Молоко углеводы

Лекция 5

УГЛЕВОДЫ МОЛОКА

5.1 Общая характеристика углеводов

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

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

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

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

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


5.2 Молочный сахар

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

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

Остаток галактозы


Остаток глюкозы


α-Лактоза

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

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

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


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

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

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


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

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

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

С12Н22О112О → С6Н12О6 + С6Н12О6

Лактоза Глюкоза Галактоза

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


С6Н12О6 → 2 СН3СОСООН

Лактоза Пировиноградная кислота

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

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

5.3 Другие углеводы молока

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

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

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

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

Контрольные вопросы:


  1. Напишите формулу лактозы и опишите ее свойства.

  2. Основные виды брожения лактозы?

  3. Какие углеводы встречаются в молоке?

Лекция 6

МИНЕРАЛЬНЫЕ ВЕЩЕСТВА

В СОСТАВЕ МОЛОКА

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

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

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


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

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

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

Рис. 4. Минеральные вещества молока

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

Соли калия и натрия содержатся в ионно-молекулярном состоя­нии в виде хорошо диссоциирующих хлоридов, фосфатов и цитратов.


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

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

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

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

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


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

Контрольные вопросы:

  1. Назовите основные макроэлементы молока.

  2. Назовите основные микроэлементы молока.

Лекция 7

ФЕРМЕНТЫ В СОСТАВЕ МОЛОКА

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

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

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


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

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

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

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

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

  • трансферазы (ферменты, переносящие груп­пы);

  • гидролазы (гидролитические ферменты);

  • лиазы (ферменты отщеп­ления групп);

  • изомеразы (ферменты изомеризации);

  • синтетазы.


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

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

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

7.1 Оксидоредуктазы

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

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

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

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

7.2 Гидролитические и другие ферменты

К гидролитическим ферментам относят ферменты, ускоряющие рас­щепление жиров, углеводов, белков и других более сложных соединений на более простые (с присоединением воды). В молоке содержатся липа­зы, фосфатазы, протеазы, лактаза, амилаза, лизоцим и некоторые другие гидролитические ферменты.

Липазы. Ферменты катализируют гидролиз триглицеридов молочно­го жира. В молоке содержатся нативная и бактериальная липазы. Количество нативной липазы незначительно. Она связана, главным образом, с казе­ином (плазменная липаза), и лишь небольшая часть ее (около 1%) адсор­бирована оболочками жировых шариков (мембранная липаза). Иногда происходит перераспределение плазменной липазы с белков на жиро­вые шарики. При этом в результате гидролиза жира выделяются низко­молекулярные жирные кислоты (масляная, капроновая, каприловая) и молоко прогоркает.

Прогоркание молока в результате гидролиза жира под действием ли­паз (липолиз) может происходить в процессе хранения и после техноло­гической обработки молока — перекачивания, гомогенизации и т. д.

Нативная липаза инактивируется при температуре пастеризации 80°С. Бактериальные липазы более термостабильны. Они разрушаются при 80 — 90°С.

Фосфатазы. Фермент фосфатаза гидролизует эфиры фосфорной кис­лоты. В свежевыдоенном молоке обнаружены щелочная фосфатаза (с оп­тимумом рН 9,6) и незначительное количество кислой фосфатазы (с оп­тимумом рН около 5). Фосфатазы попадают в молоко из клеток молоч­ной железы. Щелочная фосфотаза концентрируется на оболочках жиро­вых шариков, кислая связана с белками. Щелочная фосфатаза молока чувствительна к повышенной температуре, кислая фосфатаза термоста­бильна. Нагревание молока в течение 30 мин при 63°С, кратковременная и моментальная пастеризация при 74—85°С полностью разрушают щелочную фосфатазу. Высокая чувствительность фосфатазы к нагреванию была использована при разработке метода контроля эффективности па­стеризации молока и сливок (фосфатазная проба).

Протеазы (протеолитические ферменты). Протеазы катализируют гид­ролиз пептидных связей белков и полипептидов. В молоке содержится небольшое количество нативной протеазы, переходящей из крови. Она вызывает гидролиз β-казеина. Фермент термостабилен, инактивируется при тем­пературе выше 75°С. Микрофлора молока выделяет более активные про­теазы, которые могут вызвать различные пороки молока и масла. Так, при размножении в молоке микрококков и гнилостных бактерий появ­ляется горький вкус, при пониженной кислотности (35 — 40°Т) наблюда­ется его свертывание.

Молочнокислые бактерии вырабатывают малоактивные протеазы, которые, однако, имеют важное значение при созревании сыров. Актив­ность протеолитических ферментов, выделяемых молочнокислыми па­лочками и стрептококками, различна. Палочки, по сравнению со стреп­тококками, выделяют более активные ферменты.

При производстве сыров для свертывания молока применяют протеолитический фермент животного происхождения -сычужный фермент (химозин). Известны заменители сычужного фермента — пепсин и про­теолитические ферменты микробного происхождения..

Лактаза. Лактаза катализирует реакцию гидролити­ческого расщепления лактозы на глюкозу и галактозу. Молочная железа фермент почти не вырабатывает, его выделяют мо­лочнокислые бактерии и некоторые дрожжи. Лактаза имеет оптимум дей­ствия при рН 5 и температуре 40°С. ). В молочной промышленности применяют при выработке сгущенного молока с сахаром в производстве низко-лактозных молочных продуктов.

Амилаза. Этот гидролитический фермент катализирует расщепление крахмала до декстринов и мальтозы. В нормальном молоке содержится небольшое количество амилазы, при заболевании коров маститом ее содержание повышается. Амилаза имеет оптимум действия при рН 7,4 и температуре 37°С. Фермент инактивируется при пастеризации молока — нагревание до 63°С в тече­ние 30 мин разрушает амилазу полностью.

Лизоцим (мурамидаза). Это очень важный фермент молока: он гидролизует связи в полисахаридах клеточных стенок бактерий и вызывает их гибель. Вместе с другими антибактериальными факторами (имму­ноглобулинами, лактоферрином, лактопероксидазой, лейкоцитами и др.) лизоцим обусловливает бактерицидные свойства свежевыдоенного молока. Коровье молоко содержит небольшое количество лизоцима, в женском молоке его в 3000 раз больше. Он относится к основным бел­кам (имеет изоэлектрическую точку при рН 9,5), в кислой среде термо­стабилен.

Контрольные вопросы:

  1. Дайте определения ферментов и расскажите об их свойствах.

  2. Назовите окислительно-восстановительный ферменты молока.

  3. Перечислите гидролитические ферменты молока.

Лекция 8

ВИТАМИНЫ В СОСТАВЕ МОЛОКА

Витамины (от лат. vita — жизнь) — низкомолекулярные соединения раз­нообразного химического строения, необходимые для нормальной жиз­недеятельности животных, человека, растений и микроорганизмов. Вита­мины играют важную роль в обмене веществ Отсутствие или недостаток в пище витаминов приводит к нарушению обмена веществ, и в конечном итоге к заболеваниям (авитаминозам и гиповитаминозам).

Витамины были открыты в 1880 г. русским ученым Н. И. Луниным. Он установил, что пища человека и животного кроме белков, жиров, уг­леводов и солей должна содержать незначительное количество каких-то неизвестных жизненно важных веществ. Позже польский ученый К. Функ назвал эти вещества витаминами. В настоящее время известно более 20 витаминов и выяснена их химическая природа. По признаку раство­римости все витамины можно разделить на жирорастворимые (A, D, Е и К) и водорастворимые (витамины группы В, С и др.)

Молоко содержит практически все витамины, необходимые для нор­мального развития человека. Они попадают в него из поедаемо­го животными корма и синтезируются микрофлорой рубца. Содержание витаминов в молоке колеблется в зависимости от сезона года, стадии лак­тации, рационов кормления, породы и индивидуальных особенностей коров. Кроме того, содержание некоторых витаминов изменя­ется при хранении и тепловой обработке молока (пастеризации, сгуще­нии, сушке).

Жирорастворимые витамины молока включены в оболочки жировых шариков, водорастворимые содержатся в свободном виде и в составе различных ферментов.

8.1 Жирорастворимые витамины

Витамин А (ретинол). Недостаток витамина А в организме человека вызывает заболевания глаз: куриную слепоту (утрата зрения в сумерках) и сухость роговицы (ксерофтальмия). Этот витамин участвует в окисли­тельных процессах, протекающих в организме. Его считают витамином роста, он повышает сопротивляемость организма инфекционным забо­леваниям и т. д.

Витамин А образуется и накапливается лишь в организме человека и животных. В растениях содержится желтый пигмент — β-каротин, из которого в животном организме образуется витамин А. В молоке витамина А содержится 0,004- 0,1 мг%. Молозиво содержит в 10 — 12 раз больше витамина А, чем мо­локо. Наиболее богаты витамином А молоко и сливки лет­не-осеннего периода, когда животные поедают зеленый корм, содержа­щий много каротина. Масло, выработанное из летнего молока, содержит в 4 раза больше витамина А, чем масло из зимнего молока.

Витамин D (кальциферол). Этот витамин регулирует фосфорно-кальциевый обмен в организме человека. Его недостаток в пище нарушает процесс отложения в костях солей кальция и фосфора, что приводит к заболеванию рахитом. Витамин D образуется в организме животных и человека при их ультрафиолетовом об­лучении. Молоко содержит сравнительно мало витамина D, летом его в 5 — 8 раз больше, чем зимой.

Витамин Е (токоферолы). Недостаток витамина Е вызывает стериль­ность (бесплодие) животных. Витамин Е предохраняет жиры от окисле­ния, т. е. обладает антиокислительными свойствами. Токоферолы синтези­руются только в растениях (ими богаты растительные масла). В организм животных токоферолы попадают с растительными кормами. В молоке содержится в среднем 0,09 мг% витамина Е, причем его количество летом больше, чем зимой.

Витамин К (витамин коагуляции крови). Этот витамин влияет на про­цесс свертывания крови. Содержится в зеленых растениях, в организме животных и человека синтезируется микрофлорой кишечника. В коро­вьем молоке витамин К содержится в незначительных количествах.

refdb.ru

chem21.info