Химический состав молока - (курсовая)

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 денатурированнымиb-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 иb-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 %
    Аминокислоты
    Идеальный белок
    Казеин
    Сывороточные белки молока
    Белок яйца
    Белок пшеницы
    Белок мышц человека
    Валин
    5
    ? .2
    5, 7
    7, 3
    3
    6
    Лейцин
    7
    9
    12, 3
    8, 8
    9, 9
    Изолейцин
    4
    6
    6, 2
    6, 6
    6
    4, 7
    Метионил
    2, 8
    2, 3
    2, 3
    2, 8
    Цистил
    3, 5
    0, 34
    3, 4
    5, 5
    2, 3
    1, 8
    Треонин
    4
    4, 9
    5, 2
    5, 1
    3
    4, 6
    Лизин
    5, 5
    8, 2
    9, 1
    6, 4
    0, 6
    8, 1
    Фенилаланил
    5
    4, 4
    2, 5
    4, 7
    Тирозин
    6
    6, 3
    3, 8
    10
    3, 1
    4
    Триптофен
    1
    1, 7
    2, 2
    1, 5
    0, 9
    2, 2

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 числеas1- 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 структураas1- 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 содержитa-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 структурахарактеризует 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 ионапонимают 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 растворавычисляют по формуле, понимая под ней полусумму произведений концентрации всех ионов (катионов и анионов) в растворе Сi на квадрат из заряда. = 1/2 е 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 иb-форм, находящихся в равновесии: -лактоза ® b-лактоза. Равновесие между ними зависит от температуры и сдвинуто обычно в сторонуb-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 молокаи 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 распадаb-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)
    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. Сенсорикапредполагает 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 молокана 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 мицелламиb-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 молокапроисходит диспергирование крупных шариков жира (4-6 мкм и более) с одновременным уменьшением количества мелких шариков (d

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 ферментымолока 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 ё -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
    Составная часть
    Изменения
    Последствия
    охлаждения
    Молоко
    Повышенная вязкость. Десорбция ксантиноксидазы
    Повышенная активность
    Молочный жир

Частичная кристаллизация и частичное расслоение в жире молока —

    Белки
    Дезагрегация казеиновых мицелл

Пониженная способность к свертыванию под действием сычужных ферментов. Увеличение времени свертывания, пониженная прочность сгустка Сывороточные белки

    Распад псевдоглобуллина
    Замораживание

(при нем происходят более глубокие изменения, чем при охлаждении) Молоко и его составные части

    Изменения
    Микроско
    пические явления
    Последствия
    замораживания
    Молоко
    Расслоение
    —
    Повышенное содержание сухих веществ в остаточной жидкости
    Молоч-ный жир
    Кристаллизация, дестабилизация оболочек жирового шарика
    Свободный жир
    Увеличение жира в пахте
    Казеин

Дезагрегация казеиновых мицелл, изменение электрофолептической подвижности, обратимое осаждение ККФК, необратимое осаждение казеина

    Образова-ние хлопьев

Понижение способности к свертыванию под действием сычужного фермента Ферменты

    Активизация плазменной липазы
    Усиленный липолиз
    Ухудшение вкуса продукта
    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.

    ИЗМЕНЕНИЯ
    ПОСЛЕДСТВИЯ
    Первичные
    Вторичные
    1. Уменьшение межмолекулярных сил взаимодействия
    Усиленное тепловое движение отдельных частиц
    Снижение вязкости и поверхностного натяжения
    2. Разрыв гидрофобных связей
    Десорбция эвглобулина с поверхности жировых шариков
    Ухудшение способности сливок к отстою

3. Разрыв водородных и ковалентных связей с незначительной энергией Денатурация сывороточных белков в форме структурных изменений и флокуляции Снижение окислительно-восстановительного потенциала, ухудшение способности к свертыванию

4. Изменение растворимости, главным образом фосфатов и цитратов. Смещение равновесия распределения между истинно и коллоидно-растворимыми фазами

    Уменьшение активности сычужного фермента
    5. Усиление диссоциации потенциальных электролитов и воды
    Изменение диссационного равновесия
    Снижение pH
    6. Разрыв ковалентных связей концевых групп
    Образование низкомолекулярных продуктов распада
    Изменение вкуса

Разрушение ферментов и чувствительности к нагреванию витаминов Отсутствие ферментативных реакций, снижение содержания витаминов 7. Разрыв и образование новых ковалентных связей

Образование углеводно-белковых соединений вследствие реакции Майяра

    Изменения вкуса и цвета

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 NH2с 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.

Страницы: 1, 2, 3, 4