднамеренное сепарирование, изменение состояния, центробежная очистка, гомогенизация, центрифугирование, сбивание.

Подобные механические воздействия сопровождаются изменениями степени дисперсности и стабильности жировой фазы. Это проявляется в дроблении крупных жировых шариков или наоборот агрегировании, скоплении, слиянии их, и зависят от конструкции аппаратов, условий          работы на них, температуры, кислотности молока. Физико-химические показатели изменяются незначительно. Исключение составляет вязкость молока, которая после гомогенизации повышается.

При центробежной очистке, при бактофугировании жир почти не претерпевает существенных изменений, потеря его незначительны. Бактофугирование является самым эффективным способом очистки молока от бактерий, который при температуре 8-10° С он наиболее низкий, при этом происходит частичное подсбивание жира.

Следовательно, при производстве молочных продуктов, особенно жира, целесообразно очищать молоко бактофугированием, совмещенным с пастеризацией.

При сепарировании происходит обезжиривание молока, которое зависит от состава и физико-химических свойств  его. Так, длительно хранившееся молоко при 3-5°C  имеет повышенную вязкость и кислотность, которые снижают степень обезжиривания, а также  перекачивание, перемешивание и пастеризация отрицательно влияют на степень обезжиривания, т.к. при механической и тепловой     обработке может происходить дробление  шариков жира и частичное подсбивание сливок.

Пена, образующаяся при сбивании сливок, способствует частичной дестабилизации шариков жира и белков. Жир выделяется на поверхность,  слипается и образуются комочки его. Жирность сливок и повышенная температура привоит к дестабилизации жира.

При перекачивании молока происходит диспергирование крупных шариков жира (4-6 мкм и более) с одновременным уменьшением количества мелких шариков (d<2 мкм) и увеличением числа средних, и частичная дестабилизация жира, которая увеличивается с повышением напора в линии нагнетания, жирности и кислотности молока, а также при подсасывании в молоко воздуха. Центробежные насосы жировую фазу больше разрушают, чем ротационные.

Перемешивание парного молока  мешалками существенно не влияет на дитергирование и стабильность жировой фазы. Однако, неоднократное перемешивание и  переливание молока в процессе длительного хранения до поступления на молочные заводы снижают стабильность жировой эмульсии. Так, в парном  молоке содержание дестабилизированного жира составляет 0,3-0,7%, а в переработанном — 1,1-2,5%.

Гомогенизация молока и сливок повышает стабильность жировой эмульсии молока и молочных  продуктов, улучшает их консистентность, вкус, способствует лучшей переваримости молочного жира организмом человека. В таком молоке не происходит скопление жира и отстоя сливок. В гомогенизированных сливках могут образовываться агрегаты и скопления шариков жира, что объясняется следующим образом. В процессе гомогенизации резко увеличивается общая площадь поверхности шариков жира и происходит изменение состава оболочек. Нативных оболочечных компонентов недостаточно для того, чтобы покрыть возросшую для того, чтобы покрыть возросшую поверхность шариков жира. Поэтому дефицит оболочечного вещества компенсируется за счет адсорбцирования белков молочной плазмы — казеина и сывороточных белков. Следовательно, в гомогенизированных молоке и сливках формируются новые оболочки шариков жира из нативных оболочечных компонентов, казеина и сывороточных белков. В молоке с низким содержанием жира процесс  адсорбции ПАВ плазмы происходит быстро, что приводит к восстановлению и даже повышению стабильности жировой эмульсии. При гомогенизации сливок, особенно с повышенным содержанием жира, формирование новых оболочек шариков идет медленнее, чем в молоке, и часть жира может остаться незащищенным. Для образования новых оболочек необходимо иметь в сливках отношение СОМО/жир выше 0,6-0,85.

Белки, соли, ферменты. Общие потери азотистых веществ при центробежной очистке не превышает 2,5% Незначительны потери белков при центрифугировании и сепарировании. Попадание в молоко воздуха в процессе перекачивания может снизить стабильность частиц белка. Однако изменение степени дистергирования белков обычно незначительно и не отражается на способности молока к сычужному свертыванию.

В процессе гомогенизации изменяется структура и свойства  белков. Диаметр  мицеллы казеина уменьшается, часть их распадается на  субмицеллы, которые адсорбируются поверхностью  шариков жира.

С повышением давления гомогенизации в молоке и особенно в сливках наблюдается агрегация частиц казеина. Меняются и структурно-механические, а также синтетические свойства кислотного и  сычужного сгустков: повышается прочность сгустков и замедляется синерезис.

На соли и ферменты молока более значительное влияние оказывает гомогенизация.  Меняется солевой состав: в плазме молока увеличивается количество кальция в ионно-малекулярном состоянии, а часть коллоидного  фосфата и цитрата кальция адсорбируется поверхностью шариков жира. После гомогенизации часто наблюдается активация ферментов молока — ксантиноксидазы, липазы и др. Активация липазы может сопровождаться образованием свободных жирных кислот,  повышением  титруемой кислотности и прогорканием молока.

 Физико-химические свойства. При механической обработке они меняются следующим образом. Титруемая кислотность молока в результате центробежной  очистки снижается на 0,5-4°Т, а при батофугировании — на 3-4° Т. Плотность молока после перекачивания насосами незначительно отличается от исходной, а вязкость в результате диспергирования жира несколько возрастает. В результате гомогенизации понижается поверхностное натяжение и увеличивается вязкость молока.

Повышение вязкости гомогенизированного молока и сливок обусловлено увеличением общей площади поверхности жировой фазы, образование агрегатов шариков жира и адсорбцией белков на их оболочках.

Охлаждение, замораживание.

Понижение температуры препятствует росту бактерий, главным образом кислотообразующих. При охлаждении из системы молоко удаляет тепло, что ведет к замедлению теплового молекулярного движения и изменяет состояние многих составных частей молока. Консервирование охлаждением проводится в трех диапазонах: нормальное охлаждение при 6-10° С, глубокое — 2-6°;  замораживание и хранение в замороженном состоянии при  -12 ¸ -25°С. Прежде всего при охлаждении затрагиваются составные части  с гидрофобными связями — казеины, которые ослабевают,  распадаются на более мелкие образования, вблизи точки замерзания количество субмицелл возрастает, что приводит, в частности, к прекращению коагуляции под действием  сычужного фермента при температуре ниже 10°С, так как  гидрофобные части казеинового комплекса, например b-казеина  выступает из мицелл, а не  агрегируется.  После хранения молока при температуре 2-6°С способность к свертыванию сычужным ферментом заметно ухудшается, продолжительность процесса увеличивается на 20%. Сгусток, полученный из молока, хранившегося при низкой температуре, отличается меньшей прочностью. Другим последствием неустойчивости гидрофобных связей является усиленная десорбция ксантиноксидазы с поверхности оболочек жировых шариков. Охлаждение сырого молока ведет к повышению концентрации ксантиноксидазы в молочной сыворотке и к усилению ее активности, хотя скорость реакции с понижением температуры уменьшается. Кроме того, при охлаждении начинается отвердевание жира в жировых шариках. При этом происходит частичное расслоение триглицеридов, с более высокой температурой            плавления. Они откладываются в виде слоя под мембраной и тем самым стабилизируют оболочку, опасность разрушения ее уменьшается. Однако вследствие одновременно происходящей кристаллизации в фосфалипидной мембране триглициридный слой теряет эластичность и становится более подверженным механическому воздействию. Глубоко охлажденное молоко все еще содержит определенную часть жидкого жира в  жировых шариках. Переохлаждения недостаточно для полной кристаллизации триглициридной фракции, но остающийся жидкий жир служит предпосылкой для сбивания сливок в масло. Таким образом, охлаждение —это не только один из способов получения продукта требуемого качества, но крайне необходимый технологический прием, позволяющий оказывать целенаправленное воздействие на составные части молока.

Охлаждение почти всегда связано с механической нагрузкой. При неправильной работе мешалок повышается опасность повреждения жировых шариков, следствием чего является липолиз, вызываемый нативными липазами молока или психротрофными бактериями.

Охлаждение изменяет состав   микрофлоры — начинают преобладать психротрофные бактерии, способные размножаться даже при низких температурах. В охлажденном молоке они образуют нежелательные продукты распада, которые  придают молоку плодовый привкус и тягучую слизистую консистенцию. Психротрофные микрорнизмы выделяют протеолетические и  липолитические ферменты, которые обладают активностью даже после  пастеризации, поэтому они представляют наибольшую опасность для качества молока и молочных продуктов.

Изменения в молоке при охлаждении

Замораживание

(при нем происходят более глубокие изменения,чем при охлаждении)

                        9. Физико-химические изменения белков молока

при тепловой обработке

1). Изменение составных частей и свойств молока при пастеризации, УВТ обработке и стерилизации.

2). Понятие о денатурации белков.

Тепловую обработку (пастеризацию и стерилизацию) применяют для предохранения молочных продуктов от порчи и повышения стойкости при хранении. При нагревании содержание энергии в молоке повышается. Тепловое движение частиц и колебание атомов в молекулах усиливаются. При определенной температуре поглощённая энергия достигает величины энергии активации  для развития и образования связей. Вследствие этого при нагревании все составные части молока с  незначительной энергией связи претерпевают изменения. Белки с высоким содержанием водородных связей и легко расщепляемых ковалентных связей особенно подвержены изменениям при нагревании. Тепловые воздействия происходят незаметно для глаза. Однако по мере увеличения времени выдержки при температуре нагревания они усиливаются. Данные, приведенные в таблице, показывают изменения в молоке при нагревании.

Как видно из таблицы, сильные изменения претерпевают при нагревании сывороточные белки, ферменты и витамины.

Казеин обладает высокой термоустойчивостью, он термостабилен и при пастеризации, стерилизации, УВТ-обработке молока не происходит его коагуляции, даже в течение 60 мин. при температуре 140°С. Сывороточные белки термолабильны, и многие из них полностью денатурируются в процессе нагревания молока при температуре 30°С в течение 10-30 мин.

Однако появление денатурированных сывороточных белков на поверхностях нагрева, как правило, невелико вследствие их прикрепления к стабильным казеиновым мицеллам.

При длительном воздействии высоких температур изменяются составные части молока, его  физико-химические свойства, органолептические и технологические свойства, что видно из таблицы.

Понятия о денатурации белков.

Под выражением «денатурация белков» понимают изменение нативной пространственной структуры макромолекулы, приводящее к утрате природных свойств белка, т.е. происходит конформационные изменения молекул с нарушением четвертичной, третичной и вторичной структур. Глубина нарушения нативной структуры белка зависит от природы денатурирующего  агента, типа белка, окружающей среды и т.д.

В результате денатурации изменяются многие физико-химические свойства белка: растворимость, константа седиментации, вязкость, оптические,  электрохимические свойства и др. Денатурацию белков вызывают некоторые химические соединения и физические факторы. К последним относится и нагревание. В процессе тепловой денатурации компонента свернутая молекула белка превращается в беспорядочный  клубок.

Как правило,  глобулярновые белки  могут находиться только в двух состояниях — нативном и полностью денатурированном (развернутом). Некоторые из них (    -лактальбумин) при тепловой денатурации переходят в промежуточное компактное состояние, которое сочетает в себе характеристики нативного и полностью денатурированного (развернутого) состояния. Промежуточное состояние белка характеризуется близкими к нативным размерам молекулы и содержанием  вторичной структуры при отсутствии нативной пространственной (третичной структуры).

Следовательно, денатурация белков глобулярных — это сложный ступенчатый процесс, который включает образование одного или нескольких промежуточных состояний. Переход из промежуточного состояния в развернутое, т.е. истинного разворачивания белковой молекулы, может происходить лишь при больших концентрациях сильных денатурантов.

Многие белки в процессе биосинтеза переходят из развернутого в промежуточное состояние имеющего, вторичную структуру, более  или менее близкую к нативной, но отличающееся от нее третичной структурой. Затем после завершения формирования третичной структуры, белок приобретает свои уникальные свойства и биологическую активность.

Денатурация зависит от РН растворов белка, усиливают ее хлорид натрия, некоторые другие соли, анионы, катионы: ингибируют процесс некоторые сахара, аминокислоты, натриевые соли жирных кислот, неорганические соли,  ионы кальция, марганца и пр.

Так как денатурация белка сопровождается в той или иной степени развертыванием структуры белковых молекул, то следует ожидать, что будет изменяться (увеличиваться) энергия межмолекулярных взаимодействий. Так,  при разупорядочивании белковых молекул наблюдается повышение реактивности сульфидрильных групп цистина, финольных — тирозина; гуанидиновых — аргинина; S-аминогрупп — лизина и др. А это сопровождается усилением склонности белковых молекул к агрегации (ассоциации или полимеризации). Основную роль в агрегации денатурированных белковых молекул играют гидрофобные взаимодействия и реакции окисления — восстановления тиольных групп в дисульфидные связи (S—S—связи).

При достаточно высоких концентрациях белка агрегация приводит к коагуляции и гелеобразованию. Оба процесса возможны лишь при определенном балансе сил межмолекулярного притяжения и  электростатического отталкивания между молекулами. Силы отталкивания минимальны вблизи изоэлектрической точки. Следовательно, межмолекулярные взаимодействия зависят значительно и от рН  раствора белка.

Полная денатурация (развертывание) белковой молекулы в большинстве случаев необратима. Однако, если белок претерпевает  мягкую денатурацию, то при удалении денатурирующего агента  может наблюдаться более или менее полное восстановление нативных свойство белка, т.е.  ренатурация. По-видимому, в данном случае надо говорить об относительной            обратимости денатурации, т.к. ренатурированный белок не полностью идентичен нативному; совпадая с ним по одним сво            йствам, он может отличаться по другим. Степень обратимости тепловой денатурации белков зависит от природы белка, интенсивности и длительности нагрева, а также от условий ренатурации и присутствия некоторых веществ, стабилизирующих нативное состояние белковой молекулы. Кроме того, ренатурации белков в большей степени препятствует агрегация денатурированных молекул.

Таким образом, тепловая денатурация глобулярных белков является двухстадийным процессом: на первой стадии происходит обратимое или необратимое развертывание глобул белка, на второй  — агрегация необратимо денатурированных (развернутых) белковых молекул.

Однако развертывание и агрегация белковых молекул представляют собой два различных процесса, активность некоторых может по-разному меняться при изменении рН, концентрации белков, солей и т.д.

13. Влияние тепловой обработки на липиды, углеводы,

витамины, соли и ферменты молока

1). Изменения жира молока при тепловой обработке.

2). Изменение лактозы при тепловой работке.

3). Влияние нагревания на солевой состав, витаминный и ферменты.

Термическую обработку (пастеризацию и стерилизацию) молока применяют для предохранения молочных продуктов от порчи и повышения стойкости при хранении.

Вместе с тем, в процессе тепловой обработки изменяются основные компоненты молока и свойства его: вязкость, кислотность, поверхностное натяжение, вкус, запах, цвет молока, его способность к отстою сливок, сычужному свертыванию и пр. При всех видах тепловой обработки стремятся максимально сохранить исходные данные молока, его пищевую и биологическую ценность, т. к. длительное воздействие высоких температур может вызвать необратимое изменение структуры и свойств белков и прочих составных частей молока. Разберем, как же изменяется каждый компонент молока и его влияние на свойства.

Лактоза. В процессе высокотемпературной пастеризации молока и особенно при стерилизации происходит изомеризация лактозы (образование лактулозы) и ее взаимодействие с аминокислотами (реакция меланоидинообразования).

Стерилизация молока также вызывает разложение лактозы с образованием углекислого газа и кислот — муравьиной, молочной, уксусной и др. При этом кислотность молока увеличивается  на 2-3°Т.

В результате образования меланоидинов изменяется вкус и цвет молока. Механизм меланоидинообразования до сих пор окончательно не установлен. Выяснено, что реакция идет в две стадии. Первая стадия изучена подробно. Вначале лактоза взаимодействует со свободными аминогруппами. Аминокислоты, преимущественно NH2 с группой лизина, в результате образуется гликозид (лактозолизин), затем образуется лактулозилизин, который распадается на фруктозолизин и галактозу или ее изомер тагатозу.

Образование фруктозолизина снижает  биологическую ценность молочных продуктов, так как он не расщепляется пищеварительными ферментами и не усваивается организмом человека. В результате тепловой обработки часть лизина белков «блокируется» и тем самым снижается количество «доступных» аминокислот. Лизин может образовывать комплексы и с другими соединениями. Например, при стерилизации молока в автоклавах возможно его взаимодействие с аланином, образующийся в результате лизиноаланин также плохо переваривается в организме человека и обладает токсичными свойствами. Следовательно, при выборе режимов тепловой обработки для сохранения пищевой ценности молочных продуктов следует контролировать содержание доступного лизина.

Часть образовавшегося фруктозолизина  вовлекается в дальнейшие реакции. Из его сахарного компонента образуются разнообразные карбонильные и другие соединения. К промежуточным  продуктам реакции Майара относятся альдегид, кетоны, паравиноградная кислота, уксусная, муравьиная, молочная, левулиновая, лактоны и др.

Большинство из них обнаружено в пастеризованном и стерилизованном молоке. Некоторые обладают выраженным вкусом и запахом и могут влиять (+ и -) на вкус молочных продуктов.

Вторая стадия — меланоидинообразование — до конца не изучена. Известно, что она включает реакции полимеризации и конденсации карбонильных соединений при участии аминокислт. В результате образуется смесь азатосодержащих циклических соединений типа производных пиразина, пиррола, пиридина и пр., которые имеют различную молекулярную массу, не растворимы в воде, окрашены в коричневый цвет. Альдегиды принимают участие в формировании аромата продукта.

Жиры. Молочный жир под действием высоких температур подвергается незначительному гидролизу. При этом увеличивается количество в молоке диглециридов и снижается на 2-3 % содержание в триглицеридах ненасыщенных жирных кислот. Более существенно изменяется состав оболочек жировых шариков: денатурируется их белковый компонент, и часть веществ оболочки переходит в плазму молока. В результате снижается механическая прочность оболочек и наступает частичная дестабилизация жировой эмульсии — происходит слияние некоторых жировых шариков и вытапливание жира.

Витамины и ферменты. Тепловая обработка молока приводит к разрушению части витаминов и потере активности почти всех ферментов. В большей степени разрушаются водорастворимые витамины (тиамин, В12, С1), количество жирорастворимых витаминов изменяется мало.

Из ферментов наиболее чувствительны к нагреванию амилаза, каталаза, фосфатаза, наитивная липаза. Более устойчивы пероксидаза, бактериальная липаза и ксантиноксидаза. Фосфатаза и некоторые другие ферменты молока после потери своей активности в результате пастеризации могут вновь ее восстановить, т. е. обладают свойствами реактивации. Случай реактивации ферментов, например, фосфатазы, наблюдаются в основном после кратковременной высокотемпературной обработки высокожирного сырья.

Ферменты, сохранившие свою активность, могут вызывать в молоке и молочных продуктах нежелательные биохимические процессы, в результате которых снижаются качество, вкусовые свойства и пищевая ценность продуктов. Наибольшую опасность представляют липазы и протеиназы бактериального происхождения: липазы способствуют прогорканию молочных продуктов, протеиназы вызывают свертывание УВТ-молока.

Таким образом, мы рассмотрели, как изменяется состав молока в зависимости от термической обработки, насколько  происходит потеря тех или иных компонентов. Это дает возможность регулировать режимы тепловой обработки с целью сохранения наитивного состава и свойств молока. При непрерывном способе производства молоко подергается двукратной стерилизации, что вызывает значительные изменения его физических свойств: оно приобретает кремовый оттенок и привкус пастеризации.

Соли. В процессе тепловой обработки молока изменяется в первую очередь состав солей кальция. В плазме молока нарушается соотношение форм фосфатов Са; фосфорнокислые соли кальция, находящиеся в виде истинного раствора переходят в коллоидный фосфат кальция, который агрегирует и осаждается на мицеллах казеина. При этом происходит необратимая минерализация казеинат кальций фосфатного  комплекса (ККФК), что приводит к нарушению структуры мицелл и снижению термоустойчивости молока. Часть фосфата кальция выпадает на поверхности теплообменных аппаратов, образуя вместе с денатурированными сывороточными белками отложения — так называемый молочный камень и молочный пригар.

Таким образом, в результате пастеризации и стерилизации в молоке снижается количество ионно-молекулярного кальция (на 11-50%), что ухудшает способность молока к сычужному свертыванию. Поэтому при выработке творога и сыра в пастеризованное молоко вносят для восстановления солевого равновесия растворимые соли в виде хлористого кальция.