Біохімія молока і молочних продуктів

ПЛАН

1. Значення молока і молочних продуктів в харчуванні.

2. Склад молока і властивості основних його компонентів.

   1. Білки, ККФК

   2. Жири.

   3. ВВ

   4. Солі, ферменти, вітаміни та інші хімічні речовини

3. Хімічні та бактерицидні властивості молока

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

   1. охолодження і заморожування

   2. механічна дія

   3. нагрівання

   4. фальсифікація молока

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Склад коров’ячого молока в %
Вода	85-89
Сухий залишок	11-15
В т. ч. жир	2,8-5
Фосфатиди, стерини	0,012-0,013
Казеїн	2,3-2,9
β-лактоглобулін	0,2-0,4
α- лактоальбумін	0,07-0,2
Імуноглобуліни	0,01-0,1
Інші білкові речовини	0,1-0,2
Молочний цукор	4,4-5,1
Мінеральні речовини, ферменти, вітаміни, гормони, пігменти	0,6-0,85

Мінеральних речовин (мг) у 100 г продукту
	Молочні продукти	Сир	Голандський сир	Добова потреба
Са	121	150	1040	1000
P	91	217	544	1500
Na	50	41	1000	6000
K	152	112	130	5000
Mg	15	23	56	500
Fe	0.1	0.4	1.1	15

Вітаміни	Вміст у мг /1кг молока	Добова потреба
В1(тіамін)	0,4	1,5-2
В2 (рибофлавін)	1,5	2-2,5
С	15	50-70
РР (ніацин)	1	15-25
А (ретинол)	0,25	1,5-2,5
D (кальциферол)	0,005	0,0025-0,01

2.Білки

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

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

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

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

(25-35) β- || - 4 залишки;

(8-15) ǽ - || - 1

(3-17) γ

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

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

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

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

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

Іони Са²⁺ можуть приєднуватися до карбоксильних груп казеїну.

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

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

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

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

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

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

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

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

Кальцієвої коагуляції – іонами Са²⁺ , і високі температури.

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

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

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

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

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

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

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

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

Ліпіди

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

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

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

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

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

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

Фосфатиди молока

А – азотиста основа . Холін в лецитині

Етаноламін (в кефаліні)

Ліпопр фосфогліцерид

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

Стерини – високомолекулярні циклічні спирти.

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