Методическая разработка на тему: Химический состав молока. Физико-химические свойства молока.

Практическое занятие. Химический состав молока. Физико-химические свойства молока.  

Молоко состоит более чем из 300 ком­понентов, основные из которых вода, бел­ки, жир, лактоза, микроэлементы, вита­мины, ферменты, гормоны и др.

Вода — среда, в которой растворены или распределены все остальные компо­ненты молока, образующие устойчивую коллоидную систему, позволяющую подвергать молоко различным технологиче­ским процессам. 95-97% воды находит­ся в свободном состоянии. Эту воду мож­но удалить при нагревании молока. В ней растворены лактоза, минеральные веще­ства, кислоты. Кроме того, различают воду связанную (2,0-3,5%), набухания и кристаллизационную. Способностью свя­зывать воду обладают белковые вещества, полисахариды, фосфатиды, так как они имеют гидрофильные группы. Вода набу­хания содержится в лиофильных колло­идах с мицеллярным строением (в бел­ках). Кристаллизационная вода связана с молекулами лактозы.

После высушивания навески молока при температуре 103-105°С до постоян­ной массы остается сухое вещество (су­хой остаток), в состав которого входят все компоненты молока, за исключением воды. Компоненты сухого вещества обус­ловливают пищевую ценность молока и его технологические свойства при произ­водстве молочных продуктов.

Белки. Содержание белков в молоке коров в среднем составляет 3,3%. 78-85% белков представлены казеином, остальная часть сывороточные белки, к которым 6т-носятсТ^оТ^ляКтЖьбумйн, (3-лактоглобулин, альбумин, иммуноглобулины, проте-озо-пептоны и лактоферрин. К белкам молока относятся также ферменты, не­которые гормоны (пролактин), белки обо­лочек жировых шариков и белковые ве­щества микробных клеток.

Казеин [NH₂R(COOH)₄(COO)₂Ca] в мо­локе находится в количестве 2,7% в кол­лоидном состоянии. Он является гетеро­генным белком, и в зависимости от со­держания фосфора, серы и способности к свертыванию кислотой или сычужным ферментом его можно разделить на аль­фа-, бета-, гамма- фракции. Не-фракционированный казеин содержит уг­лерода 53%, водорода— 7,1%, азота — 15,6%, кислорода — 22,6%, серы — 0,8%, фосфора — 0,9%. Гамма-форма казеина

не изменяется под действием сычужного фермента, тогда как альфа- и бета-фор­мы осаждаются с образованием сгустка (параказеина). Каппа-фракция изучена слабо.

При рН свежего молока казеин име­ет отрицательный заряд. Равенство поло­жительных и отрицательных зарядов (изоэлектрическое состояние) наступает в кислой среде при рН 4,6-4,7. Казеин относится к фосфопротеинам (содержит фосфор) и имеет свободные аминные и карбоксильные группы. Карбоксильных групп в казеине почти в 2 раза больше, чем аминных, поэтому в нем кислотные свойства преобладают над основными. В молоке казеин соединен с кальциевы­ми солями и образует казеинфосфаткаль-циевый комплекс.

Казеин обладает амфотерными свой­ствами — кислотными и щелочными. Свободные аминогруппы казеина взаимо­действуют с альдегидами, например с формальдегидом, на чем основано опре­деление содержания белков в молоке ме­тодом формольного титрования. Казеин можно выделить и воздействием слабых кислот. В этом случае казеинфосфаткаль-циевый комплекс распадается на чистый казеин и соль кислоты, в реакцию с ко­торой он вступил. Такая реакция наблю­дается при естественном скисании моло­ка, когда под действием молочнокислых микроорганизмов происходит разложение лактозы с образованием молочной кисло­ты. Эту реакцию можно представить в следующем виде:

NH₂- R-(COOH)₄(COO)₂Ca +

+ 2СН₃СН(ОН)СООН ->

-> (СН₃СН(ОН)СОО)₂Са +

+ NH₂-R- (СООН)₆.

При этом способе осаждения казеина получается осадок в виде мелких хлопь­ев, кислых на вкус.

Сывороточные белки. После осаждения казеина из обезжиренного молока сычужным ферментом или кислотой в сыворотке 0CTaeraiJ)J34),8% белков. Ос­новными из них являются лактоглобулин, а-лактальбумин, альбумин сывороткикрови, иммуноглобулины, протеозопептоны, лактоферрин.

Р-лактоглобулин составляет около 50% всех белков сыворотки. При пасте­ризации он подвергается денатурации. Биологическая роль его не выяснена.

Ос-лактальбумина в молоке 2-5% от общего количества его белков. Он тонко-диспергирован, не коагулирует в изоэлектрической точке в силу большой гидра-тированности, не свертывается под действием сычужного фермента, термоста­билен. Необходим для синтеза лактозы из галактозы и глюкозы.

Иммунные глобулины составляют 1,9-3,3% общего количества белков молока. В молозиве их количество повышается и достигает 90% всех сывороточных бел­ков. Они выполняют функцию антител. Из молока коров выделено 3 группы им­муноглобулинов: I, А и М. В количествен­ном отношении преобладают иммуногло­булины группы I. Аминокислотный со­став основных белков коровьего молока представлен в таблице 18. Протеозопептоны составляют около 24% сывороточ­ных белков и 2-6% всех белков молока, относятся к наиболее термостабильным сывороточным белкам. Они не осаждаются при нагревании до 100°С в течение 20 минут. Количество их увеличивается в процессе хранения молока при низких плюсовых температурах (3-5°С). Биоло­гическая роль этих белков не выяснена. Лактоферрин — красный железосвязывающий белок, по свойствам напоми­нающий трансферрин крови. Обладает бактериостатическим действием. В моло­ке коров его содержится 0,1-0,4 мг/мл, в молозиве — 1-6 мг/мл.

Ферменты. Из молока здоровых жи­вотных выделено более 20 истинных фер­ментов. Одни из них секретируются в клетках молочной железы (щелочная фосфатаза, лактосинтаза, лизоцим), дру­гие переходят в молоко из крови живот­ных (альдолаза, катал аза, протеиназа). Кроме истинных, в молоке присутствуют ферменты, вырабатываемые микрофлорой молока. Ферменты, находящиеся в моло­ке и молочных продуктах, имеют боль­шое практическое значение. На действии ферментов классов оксидоредуктаз, гидролаз, трансфераз и других основано про­изводство кисломолочных продуктов и сыров. Протеолитические и липолитические ферменты вызывают изменения, при­водящие к снижению пищевой ценности и возникновению пороков молока и мо­лочных продуктов. По активности неко­торых ферментов можно судить о сани­тарно-гигиеническом состоянии сырого молока и эффективности его пастериза­ции. К оксидоредуктазам относят редуктазы, оксидазы, пероксидазу и каталазу.

Редуктазы__накапливаются в сыром молоке при размножении бактерий. Поэтому бактериальную обсемененность молока можно определить по про­должительности восстановления добавлен­ного к молоку резазурина или метиленового голубого. Оксидазы вырабатываются клетками молочной железы (ксантиноксидаза) и микрофлорой молока (оксида­зы аминокислот). Ксантиноксидаза ката­лизирует окисление пуриновых основа­ний — гипоксантина и ксантина — до мочевой кислоты, а альдегидов — до карбоновых кислот. Пероксидаза синтезиру­ется клетками молочной железы и час­тично освобождается из лейкоцитов, об­ладает антибактериальными свойствами; инактивируется при температуре около 80°С, что используют в молочной про­мышленности для контроля эффективно­сти пастеризации молока.

В молоке здоровых животных каталазы содержится мало, а в молозиве и молоке больных животных ее количе­ство резко увеличивается. В связи с этим определение активности каталазы исполь­зуют в качестве метода обнаружения мо­лока, полученного от больных животных (мастит и др.).

К гидролазам и ферментам других классов относят липазы, фосфатазы, (3-га-лактозидазу, лизоцим, протеиназы, рибонуклеазу и др.

Липазы представлены нативной и бак­териальной липазами, А-, В-эстеразами, холинэстеразой и липопротеидлипазой. Они способствуют гидролизу жира с вы­делением низкомолекулярных жирных кислот, что приводит к прогорканию мо­лока. Истинные липазы разрушаются при температуре 74-80°С, бактериальные — при 85-90°С.

Фосфатазы: в молоке содержатся ще­лочная фосфатаза, секретируемая клет­ками молочной железы и микроорганиз­мами, а также фосфопротеидфосфатазы, неорганическая пирофосфатаза и АТФаза. Щелочная фосфатаза катализирует гид­ролиз эфиров фосфорной кислоты с обра­зованием неорганического фосфора. Инактивируется она при температуре 72-74°С и выше. Это свойство положено в основу метода контроля эффективности пастеризации молока и сливок.

Лактаза (Р-галактозидаза) синтезиру­ется молочнокислой микрофлорой (бак­териями и дрожжами). Катализирует ре­акцию гидролитического расщепления лактозы на моносахариды — глюкозу и галактозу. Амилаза связана с лактоглобулиновой фракцией белка молока. Коли­чество ее повышается при заболеваниях животных. При пастеризации инактивируется. Лизоцим катализирует гидро­лиз полисахаридов клеточных стенок не­которых видов микробов. Он обусловли­вает бактерицидные свойства молока, термостабилен в кислой среде. В молоке коров его количество составляет около 13 мкг в 100 мл.

Пдотеиназы в молоко, видимо, пере­ходят из крови, а также синтезируются микроорганизмами и лейкоцитами. Они катализируют гидролиз белков молока, в основном казеина. Микрофлора молока (гнилостные бактерии, микрококки) синтезируют протеиназы, вызывающие поро­ки вкуса молока и молочных продуктов. Молочнокислые бактерии вырабатывают кислые протеиназы, имеющие важное значение при производстве кисломолоч­ных продуктов и сыров. Рибонуклеаза переходит в молоко из крови. Она ката­лизирует расщепление рибонуклеиновой кислоты на нуклеотиды.

Трансферазы (истинные и бактериаль­ные) катализируют переаминирование аминокислот в клетках молочной желе­зы. ЛиазьЦистинные и бактериальные) в молоке представлены альдолазой, игра­ющей важную роль в углеводном обмене молочной железы и микроорганизмов; карбоангидразой, катализирующей про­цесс дегидратации угольной кислоты; де-карбоксилазами, имеющими важное зна­чение при производстве кисломолочных продуктов. Изомеразы играют важную роль в обмене веществ в клетках молоч­ной железы и при брожении лактозы.

Липиды молока представлены молоч­ным жиром и жироподобными вещества­ми — фосфолипидами и стероидами.

Молочный жир — производное спир­та глицерина и жирных кислот. Среднее содержание его в молоке составляет 3,8%. В молочном жире обнаружено около 150

жирных кислот с числом атомов углеро­да от С₄ до С₂6 (насыщенные, моно- и по­линенасыщенные). Содержание в молоке главных жирных кислот представлено в таблице 19.

В парном или нагретом молоке жир находится в состоянии эмульсии, а в ох­лажденном — в виде суспензии. В 1 мл коровьего молока содержится от 1 до 12 млрд жировых шариков диаметром 0,1-20 мкм. Поверхность жирового ша­рика окружена лецитино-белковой оболоч­кой. Температура плавления молочного жира 28-36°С, температура застывания — 18-23°С, коэффициент преломления — 1,453-1,455.

Из насыщенных жирных кислот в молочном жире в большом количестве содержатся пальмитиновая, миристиновая и стеариновая, а из ненасыщенных — олеиновая, пальмитолеиновая, линолевая и миристолеиновая.

Из фосфолипидов в молоке имеется лецитин, кефалин, сфингомиелин, цереброзиды. Суммарное их количество — око­ло 0,06%. Фосфолипиды входят в состав оболочек жировых шариков, а также на­ходятся в связи с белковой фазой и плаз­мой молока. Из стероидов в молоке при­сутствует холестерин (в комплексе с бел­ками и в плазме молока) и эргостерин (входит в состав оболочек жировых ша­риков). В молоке стероидов 0,01-0,014%.

Лактоза в молоке коров составляет в среднем   находится в  молекулярном состоянии и представляет собой дисахарид, состоящий из глюкозы и галак­тозы. По сравнению с сахарозой лактоза в 5 раз менее сладкая и хуже растворима в воде.

Минеральные вещества. Минераль­ный состав молока во многом зависит от минерального состава кормов. Минераль­ных веществ в молоке содержится в сред­нем 0,7%. Их подразделяют на макро- и микроэлементы. Макроэлементы содер­жатся в относительно больших количествах — 10-100 мг/кг, их концентрация в молоке сравнительно постоянна; мик­роэлементы — в количествах, измеряе­мых микрограммами, концентрация их значительно варьирует в зависимости от кормления животных, условий первич­ной обработки и хранения молока.

К макроэлементам относят калий, натрий, кальций,_магний, фосфорГхлор и серу. Калии, натрий, кадьдийи маг­ний находятся в молоке в основном в виде солей фосфорной и лимонной кис­лот. Около 95% калия и натрия присут­ствует в истинном растворе в виде легкодиссоциирующих солей, остальное их количество связано с казеином и нахо­дится в коллоидном состоянии. Каль­ций имеется в молоке в основном в кол­лоидной форме (около 30% — в виде коллоидного фосфата кальция и около 40% — в виде казеинаткальцийфосфатного комплекса). На долю истинного рас­твора приходится около 30% всего каль­ция.

Магний находится в молоке в истин­ном растворе (73-82%), остальное его количество входит в состав коллоидного фосфата магния и связано с казеином.

Фосфор в молоке представлен следу­ющими соединениями (%): неорганиче­скими солями в виде истинного раство­ра — 37, органическими эфирами в виде истинного раствора — 7, казеинкальций-фосфатным комплексом — 20, неоргани­ческими солями в виде коллоидного рас­твора — 38,5, липидами — 1,5. Сера вхо­дит главным образом в состав белков.

Из микроэлементов в молоке содер­жатся алюминий, барий, бор, бром, вана­дий, железо, йод, кадмий, кобальт, крем­ний, литий, марганец, медь, молибден, никель, селен, серебро, стронций, сурь­ма, фтор, хром, цинк. Распределение их между составными компонентами моло­ка изучено недостаточно. Известно, что алюминий, медь, марганец, молибден, никель, цинк и йод связаны с белками молока, а бор — с жировой фазой. Около 90% всей меди молока связывается с казеином и сывороточными белками, 10% — с жировыми шариками (2-3% — с оболоченными белками, остальные 7-8% — с фосфолипидами).

Большая часть железа соединяется с а-казеином, остальная с Р-казеином и лактотрансферрином. Марганец связыва­ется с сывороточными белками, олово — с (3-казеином. С белками молока соеди­няется йод (около 30%), а около 60% его количества находится в небелковых орга­нических соединениях. 40% йода при­сутствует в сыворотке молока в виде не­органических соединений и около 5% связано с жиром.

Витамины содержатся в молоке в раз­личных количествах, что обусловлено поступлением их в организм коровы с кормом, интенсивностью синтеза микро­флорой рубца и степенью разрушения при обработке и хранении молока. Среднее содержание витаминов в 100 г молока со­ставляет (мг): жирорастворимых — А — 0,02-0,2; D - 0,002; Е - 0,06; К — 0,032; водорастворимых — В^ — 0,05; В₂ - 0,2; В₆ - 0,1-0,15; В₁₂ - 0,1-0,3; РР - 0,05-0,4; В₃ - 0,28-0,36; С - 0,5-2,8; Н — 0,00001-0,00003.

Гормоны в молоко поступают из кро­ви. Они принимают участие в образова­нии и выделении молока (пролактин, тироксин, лютеростерон, фолликулин, окситоцин, адреналин, инсулин и др.).

Газы составляют 60-80 мл в 1 л мо­лока, из них двуокиси углерода (угле­кислого газа) — 50-70%, азота — 20-30%, кислорода — 5-10%.

Химический состав молока представ­ляет собой сложную полидисперсную си­стему. На его показатели оказывает вли­яние кормление и содержание животных, состояние здоровья, породность и многие другие факторы. Все это необходимо учи­тывать при ветсанэкспертизе молока и молочных продуктов.

ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА МОЛОКА

Плотность — масса молока при 20°С, заключенная в единице объема (кг/м³). У коров она колеблется в пределах 1027— ШЗГкоз^ 1027^1038, овец~^~1034-1038, кобылиц — 1033-1035, буйволиц — 1028-J.030. Данное свойство молока обус­ловливается плотностями его компонен­тов (кг/м³): молочного жира — 920, лак­тозы — 1610, белков — 1390, солей — 2860, сухого остатка молока — 1370, су­хого обезжиренного остатка — 1610, ли­монной кислоты — 1610. Зависит плот­ность молока от температуры (снижается с ее повышением) и химического состава. Сразу же после доения плотность молока ниже по сравнению с плотностью, опре­деленной через несколько часов, за счет (повышенного содержания газов в молоке и понижения плотности жира и белков в результате температурного расширения. На плотность может влиять кормление животных, болезни их и др.

Температура замерзания молока на­ходится в пределах 0,51-0,59°С.

Температура кипения при давлении 760 мм рт. ст. составляет 100,2-100,5°С.

Вязкость — свойство среды оказывать сопротивление относительному смещению ее слоев. В среднем вязкость составляет 1,8 сантипуазы при 20°С (от 1,3 до 2,2). Обусловлена она в основном содержани­ем белков и солей.

Поверхностное натяжение — сила, действующая вдоль поверхности жидко­сти. Оно обусловлено тем, что молекулы, находящиеся на границе раздела двух фаз — газ и жидкость, испытывают притяжение со стороны жидкости и очень слабое притяжение со стороны газовой фазы. Поверхностное натяжение молока в среднем составляет 0,0439 н/м.

Коэффициент преломления отражает преломление света (изменение направле­ния) при прохождении через границу раз­дела двух сред. У коровьего молока этот показатель колеблется от 1,3440 до 1,3485, у сыворотки — 1,34199-1,34275, у во­ды— 1,33299. Коэффициент преломле­ния молока обусловлен показателями преломления воды, лактозы, казеина, сывороточных белков, солей, небелковых азотистых соединений. По значению по­казателя преломления молока и молоч­ной сыворотки, измеренной с помощью рефрактометров (АМ-2, РПЛ-3 и др.), мож­но установить содержание в молоке сухо­го обезжиренного остатка, белков и лакто­зы. При добавлении к молоку воды пока­затель преломления молочной сыворотки понижается в среднем на 0,2 единицы на каждый процент добавленной воды.

Электропроводность молока обуслов­ливается главным образом ионами СГ, Na⁺, K⁺ и другими и составляет 39,4551,310 ⁴ Ом. Она зависит от состояния здоровья животных, периода лакта­ции, породы и др.

При маститах электропроводность молока животных повышается, при фаль­сификации молока водой — понижается.

Окислительно-восстановительный по­тенциал характеризует окисляюще-восстанавливающую способность молока. К веществам, способным к окислению или восстановлению, относят витамин С, лак­тофлавин, токоферол, цистин, пигменты, ферменты, продукты жизнедеятельности микроорганизмов. В свежем сыром мо­локе окислительно-восстановительный потенциал составляет 250-350 мВ. Сни­жается он при развитии в молоке микро­организмов, при нагревании молока, ког­да происходит улетучивание кислорода и разрушение витамина С. Удельная теплоемкость молока — 0,910-0,925 ккал/кг. Обусловлена она химическим составом. Данный показатель необходим для определения затрат тепла и холода для нагревания и охлаждения молока.

Титруемая кислотность выражается в градусах Тернера (°Т)— количество миллилитров 0,1 н. раствора гидрооки­си натрия (калия), необходимое для ней­трализации 100 мл или 100 г продукта (1°Т соответствует 0,009% молочной кис­лоты). Кислотность свежевыдоенного мо­лока 16-18°Т. Титруемая кислотность молока обусловливается наличием бел­ков (4-5^сТ), кислых солей (около 11°Т) и двуокиси углерода (1-2°Т). Данный показатель зависит от состояния здоро­вья, кормового рациона, породы, пери­ода лактации и др. Он является крите­рием оценки свежести и натуральности молока.

рН — активная кислотность — кон­центрация свободных ионов водорода в молоке, численно равна отрицательному десятичному логарифму концентрации водородных ионов (Н⁺), выраженной в моль/л.

рН цельного молока — в среднем 6,7 при активности ионов водорода 2-1 моль/л и колеблется от 6,6 до 6,8, что соответствует активности ионов водорода (2,51 - 1,58)10~⁷ моль/л. Между титруе­мой и активной кислотностью молока прямой взаимозависимости нет, однако существуют усредненные соотношения между показателями рН и титруемой кис­лотностью. У сборного цельного молока рН 0,053°Т + 7,58.

Буферная емкость молока определя­ется количеством мл щелочи или кис­лоты, которое необходимо добавить к 100 мл молока, чтобы изменить вели­чину рН на единицу. Обусловлена она наличием в молоке буферных систем — белковой, фосфатной, цитратной, бикарбонатной и др.