Химия и физика молока

Размещено на http://www.allbest.ru/

1. Образование молока в молочной железе. Синтез белков, лактозы и триацилглицеринов молочного жира

Образование молока - сложный физиологический процесс, в котором участвует не только молочная железа, но и другие органы и системы. Для образования молока используются питательные вещества, поставляемые к вымени с кровью. В свою очередь, в кровь питательные вещества поступают из пищеварительной системы. Поэтому для высокопродуктивной коровы очень важное значение имеет хорошее развитие органов пищеварения.

Для образования 1 л молока через вымя должно пройти 400-500 л крови. Следовательно, у коровы должна быть система органов кровообращения, способная к постоянной напряженной работе.

Регулируется образование молока нервной и гормональной системами. Из желез внутренней секреции ведущее значение имеет гипофиз, который выделяет в кровь гормоны, в частности пролактин, вызывающий секрецию молока. молоко белок лактоза

Раздражение нервных окончаний сосков при доении или сосании активизирует работу гипофиза, что способствует усилению секреции молока.

Секреция молока осуществляется в молочной железе. Эпителиальные клетки, выстилающие полость альвеол, синтезируют основные составные части молока: белки, жиры и молочный сахар - лактозу из питательных веществ, поступающих с кровью. В процессе синтеза они претерпевают значительные изменения. Так, белок казеин, кроме молока, нигде в природе не встречается.

Витамины, минеральные соли, гормоны и ферменты поступают в плазму из крови животного в готовом виде. Однако и в этом случае секреторные клетки выполняют не пассивную, а активную роль, работая избирательно. Поэтому концентрация этих веществ в молоке и крови различна. Например, в молоке коровы по сравнению с плазмой крови кальция больше в 14 раз, калия - в 9, фосфора - в 10 раз, натрия меньше в 7 раз.

Тем не менее, большое значение для образования молока имеет количество и качество «предшественников», то есть веществ, из которых образуются составные части молока.

У лактирующих коров молоко в вымени образуется непрерывно. Вначале молоко заполняет полости альвеол, выводные протоки, затем - более крупные протоки и в последнюю очередь - молочные цистерны. По мере накопления в вымени молока вследствие снижения тонуса гладкой мускулатуры сократительная сила мышечных волокон ослабевает. В результате до определенного периода существенного увеличения давления в вымени не происходит и сохраняются условия для накопления молока. Заполнение всех полостей вымени происходит в течение 10 - 12 ч, затем внутреннее давление начинает повышаться, кровеносные сосуды сдавливаются, что приводит к постепенному снижению секреторной деятельности молочной железы. Если корову не доить 14 - 16 ч, то давление в вымени возрастет настолько, что секреция молока полностью прекратится. Если и после этого корова не будет выдоена, то начинается обратный процесс-всасывание компонентов молока.

Следовательно, для поддержания высокой интенсивности молокообразования необходимо регулярное выведение молока из вымени. Пропуск доения, чрезмерно большой интервал между доениями тормозят молокообразование и приводят к снижению удоев.

Синтез белков молока происходит за счет поглощения из крови свободных аминокислот, которые являются основным для биосинтеза молочных белков. В крови, оттекающей от молочной железы, содержится на 0,91-1,26 % свободных аминокислот меньше, чем в притекающей. Основным белком молока является казеин. Он составляет 76-86% от общего его содержания. К белкам молока относятся лактоглобулины, и 10% приходится на иммунные глобулины, сывороточный альбумин, по своему составу идентичен альбумину сыворотки крови. Кроме этих основных белков в молоке присутствуют в ничтожно малых количествах ряд ферментов, белки оболочек жировых шариков и другие специфические белки молока. К ферментам, находящимся в молоке, относится пероксидаза, каталаза, липаза, протеаза и другие. Большинство ферментов попадает в молоко из крови или с клеточными структурами при отторжении секреторного эпителия в полость альвеол.

Биосинтез белков молока в настоящее время рассматривается как результат его синтеза на рибосомах из активирования аминокислот с участием ДНК, РНК, АТФ и др. специфических веществ.

Получены данные, что эпителиальные клетки молочной железы синтезируют заменимые аминокислоты, а в синтезе основного белка молока -казеина принимают участие и пептиды, без их предварительного расщепления до аминокислот.

Говоря о составе белков молока, необходимо указать, что уровень их синтеза с возрастом значительно меняется. Изменяется после 4 лактации и аминокислотный состав молока, уменьшается содержание большинства аминокислот. Содержание белка в молоке зависит и от породы, кормления.

Синтез углеводов. Основным предшественником обоих составных частей лактозы (глюкоза +галактоза) является глюкоза, поступающая в молочную железу из крови. Синтезируется лактоза в эпителиальных клетках молочной железы. Предшественниками лактозы могут служить крахмал, карбонат ацетат, глицерин и др.

Их включение в лактозу происходит, видимо, после того, как они преобразуются в глюкозу в печени или в самой молочной железе.

Помимо лактозы молоко может содержать следы моносахаридов и небольшое количество других сахаров (олигосахариды, гексозимы).

Липиды молока. Молочный жир - одна из наиболее питательных составных частей молока. Количество жира колеблется у одного и того же вида животных. Межвидовые различия в жирности молока обусловлены специфической потребностью в ней развивающегося новорожденного.

Синтез молочного жира складывается из 2 процессов:

1. Образование жирных кислот и глицерина;

2. Образование триглицеридов молока.

Предшественниками молочных жирных кислот являются кислоты липидов крови. Часть их синтезируется в самой молочной железе.

В синтезе молочного жира принимают участие также фракции свободных жирных кислот крови. Установлено, что в составе свободных жирных кислот к молочной железе доставляется стеариновая кислота, которая превращается в тканях железы в олеиновую. Следовательно, молочная железа обладает способностью не только «отбирать» из притекающей к ней крови необходимые для синтеза молочного жира жирные кислоты, а также перестраивать их в своем секреторном эпителии.

Вторая составная часть молочного жира - глицерин поступает в железу из циркулирующей крови или же синтезируется непосредственно в молочной железе.

У жвачных животных источником образования молочного жира служат углеводы и продукты их расщепления в пищеварительном тракте - летучие жирные кислоты.

Источником жира молока могут служить и без азотистые остатки, образующие при дезаминировании белков. Роль белков состоит также и в том, что они стимулируют процессы брожения в рубце и увеличивают тем самым образование кислот брожения.

Большую роль в обеспечении молочной железы составными частями молока, в т. ч предшественниками жира играет печень. На это указывает и факт значительного увеличения массы печени при лактации.

Таким образом на образование молока влияют:

- химический состав питательных веществ, поедаемых животными;

- характер распада их в желудочно-кишечном тракте;

- синтетические процессы в печени.

Однако не все составные части молока синтезируются в клетках секретирующего эпителия. Витамины и минеральные вещества переходят в молоко из крови, не изменяясь.

Большое влияние на секреторный процесс в вымени оказывает: уровень обмена веществ, состояние центральной нервной системы и желез внутренней секреции.

2. Пропионовокислое брожение лактозы. Химизм брожения и значение в технологии молочных продуктов

Пропионовокислые бактерии - неспороносные грамположительные неподвижные палочки размером 0,5--0,8 или 1,0--1,5 мкм (в молодых культурах -- искривленные, слегка ветвящиеся палочки, в более старых -- кокковидной формы). Образуют колонии жёлтого, оранжевого или красного цвета, растут как в аэробных, так и в анаэробных условиях.

Пропионовокислые бактерии родственны по ряду свойств гетероферментативным молочнокислым бактериям Они, как и молочнокислые бактерии, не встречаются в почве или водоемах. Обитают в основном в рубце и кишечнике жвачных животных, в молочных продуктах (не в молоке). Пропионовокислые бактерии -- возбудители пропионовокислого брожения, сбраживают глюкозу, лактозу и др. углеводы, а также некоторые спирты с образованием пропионовой и уксусной кислот и CO2. После молочнокислого брожения, когда лактоза превращена в молочную кислоту, начинают размножаться.

Пропионовокислые бактерии применяют для микробиологического синтеза витамина B12. Пропионовые бактерии могут синтезировать гемсодержащие белки. В их клетках обнаружены цитохромы.

Конструктивный метаболизм пропионовых бактерий претерпел дальнейшую эволюцию в сторону большей независимости от органических соединений внешней среды. Пропионовые бактерии характеризуются хорошо развитыми биосинтетическими способностями и могут расти на простой синтетической среде с аммонийным азотом в качестве единственного источника азота при добавлении к среде пантотеновой кислоты и биотина, а для некоторых видов и тиамина. У ряда пропионовых бактерий обнаружена способность к азотфиксации.

Местообитание пропионовых бактерий -- кишечный тракт жвачных животных, молоко, твердые сыры, в приготовлении которых они принимают участие.

Основные продукты пропионовокислого брожения, вызываемого несколькими видами бактерий из рода Propionibacterium, -- пропионовая (CH3CH2OH) и уксусная кислоты и CO2.

Химизм пропионовокислого брожения сильно изменяется в зависимости от условий. Это, по-видимому, объясняется способностью пропионовых бактерий перестраивать обмен веществ, например, в зависимости от аэрации. При доступе кислорода они ведут окислительный процесс, а в его отсутствии расщепляют гексозы путём брожения. Пропионовые бактерии способны фиксировать CO2, при этом из пировиноградной кислоты и CO2 образуется щавелевоуксусная кислота, превращающаяся в янтарную кислоту, из которой декарбоксилированием образуется пропионовая кислота.

Под пропионовокислым брожением подразумевают биохимический процесс превращения бактериями сахара, молочную кислоту и ее солей в пропионовую кислоту. В этом брожении, кроме пропионовой кислоты, образуются и такие продукты, как уксусная кислота, углекислый газ, янтарная кислота, ацетоин, диацетил, другие летучие ароматические соединения - диметилсульфид, ацетальдегид, пропионовый альдегид, этанол и пропанол. Химизм данного брожения подобен типичному молочнокислому брожению с той разницей, что образовавшаяся молочная кислота в этом брожении не конечный продукт, а промежуточный. От других типов брожения пропионовокислое отличается высоким выходом АТФ, участием некоторых уникальных ферментов и реакций.

Пропионовокислым бактериям свойственен бродильный тип метаболизма: они расщепляют сахара до пропионата, ацетата, СО2 и сукцината.

Кроме основных продуктов в разных количествах в культуральной жидкости пропионовых бактерий обнаружены молочная, муравьиная, изовалериановая кислоты, этиловый и пропиловый спирты, уксусный и пропионовый альдегиды, ацетоин, диацетил. Состав конечных продуктов брожения зависит от культуры бактерий, состава среды и условий культивирования. Это касается как видов накапливаемых продуктов, так и количественных соотношений между ними.

Использование пропионовокислых бактерий в промышленности

Сыроделие - наиболее древняя биотехнология, использующая биохимическую активность пропионовых бактерий. Первые исследования пропионовокислых бактерий были связаны с изучением их роли в созревании сыров. Наиболее высокими органолептическими свойствами и длительными сроками хранения обладают твердые сычужные сыры с высокой температурой второго нагревания, при изготовлении которых принимают участие пропионовокислые бактерии. Общее правило, касающееся использования этих бактерий в созревании сыров, гласит: вреден как недостаток, так и избыток пропионовокислых бактерий, но без их участия сыр нужного качества изготовить невозможно; могут получаться «слепые», т.е. сыры без «глазков» или с другими дефектами. Многие пороки лучших сыров вызваны отсутствием или слабым ростом пропионовокислых бактерий.

Основная роль пропионовокислых бактерий в созревании сыров состоит в использовании лактатов, образованных молочнокислыми бактериями при сбраживании лактозы молока, при этом лактаты превращаются в пропионовую, уксусную кислоты и СО2. Кислоты обеспечивают острый вкус сыров и участвуют в консервации молочного белка казеина; гидролитическое расщепление липидов с образованием жирных кислот важно для развития органолептических свойств сыра; образование пролина и других аминокислот, а также летучих веществ: ацетоина, диацетила, диметилсуль-фида, ацетальдегида, участвующих в формировании аромата сыра; образование углекислоты в процессе пропионово-кислого брожения лактата и декарбоксилирования аминокислот; СО2 участвует в создании рисунка сыра - «глазков», образовании витаминов и в первую очередь витамина В12.

Созревание сыра - сложный биохимический процесс, протекающий при участии сычужного фермента, ферментов молока, молочнокислых и пропионовых бактерий. Происходят энзиматические изменения в белках, жире, аминокислотах; формируется аромат, внешний вид, консистенция сыра.

Пропионовокислые бактерии размножаются в сыре в значительном количестве в период выдерживания его в бродильном подвале, рост их продолжается в течение всего периода созревания. В результате пропионовокислого брожения образуются специфический вкус и запах, а также характерный рисунок.

Пропионовокислые бактерии также применяют в хлебопечении. Их наряду с молочнокислыми бактериями и дрожжами вводят в некоторые закваски для теста с целью образования в процессе ферментации, помимо молочной и уксусной кислот, еще и пропионовой. При внесении в тесто такой закваски хлеб содержит 0,1% уксусной, 0,2% молочной, 0,1% пропионовой кислоты (по отношению к весу муки). Такого количества пропионовой кислоты достаточно для проявления фунгицидного действия, без заметного влияния на вкус и аромат выпекаемого хлеба.

Использование пропионовокислых бактерий нашло себя, хотя и незначительно, в кисломолочном производстве.

С целью обогащения витамином В12 в кефир и другие молочнокислые продукты вносили пропионовокислые бактерии, повышая, таким образом, питательные свойства и лечебную ценность этих продуктов. Готовый продукт имеет однородную сметанообразную гомогенную консистенцию молочно-белого цвета, кисломолочный освежающий, слегка острый вкус. Количество клеток пропионовокислых бактерий в 1 см3 10 единиц, молочнокислых стрептококков 107.

Разбавление молока творожной сывороткой приводит к экономии молока, но вместе с тем и к разбавлению его, вследствие чего содержание в продукте сухих веществ, витаминов, белка снижается. Эти неизбежные потери компенсируются использованием в составе закваски пропионовокислых бактерий, синтезирующих белки, витамины, внеклеточные полисахариды, увеличивающие вязкость продукта.

При изготовлении сметаны применение закваски, содержащей продуценты витаминов группы В, позволяет вести процесс ее производства в одних условиях независимо от жирности сырья, при этом сквашивание ведут при 30- 320С, что ускоряет процесс и позволяет получить продукт с высокими питательными свойствами. Полученный продукт богат витаминами группы В (В1, В2, В12), фолиевой кислотой, микроэлементами, в том числе и железом, а также другими продуктами метаболизма в легкоусвояемой форме, которые обладают лечебными свойствами.

Пропионовокислые бактерии используют в основном в сыроделии при производстве сыров с высокой температурой второго нагревания и незначительно - при производстве кисломолочных продуктов. При выработке кисломолочных продуктов в качестве закваски используют пропионовокислые бактерии в комбинации с молочнокислыми бактериями.

Пропионовокислые бактерии также применяют для микробиологического синтеза витамина B12. У пропионовокислых бактерий обнаружена способность к активному синтезу витамина B12, который накапливается внутри клеток. Эта особенность используется для промышленного получения витамина B12 на отходах производства (молочной сыворотке и др.) с добавлением кукурузного экстракта в качестве источника витаминов. 

3. Объясните, почему плотность молока необходимо измерять не ранее чем через 2 часа после дойки

Плотность молока или объемная масса при 20 єС колеблется от 1027 до 1032 кг/м. Плотность зависит от температуры (понижается с ее повышением), химического состава (понижается при увеличении содержания жира и повышением при увеличении количества белков, лактозы и солей), а также от давления, действующего на него.

Плотность молока, определенная сразу же после доения ниже плотности, измеренной через несколько часов на 0,8-1,5 кг/м3. Это объясняется улетучиванием части газов и повышением плотности жира и белков (за счет изменения коэффициентов температурного расширения) при постепенном понижении температуры молока. Поэтому плотность заготовляемого молока необходимо измерять не ранее чем через 2 часа после дойки.

Величина плотности зависит от лактационного периода, болезней животных, пород, кормовых рационов. Так, молозиво и молоко полученные от разных коров, имеют высокую плотность за счет повышенного содержания белков, лактозы, солей и других составных частей.

4. Какие компоненты молока обусловливают его титруемую кислотность

Компонентами молока, обусловливающими титруемую кислотность, являются кислые фосфорнокислые соли кальция, натрия, калия, лимоннокислые соли, углекислота, белки.

5. Назовите компоненты молока (не менее пяти) ,которые находятся в молоке в ионно-молекулярном состоянии

Соли калия, натрия, лактоза, белки, фосфат кальция, жир - содержатся в молоке в ионно-молекулярном состоянии.

6. Продолжите определение

Количество 1н раствора кислоты или щелочи, которое необходимо добавить к 100 см молока, чтобы изменить рН на единицу, называется буферной емкостью молока.

7. Какой вид механической обработки молока в наибольшей степени влияет на состояние молочного жира

Гомогенизация.

8. Назовите генетические варианты б- лактальбумина

б- лактальбумина является гетерогенным белком (содержит главный компонент, имеет два генетических варианта, а также минорные компоненты, некоторые из которых являются гликопротеидами).

Белок относится к гликопротеинам, состоит из одной полипептидной цепи с молекулярной массой 16,5 кДа и изоэлектрической точкой 5,1. Входит совместно с галактозилтрансферазой в состав лактозосинтазы.

Альбумин сыворотки крови (сывороточный альбумин). В молоке содержится сывороточный альбумин, белок глобулярной структуры с молекулярной массой 66 кДа. Он мало чем отличается от аналогичного белка крови, т.е. его синтез происходит не в молочной железе, а в других органах животных.

Иммуноглобулины (Ig). Класс сложных белков гликопротеинов, продуцируемых B-лимфоцитами, и обеспечивающих связывание, на начальных этапах иммунного ответа, антигена. Ig состоят из четырёх полипептидных цепей (двух лёгких (L) и двух тяжёлых (H) цепей), удерживаемых с помощью нековалентных взаимодействий и S-S-связей; можно выделить в составе Ig два Fab-фрагмента, каждый с антигенсвязывающим центром, и один Fc-фрагмент. В молоке идентифицированы представители четырёх классов иммуноглобулинов- IgG, IgA, IgM, IgE.

9. Назовите генетические варианты бs1-казеина

бs1-казеин имеет пять генетических вариантов (А, В, С, D, и Е), отличающихся друг от друга как содержанием отдельных аминокислот, так и их расположением в полипептидной цепи.

10. Какой белок молока представляет собой смесь фосфопротеидов?

Казеин.

11. Что понимают под градусами Тернера

Под градусами Тернера понимают количество миллилитров 0,1 н. раствора щелочи, которое расходуется на нейтрализацию 100 мл молока. Титруемую кислотность выражают в градусах Тернера.

12. Назовите небелковые азотистые вещества молока (не менее семи)

Небелковыми азотистыми веществами молока являются: мочевина, пептиды, аминокислоты, креатин , аммиак, оротовая, мочевая и гиппуровая кислоты , пуриновые основания и др.

13. При каком значении рН происходит кислотная коагуляция казеина

При рН 4,6-4,7.

Задача

Определить массовую долю воды в молоке, если массовая доля СОМО составляет 8,5 %, а плотность равна 1027 кг/м.

Дано:

Д=1027 кг/м=27 ?А

СОМО= 8,5 %

Найти: W=?

Решение:

Массовую долю влаги (воды) в молоке (W) в процентах вычисляют по формуле

W=100-С , (1)

где С - массовая доля сухого остатка молока , %.

Массовую долю сухого остатка (сухого вещества) молока рассчитывают по формуле

С= , (2)

где С- массовая доля сухого остатка молока, %;

4,9- постоянный коэффициент;

Д- плотность молока при температуре 20 ?С, градусы ареометра (?А);

Ж- массовая доля жира, %;

0,5- поправка на плотность.

Массовую долю сухого обезжиренного остатка молока (СОМО) определяют по формуле

(3)

где СОМО- массовая доля сухого обезжиренного остатка молока, %;

С- массовая доля сухого остатка молока, %;

Д- плотность молока, %;

Ж- массовая доля жира в молоке, %.

Из формулы (3) определим жирность молока

Ж= (%).

По формуле (2) высчитаем массовую долю сухого остатка молока

С= (%).

По формуле (1) высчитываем массовую долю влаги (воды) в молоке

W=100-14,1=85,9 (%)

Ответ: W=85,9 %.

Список использованных источников

1 Горбатова, К. К. Химия и физика молока: учебник для вузов / К. К. Горбатова.- СПб.: ГИОРД,- 288с.

2 СТП СМК 4.2.3- 01- 2011. Общие требования и правила оформления текстовых документов.- Введ. 2011- 04- 07.- Могилев: УО «МГУП», 2011.- 43

3 Твердохлеб, Г. В. Химия и физика молока и молочных продуктов / Г. В. Твердохлеб, Р. И. Раманаускас.- М. : ДеЛи принт, 2006.- 360с.

Размещено на Allbest.ru