Введение
Химия и физика как наука начала свой отсчёт в прошлом веке, в тот период она начинала с изучения химического состава молока. В нашей стране этим вопросом занимались Ильенко (1819-1877), затем Калантар (1859-1937). Химия молока (биохимия) как наука была создана в советское время пр. Иниховым и Зайковским, которые работали в Вологодском молочном комбинате, затем в Московском комбинате мясной и молочной промышленности (МГУБТ). Ими в 20-30-е годы были написаны первые учебники по биохимии молока ( Химия молока, Анализ молока: химия и физика молока и молочной продукции). Большой вклад в развитие науке о молоке внесли великие русские учёные- Павлов и Мечников.
Значительный вклад в развитие биохимии молока внёс проф. Паращук (1873-1850 г.г.); развитию биохимии способствовали работы Белоусова, Брио, Граникова, Давидова, Диланяна, Дьяченко, Казанского, Климовского, Коваленко, Овчинникова, Чеботарёва и других.
В настоящее время ведут исследования коллективы в области химии и физики молока ВНИМИ, НИИ Углич и учёные других высших учебных заведений.
Предмет «Химия и физика молока» базируется на достижениях смежных наук, таких как органическая химия, физическая и коллоидная химия, физиология, биохимия питания. Эта наука изучает химический состав молока, физико-химические свойства молока: плотность, кислотность, теплофизические, оптические и др. А также системы молока, в которых находятся составные части: это фаза истинного раствора, коллоидная фаза, фаза эмульсии. Особая роль отводится изучению изменений молока и его составных частей в процессе обработки и переработки. Это энергетическое воздействие, механические нагрузки, температурные воздействия, биохимические превращения. Без этих знаний невозможно вести технологические процессы производства молока и молочных продуктов, т.к. любые изменения традиционных способов производства могут так повлиять на составные части молока, что, в свою очередь, отразится на качестве молочных продуктов.
При использовании высокопроизводительного оборудования очень важно сохранить свойства молока и его составные части. Вот почему технологии молочной промышленности должны обладать обширными знаниями о химических, биохимических и физических свойствах составных частей молока.
МОЛОКО - полноценный и полезный продукт питания. Оно содержит все необходимые для жизни питательные вещества, нужные для построения организма. Естественное назначение молока в природе заключается в обеспечении питанием молодого организма после рождения. Состав молока различных млекопитающихся в целом определяется теми условиями окружающей среды, в которых происходит рост молодого организма. Это особенно чётко проявляется в содержании белка и жира, чем больше их в молоке матери, тем быстрее растёт её дитя.
Так, грудной ребёнок удваивает массу примерно за 180 дней, телёнок - за 50 дней, а щенок – уже за 9 дней. Содержание белка в женском молоке, по сравнению с молоком различных животных, самое низкое – 1,6%, в коровьем – 3,4%, а в молоке собаки – 7,3% белка. Молочный жир служит прежде всего для удовлетворения потребности организма в энергии. В районах с холодным климатом потребность организма в энергии выше, чем в зонах с умеренным климатом. Вот почему молоко самки оленя северного отличается более высоким содержанием жира – 19,7%.
Молоко пережило многие цивилизации, прежде чем стало продуктом питания и имеет своё назначение:
-в качестве продукта питания для населения;
-средство для вскармливания молодняка и корма в животноводстве;
-сырьё для производства пищевых продуктов;
источник получения отдельных компонентов молока, которые, в свою очередь, служат сырьём для фармакологии и других отраслей промышленности.
Всё возрастающее значение молока как полноценного продукта питания и как сырьевого материала привело к увеличению спроса на него. В результате этого производство молока стало одной из важнейших отраслей сельхозпроизводства. В настоящее время молоко составляет значительную долю в сельскохозяйственном валовом продукте нашей страны.
Питательность 1 л молока составляет 685 ккал. Калорийность зависит, главным образом, от содержания жира и белка. Благодаря содержанию в молоке важнейших питательных веществ, главным образом белка, углеводов, витаминов, минеральных веществ, оно является и защитным фактором. В целях охраны здоровья на предприятиях, где существуют вредные условия труда, работники получают молока.
Молочный белок является важным защитным фактом, т.к. он в силу своей алефотерной природы связывает пары кислот и щелочей, а также нейтрализует ядовитые тяжёлые металлы (следы) и другие вредные для здоровья вещества. Благодаря содержанию в молоке кальция, фосфора, витаминов предотвращается развитие авитаминозов. Кроме питания человека молоко идёт на кормление сельскохозяйственных животных: телят, свиней, птиц.
С помощью физических и биохимических методов из сырого молока получают молочные продукты, которые представляют собой частично обогащённые продукты питания, благодаря чему эти продукты характеризуются повышенной калорийностью на каждые 100 г. Переработка молока ведёт к изменению его пищевой ценности и вкусовых качеств, поэтому необходимо учитывать свойства каждого отдельного компонента молока. Сырьём для промышленности служат такие составные части молока как казеин и лактоза. Определение веществу молока можно дать с различных точек зрения, учитывая прежде всего цель применения. Если считать молоко продуктом питания, то на первый план выдвигаются законодательные, гигиенические и экономические требования, так что можно дать определение сырому молоку.
«Сырое молоко – это полученный в результате регулярного, полного выдаивания вымени у одной или более коров от одного или нескольких доений чистый и затем охлаждённый продукт, из которого ничто не удалено и к которому ничего не добавлено.»
Знания о количестве составных частей молока с течением времени постоянно расширялись. Это можно объяснить целенаправленностью научных исследований и применением современных методов анализа, которые позволяют, не применяя способа обогащения, обнаружить и количественно определить даже те составные части молока, которые присутствуют в нём в виде следов. В настоящее время известно свыше 200 различных компонентов молока.
Составные части молока – это все те компоненты, которые выделяются из вымени при доении.
Химизация сельского хозяйства, лечение заболеваний крупного рогатого скота, а также заболеваний вымени с помощью химиотерапевтических средств привели к увеличению содержанию в молоке посторонних веществ, которые попадают в него различными путями.
Цель: определить биохимическую ценность молока
Задачи:
· Изучить аминокислотный состав молока
· Изучить белковый состав молока
· Изучить ферментный состав молока
· Изучить углеводный состав молока
· Изучить липидный состав молока
· Изучить витаминный состав молока
· Изучить элементный состав молока
· Определить практически содержание казеина в молоке
Химический состав молока.
Молоко крупного рогатого скота представляет собой белую с желтоватым оттенком непрозрачную жидкость сладковатого вкуса и своеобразного запаха. Молочная плазма – многокомпонентная система, содержащая разной степени дисперсности органические и минеральные вещества. Белково-липидные комплексы представлены в молоке небольшими частицами, называемыми молочными или жировыми шариками. Размеры жировых шариков могут колебаться в пределах от 0,5 до 18 мкм.
Химический состав молока животных очень сложный. В молоке содержатся аминокислоты, белки, углеводы, липиды, фосфатиды, стероиды, витамины, ферменты, соли, газы, вода, кальций.
Различают молоко парное, цельное и питьевое.
Парное молоко получается сразу после доения коров. Оно имеет температуру близкую к температуре тела животного. Однако при стоянии температура молока понижается, и на его поверхности всплывают жировые шарики размером до 1,5 мкм, образуя слой сливок. С большим диаметром жировые шарики могут формировать отстой жира. Такое молоко называют цельное.
Питьевое молоко получают путём гомогенизации цельного молока, которое сопровождается раздроблением жировых шариков молока, а также увеличением дисперсности белковых частиц. Гомогенизацию молока проводят с целью улучшения внешнего вида и вкуса, а также повышения консистенции и снижения расходов сырья. В гомогенизированном молоке не происходит агрегирования жировых шариков, так как механизм агрегации обусловлен возникновением слабых межмолекулярных взаимодействий между аминокислотными остатками, поверхностных белков жировых шариков, которые при гомогенизации молока разрушаются.
После удаления из молока воды и липидов, образуется сухой обезжиренный молочный остаток, который используется как показатель качества молока.
Аминокислоты молока
Аминокислотами являются низкомолекулярные органические соединения, относящиеся к группе карбоновых кислот, в составе которых присутствует аминогруппа.
В природе встречается около 300 различных аминокислот. В состав белков входят 20 разновидностей аминокислотных остатков, которые в основном и присутствуют в молоке. Все они относятся к α-L-формам аминокислот, у которых в α-положении располагается аминогруппа. Согласно строению, эти аминокислоты можно условно разделить на три группы: гидрофобные (аланин, валин, лейцин, изолейцин, фенилаланин, метионин, триптофан, пролин), полярные незаряженные (глицин, серин, треонин, тирозин, цистеин, аспарагин, глутамин) и заряженные (лизин, гистидин, аргинин, аспарагиновая и глутаминовая кислоты). Из них восемь аминокислот не синтезируются в организме некоторых животных и человека и поэтому называются незаменимыми (валин, лейцин, изолейцин, фенилаланин, триптофан, метионин, треонин, лизин), две аминокислоты хотя и образуются в организме, но в недостаточном количестве (аргинин, гистидин). Для животных белков состав незаменимых аминокислот может варьироваться в зависимости от вида.
Функции аминокислот
В организме животных аминокислоты используются в процессах синтеза белков, пептидов. Аминокислоты входят в состав гормонов белковой природы. Так, например, белками являются инсулин, глюкагон, паратгормон, а пептидами – окситоцин, вазопрессин, кальцитонин и др. Кроме того, глицин и аспарагиновая кислота входят в состав пуриновых и пиримидиновых оснований соответственно. Из аминокислот образуются функционально активные соединения. Так, например, предшественником серотонина и мелатонина является триптофан, гистамина – гистидин, катехоламинов (ДОФА, адреналин, норадреналин) – фенилаланин, тироксина и трийодтиронина – тирозин, креатинфосфата – глицин и т.д. Участие аминокислот в процессах окисления в цикле трикарбоновых кислот обеспечивает энергетические потребности организма.
В молоке крупного рогатого скота присутствуют аминокислоты, которые поддерживают постоянство pH, придают вкусовые свойства молоку. Так, например, слегка сладким вкусом обладают аланин, серин, треонин, сладкий вкус присущ глицину, валину, пролину, слегка горький – аргинину, метионину, лейцину, фенилаланину, горький – изолейцину, триптофану, гистидину, лизину, вкус мясного бульона – аспарагиновой и глутаминовой кислотам.
Таким образом, в молоке находятся незаменимые (валин, лейцин, изолейцин, фенилаланин, триптофан, метионин, треонин, лизин) и заменимые аминокислоты.
Белки молока
Белками называются высокомолекулярные соединения, в составе которых только α-L-аминокислоты, последовательно связанные между собой в полипептидную цепь, имеющие функционально активную третичную или четвертичную структуру.
Структуры белков
Последовательное соединение α-L-аминокислот в полипептидную цепь, связанных между собой за счёт пептидной связи согласно генетической информации, заложенной в ДНК, называется первичной структурой белка. При этом пептидная связь по природе является ковалентной полярной связью, которая образована между углеродом одной аминокислоты и азотом другой, обеспечивая таким образом связывание двух аминокислотных остатков между собой и проявляя стабильность первичной структуры белка.
Причём из-за неравномерности распределения заряда вдоль полипептидной цепи она неустойчива в полярной среде, что приводит к её закручиванию в α-спираль или к образованию складчатой структуры (параллельной и антипараллельной β-структур), которые стабилизированы за счёт водородных связей. Такая конформация белка называется вторичной структурой.
Наличие гидрофобных радикалов в составе аминокислот обуславливают дальнейшее сворачивание полипептидной цепи в устойчивую глобулярную структуру, которая стабилизирована в основном за счёт слабых связей (гидрофобных и гидрофильных взаимодействий, ионных и водородных связей), а также несколькими ковалентными дисульфидными связями – третичная структура. При этом на поверхность отдельных белковых глобул могут выходить гидрофобные радикалы аминокислотных остатков, которые способны сформировать из двух и более субъединиц (мономерных полипептидных цепей, имеющих третичную структуру), единое структурное образование, обладающих функциональной активностью и стабилизированное за счёт слабых нековалентных связей, которая называется четвертичной труктурой.
Функции белков.
Белки в организме животных способны выполнять следующие функции:
каталитическая – осуществляется ферментами, ускоряющими протекание химических реакции;
транспортная – переносить нерастворимые в воде гидрофобные соединения (липопротеины) или кислород (миоглобин и гемоглобин) и др.;
структурно-механическая – выполняется белками, входящими в состав мембран клеток (протеогликаны);
регуляторная – выполняется гормонами, которые регулируют протекание различных метаболических процессов;
сократительная – способность к механическим действиям (белки мышц);
защитная – обеспечивается белками, входящими в состав ДНК (нуклеопротеины) и иммуноглобулинами.
Кроме того, белки участвуют в процессе свёртывания крови, обеспечивают активный трансмембранный потенциал, входят в состав костной и соединительной ткани (структурные белки).
Основные белки молока
К основным белкам молока относят четыре электрофоретически разделимые фракции казеинов, сывороточные белки (β-лактоглобулин, α-лактальбумин), альбумин сыворотки крови, иммуноглобулины, β-микроглобулин, лактоферрин, церулоплазмин. Казеина содержится в молоке около 80% от общего количества белка, тогда как β-лактоглобулина – 7…12%, α-лактальбумина – 2…5%, сывороточного альбумина – 0,8…1,4%.
Казеин
. По структуре является фосфопротеидом, обладает способностью к самопроизвольному формированию мицелл в присутствии ионов кальция, цитратов и фосфатов. Известны четыре типа казеина: αs
1-,
αs
2-
, β-, χ-казеин, которые присутствуют в молоке в количестве соответственно 38, 10, 39 и 13% от суммарного количества казеинов. Казеины отличаются между собой по молекулярной массе, количеству фосфорной кислоты в них, а χ-казеин ещё и содержанием углеводов, представленных глюкозамином и сиаловыми кислотами.
В молоке около 95% казеина образуют мицеллы глобулярной формы, размер которых составляет 150…200 нм, и только 5% казеина находится в виде мономерных форм, полимеров фракций казеина и состоит из 7000…8000 полипептидных цепей, соединённых между собой ионами Ca2+
. На периферии мицелл расположен χ-казеин, выполняющий роль защитного коллоида.
Особое внимание следует уделить строению χ-казеина. Этот белок состоит из нескольких компонентов, главный из которых не содержит углеводы, тогда как в структуре других компонентов содержатся олигосахариды. Сложность формирования вторичной структуры χ-казеина обусловлена наличием у него 32% α-спирали, 31% параллельной и 24% антипараллельной β-структуры. Причём спирализация полипептидной цепи χ-казеина происходит вблизи участка связывания химозина.
Фермент реннин (сычужный фермент), который добавляется к молоку при изготовлении сыров, отщепляет от χ-казеина гликопептид, после чего нарушается структура мицелл и происходит створаживание молока. Причиной створаживания является то, что χ-казеин, потеряв под действием фермента гидрофильный гликопротеин, образует нерастворимые соли с ионами Ca2+
даже в нейтральной среде, чего не происходит при нативном состоянии белка в молоке, тогда как растворимые αs
1-,
αs
2-
и β-казеины подвергаются гидролитическому расщеплению под действием плазмина молока.
Казеин характеризуется высокой биологической ценностью благодаря содержанию в его составе полного набора аминокислот. В казеине содержится от 0,1 до 1% фосфора, связанного сложноэфирной связью с остатками серина, входящими в молекулу белка. С казеином соединён кальций. Всё это обуславливает высокие питательные качества казеина для человека.
Синтез казеина осуществляется в молочной железе из доставляемых в неё кровью аминокислот и фосфатов. Для этой же цели в железе используются и сывороточные альбумины, которые вначале гидролизуются до аминокислот, а потом вовлекаются в процессы биосинтеза белка.
[2]
Рис. Строение казеина
β-Лактоглобулин
. После осаждения казеина (при подкислении молока или под действием реннина) остаётся сыворотка, содержащая набор белков, среди которых содержится β-лактоглобулин. Он относится к группе альбуминов, так как способен растворятся в растворе (NH4
)2
SO4
и характеризуется высоким содержанием SH-групп. β-Лактоглобулин состоит из двух полипептидных цепей с молекулярной массой 18,3 кДа, которые при температуре выше 30°C способны распадаться на мономерные формы. Дальнейшее нагревание приводит к агрегации субъединиц, соединённых между собой дисульфидными связями. В целом β-лактоглобулин имеет две дисульфидные связи, между остатками цистеина 66 и 160, 106 и 119, и одну свободную сульфгидрильную группу в положении 12. При нагревании молока до 70°C и выше часть сульфгидрильных групп отщепляется в виде сероводорода, что придаёт кипячёному молоку специфический запах. Нагревание молока также сопровождается изменением пространственной структуры сывороточных белков, в результате чего возникают дополнительные дисульфидные связи, при этом молекулы белка денатурируют. β-Лактоглобулин придаёт молоку определённые физико-химические свойства. Так, в денатурированном состоянии этот белок адсорбируется на мицеллах казеина, предохраняя молоко от свёртывания при сгущении. В денатурированном состоянии β-лактоглобулин препятствует створаживанию молока, поэтому молоко, предназначенное для получения творога, нельзя перегревать.
α-Лактальбумин
. 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. В стабилизации третичной структуры белковой молекулы α-лактальбумина принимают участие ионы кальция, поэтому α-лактальбумин денатурирует только при температурах выше 65°C.
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.
Иммуноглобулины образуются в ответ на введение в организм антигена. Иммуноглобулины содержатся в сыворотки крови, слюне, выделениях слюнных желёз и т.д. Действие Ig осуществляется через образование комплекса с антигеном. Если при этом проявляется образование осадка, то это называется реакцией преципитации; если взаимодействие приводит к склеиванию клеток, то их называют агглютининами, если происходит лизис – лизинами.
Церулоплазмин и лактоферрин
. Они являются соответственно медь- и железосодержащими белками молока. Оба белка предназначены для накопления и переноса ионов меди и железа, адсорбируя их на поверхности белковой глобулы. Как специализированные переносчики они способны обеспечить поступление ионов меди и железа в организм детёнышей, ликвидируя, таким образом, недостаток этих ионов в растущем организме. Однако между собой церулоплазмин и лактоферрин различаются по молекулярной массе – 151 и 76,5 кДа соответственно.
Очищенный церулоплазмин имеет голубую окраску за счёт высокого содержания меди (8 атомов меди на молекулу белка). Катализирует реакции оксидазного окисления аскорбиновой кислоты, гидрохинона, катехолов и p
-фенилендиамина. Оптимум активности церулоплазмина приходится на pH 5,6…6,0. Ингибиторами фермента являются цеанид и азид, а активаторами – Fe2+
. Содержание церулоплазмина в молоке составляет менее 1 мг/кг.
Так как лактоферрин содержит в своём составе углеводы, то он является гликопротеином. Синтез лактоферрина происходит в клетках молочной железы. В молоке крупного рогатого скота содержится 20…350 мг/кг лактоферрина. При этом его концентрация может возрастать в молозиве и стародойном молоке в десятки и более раз.
Биологическая ценность казеина
Биологическая ценность белка пищи определяется двумя главными признаками: сбалансированностью незаменимых аминокислот, лёгкой гидролизуемостью пищеварительными протеиназами.
В настоящее время изучен аминокислотный состав пратически всех пищевых белков. Следовательно, может быть рассчитано соотношение незаменимых аминокислот и скор, т.е. отклонение в содержании аминокислот по сравнению с эталонными белками, имеющими наивысшую биологическую ценность. Известно, что белки животного происхождения обладают лучшим соотношением незаменимых аминокислот и скором, чем растительные. К белкам с наибольшей биологической ценностью относятся белки яйца, мышц животных и рыбы, а также молока, в том числе и казеин. Гидролизуемость пищеварительными ферментами до настоящего времени ещё недостаточно изучена и не полностью осмыслена.
Для определения биологической ценности белка важное значение имеют вид, возраст животного и человека, потребляющих данный белок. А.Э. Шарпенак отмечал, что биологическая ценность пищевого белка будет тем выше, чем ближе аминокислотный состав этого белка к аминокислотному составу тотального белка тела реципиента.
Необходимо отметить, что численная величина биологической ценности белка находится в тесной связи с его количеством в диете. При увелечении содержания белка в диете наблюдается снижение его биологической ценности и наоборот. В 1946 г. группа американских авторов выдвинула представление об «абсолютной» биологической ценности, под которой понималась биологическая ценность при уровне белка, покрывающем эндогенную потребность организма.
Биологическая ценность белка определяется сбалансированностью аминокислот. Незаменимые аминокислоты в организме используются: 1) для синтеза тканевых белков; 2) в качестве источника энергии, метаболизируя до конечных продуктов обмена; 3) для синтеза биологически активных веществ небелковой природы. При снижении количества белка в диете организм экономит незаменимые аминокислоты за счёт второго пути использования аминокислот, что приводит к увеличению абсолютной величины биологической ценности, являющейся в конечном итоге мерой рационального использования аминокислот, т.е. их утилизации по первому и третьему пути.
Потребность в незаменимых аминокислотах зависит так же от физиологического состояния организма. В конечном итоге, оптимальная потребность организма в незаменимых аминокислотах является интегральной величиной, зависящей от: 1) аминокислотного состава тканевых белков; 2) относительной массы этих белков в организме; 3) скорости их обмена; 4) уровня использования незаменимых аминокислот по второму и третьему метаболическим путям; 5) выделения незаменимых аминокислот в неизменённом или малоизменённом виде с экскретами. Все эти обстоятельства определяют потенциальный пул незаменимых аминокислот.
Полученные данные о наличии максимальной гидролизуемости в нативном состоянии делают казеин вне конкуренции с обычными глобулярными белками. Здесь важно подчеркнуть биологический аспект такого вывода, так как человек давно использует различные виды кулинарной обработки, вызывющие денатурацию глобулярных белков и соответственно увеличение их перевариемости.
Скорость гидролиза казеина пепсином зависит от степени дисперстности сгустков этого белка, именно она убывает с её уменьшением. Это обстоятельство должно иметь большое значение для обычных продажных препаратов казеина, в которых белок может подвергаться различным нежелательным изменениям, что должно приводить к снижению перевариваемости, а следовательно, и биологической ценности таких препаратов.
Таким образом, мы определили, что основным белком молока является казеин.
[3]
Сравнимая усвояемость казеина и сывороточного белка
Два главных белка в молоке - сыворотка и казеин. Целый ряд исследований выявил особенности их усвоения и влияния на метаболизм человеческого организма. Сывороточный протеин всасывается быстро и достигает пикового уровня в крови через 90 минут после приема. Казеин - медленный белок. Свертываясь в желудке, он постепенно высвобождает аминокислоты в кровь. Наблюдения показали, что приток аминокислот из казеина не прекращается на протяжении семи часов. Аминокислоты в крови подавляют распад мышечного белка. Быстрая абсорбция сывороточного белка приводит к большему окислению аминокислот в печени и повышению белкового синтеза (по причине увеличения количества аминокислот). Но сывороточный белок обладает меньшим антикатаболическим действием, чем казеиновый.
В недавно проведенном научной исследовании молочных белков приняли участие люди, ведущие активный образ жизни, и выяснилось, что употребление незаменимых аминокислот до и после тренировок заметно способствует синтезу белка, и соответственно, росту размеров и силы.
Если казеин и сыворотка усваиваются с разной скоростью, какой из них лучше стимулирует мышечный рост после тренировок с тяжестями? На этот вопрос и попытались ответить ученые. Участники эксперимента получали один из трех напитков через час после окончания тренировки ног. Напитки были следующими:
1) 20 г казенна
2) 20 г сывороточного протеина
3) плацебо
Для отслеживания метаболизма белка ученые замеряли уровень в крови двух незаменимых аминокислот - лейцина и фенилаланина. Как и ожидалось, оба белка обеспечили положительное белковое равновесие, но уровень лейцина достигал своего пика раньше. В начале эксперимента казеин и сыворотка показали сходное усвоение фенилаланина, но казеин дал более стойкий во времени результат, что подтвердило его «медленное» действие.
Между тем, к концу эксперимента оба белка привели к одинаковому уровню фенилаланина. Такой результат навел ученых на мысль, что с анаболической точки зрения нет особых различий между приемом сывороточного белка и казеина. Также было отмечено, что только фенилаланин использовался мышцами для синтеза белка. Лейцин, как аминокислота с разветвленной цепочкой, может накапливаться мышечными волокнами для получения энергии. Таким образом, уровень фенилаланина служит более точным показателем анаболического отклика мышц. Быстрое всасывание сывороточного белка также обеспечивает скорейшую оксидацию лейцина. Инициаторы эксперимента сообщили о незначительном окислении лейцина из казеина и 57%-ном его окислении из сывороточного протеина.
Из двух рассмотренных аминокислот только фенилаланин полностью использовался для синтеза мышечного белка. Поскольку результаты действия этой аминокислоты были сходными в случаях приема обоих белков, ученые заключили, что [4]
сыворотка и казеин одинаково эффективно усиливают синтез мышечного белка после тренировок.
Ферменты молока
В молоке присутствуют ферменты: пероксидаза, каталаза, липаза, щелочная фосфатаза, ксантиноксидаза и др.
Пероксидаза
– самый распространённый фермент растительных и животных тканей. Пероксидаза относится к группе двухкомпонентных ферментов (железогликопротеин), в составе которых гемин (протопорфирин IX в комплексе с трёхвалентным железом) и полипептидная цепь. Участки полипептидной цепи, входящие в эпитопы, представлены в виде затемнённых сплошных лент.
Пероксидаза катализирует реакции оксигеназного, оксидазного и пероксидазного окисления субстратов.
Каталаза
является гемсодержащим ферментом, состоит из четырёх субъединиц, каждая из которых содержит по атому железа. Фермент катализирует реакции разложения (диспропорционирования) перекиси водорода на воду и кислород.
В молоке содержится незначительное количество каталазы. Возрастание активности фермента отмечается у новотельных и стародойных коров. Особенно высокая активность фермента проявляется при заболеваниях вымени у коров (маститах).
Липаза
относится к классу гидролаз, катализирует реакции гидролиза сложноэфирных связей, расщепляя триацилглицерины на глицерин и жирные кислоты.
Липаза обнаружена в молоке. Высокое содержание липазы наблюдается в зимнем молоке, по сравнению с летним. Отмечается возрастание активности липазы к концу лактации, что сказывается на качестве молока (прогорклое молоко). Липаза может адсорбироваться на поверхности жировых шариков, вызывая порчу масла, подвергшегося плесневению. Под действием липазы сыры, созревающие при участии плесени, приобретают специфический вкус.
Щелочная фосфатаза
катализирует в щелочной среде реакции гидролиза ортофосфорных эфиров. Имеет молекулярную массу равную 110 кДа. В действии фермента проявляются свойства гидролазы, при отщеплении фосфата от субстрата и трансферазы, когда осуществляется перенос фосфата на молекулу акцептора.
Максимальная активность фермента проявляется при pH 9,0…10,0. Высокое содержание фермента отмечено в лактирующей молочной железе. По своей природе щелочная фосфатаза относится к мембранным ферментам и поэтому участвует в механизмах переноса фосфора через клеточные мембраны, являясь компонентом системы активного транспорта. Кроме того, фермент принимает активное участие в процессах кальцификации костной ткани, поэтому его много в сыворотке крови, откуда щелочная фосфатаза поступает при активном кровоснабжении в молочную железу.
Активаторами фермента являются ионы Mg2+
, Mn2+
и Co2+
, тогда как активность фермента ингибируется ионами Zn2+
, Cu2+
и Hg2+
. Кроме того, ингибиторами фермента могут быть желчные кислоты, аминокислоты (аланин, гистидин и лизин), мочевина.
Ферменты попадают в молоко из крови или являются составными частями отторгающихся клеток секреторного эпителия. Поэтому высокая активность щелочной фосфатазы в молоке может свидетельствовать о заболеваниях печени и костной системы. Щелочная фосфатаза в молоке может быть и микробного происхождения. Поэтому высокая активность фермента может свидетельствовать о низком санитарном качестве молока.
Ксантиноксидаза
относится к молибденсодержащим ферментам. Фермент молока имеет молекулярную массу равную 275 кДа, содержит по 2 атома молибдена, 2 молекулы ФАД и 8 атомов железа на каждой молекуле белка. Ксантиноксидаза катализирует реакции оксидазного окисления ксантина до мочевой кислоты. Субстратами фермента могут быть альдегиды, которые окисляются до карбоновых кислот. В молоке отмечается высокая активность фермента.
α-Амилаза
является специализированным ферментом, который катализирует реакции гидролиза α-1,4-гликозидных связей полисахаридов. Продуктами реакции могут быть мальтоза и мальтотриоза. Молекулярная масса фермента 48 кДа. Активность фермента возрастает в присутствии ионов хлора. Оптимум каталитической активности α-амилазы приходится на диапазон pH 6,5…7,5. В составе фермента один ион кальция, который участвует в стабилизации белковой глобулы фермента.
Таким образом, мы определили основные ферменты молока.
Углеводы молока
Углеводами называются вещества органической природы, основными компонентами которых являются альдегиды и кетоны многоатомных спиртов, а также полимеры этих соединений. Углеводы условно делят на три группы: моносахариды, олигосахариды и полисахариды.
В группу моносахаридов входят многоатомные спирты, в составе которых имеется кето- или альдегидная группа, тогда как к группе олигосахаридов относят углеводы, в составе которых два или более моносахарида, обычно не более десяти. Все моно- и олигосахариды хорошо растворимы в полярных растворителях. В группу полисахаридов входят соединения, в составе которых моносахариды формируют полимерные цепочки, нерастворимые в полярных растворителях.
Основным углеводом молока является дисахарид лактоза, ил молочный сахар, которого в молоке содержится 4,5…5,0%. Кроме того, в молоке может быть до 0,2% галактозы и 0,01…0,1% глюкозы.
В составе лактозы молекулы α-D-глюкозы и β-D-галактозы связаны между собой 1,4-β-гликозидной связью.
В незначительных количествах в молоке присутствуют и другие олигосахариды: трисахариды, тетрасахариды, пентасахариды, гексасахариды и др.
Липиды молока
Липиды – это гетерогенная группа органических веществ, нерастворимых или плохо растворимых в полярных растворителях, но хорошо растворимых в неполярных растворителях.
Различают следующие группы липидов: жирные кислоты, нейтральные липиды, фосфолипиды, сфинголипиды, воска, стероиды.
Жирные кислоты.
К группе жирных кислот относят представителей карбоновых кислот, в составе которых углеводородный радикал и карбоксильная группа. Жирные кислоты можно условно разделить на
Среди насыщенных жирных кислот в молоке более всего преобладают пальмитиновая, миристиновая, стеариновая и арахиновая, а среди ненасыщенных – олеиновая и линолевая. Содержание жирных кислот в молоке зависит от пола, возраста и рациона кормления животных.
Причём линолевая и линоленовая кислоты не синтезируются в организме млекопитающих и должны поступать с растительной пищей. Поэтому эти кислоты называют незаменимыми жирными кислотами.
В полярных растворителях жирные кислоты способны формировать мицеллярные структуры, в которых отрицательно заряженные карбоксильные группы обращены в сторону полярных молекул, а неполярные углеводородные радикалы формируют внутреннюю часть мицеллы. Жирные кислоты молока могут частично синтезироваться в молочной железе, а частично поступают из крови.
Нейтральные липиды.
Основными липидами молока являются триацилглицерины, в составе которых остаток глицерина и три остатка высших жирных кислот. Трёхатомный спирт глицерин соединён сложноэфирной связью с одной, двумя и тремя молекулами высших жирных кислот, образуя моно-, ди- и триацилглицерины.
Содержание нейтральных липидов в молоке может колебаться в пределах 2,8…4,5%. При этом содержание моно- и диацилглицеринов в молоке составляет 80%, т.е. всего 1,2…2,6%.
Фосфолипиды.
Фосфоглицеридами являются производные фосфатидной кислоты, в составе которых остатки глицерина, фосфорной кислоты, азотсодержащего соединения и два остатка жирных кислот. Основными фосфолипидами животных тканей являются лецитин и кефалин.
В полярной среде фосфолипиды легко образуют мицеллы. При этом остатки жирных кислот фосфолипида ориентированы во внутрь мицеллы, а полярные группы обращены наружу, в сторону растворителя.
В составе лецитина остаток полярной группы представлен холином, тогда как в фосфатидилэтаноламине полярной группой является этаноламин.
Высокое содержание лецитина и кефалина в животных тканях определяется тем, что они служат основными компонентами мембран клеток и клеточных органелл.
Фосфатидилхолин и фосфатидилэтаноламин являются основными фосфолипидами молока, содержание которых составляет более 60% всех фосфолипидов. При этом основная часть фосфолипидов молока входит в состав оболочек жировых шариков (60…70%).
При гомогенизации 5…15% фосфолипидов может перейти в раствор, тогда как при сепарировании молока 60…70% фосфолипидов переходит в сливки, а при сбивании сливок (при производстве масла) 50…65% фосфолипидов переходят в пахту.
Сфинголипиды.
К группе сфинголипидов относят неполярные соединения, в основе строения которых присутствует сфингозин.
Сфинголипиды можно условно разделить на три группы: сфингомиелины, цереброзиды и ганглиозиды.
Сфингомиелины.
В состав сфингомиелинов входят: сфингозин, по одному остатку жирной кислоты, фосфорной кислоты и полярная группа (чаще холин). Сфинголипиды являются основными компонентами мембран клеток, составляют основу жировых шариков молока.
Цереброзиды.
Это соединения неполярной природы, в составе которых сфингозин, остаток жирной кислоты и полярная группа, представленная гексозой (D-галактоза).
Ганглиозиды.
В состав ганглиозидов входят остатки сфингозина, жирной кислоты, D-глюкоза, D-галактоза и аминосодержащий углевод.
Стероиды.
Это группа функционально активных соединений, основным компонентом которых является пергидрофенантренциклопентан.
К стероидам относятся соединения животных тканей: холестерин, половые гормоны, кортикостероиды, желчные кислоты, витамины, а также вещества, синтезируемые растениями: сердечные гликозиды, алкалоиды, регуляторы роста растений. Одним из важнейших соединений стероидной природы является холестерин, которого относят к группе стеринов, т.е. соединений стероидной природы, имеющих от 8 до 10 углеродных атомов в боковой цепи у С-17 и свободную гидроксильную группу в положении 3.
Основным стерином молока является холестерин, который входит в состав жировых шариков. Содержание стеринов в молоке может достигать 0,010…0,014% и обычно составляет 0,2…0,4% от общего количества липидов.
Простагландины.
Биологически активные вещества липидной природы, представляющие собой оксигенированные производные полиненасыщенных жирных кислот, содержащие в углеводородной цепи пятичленные циклы, называются простагландинами.
В молоке содержатся низкие концентрации простагландинов, однако их высокое содержание в крови определяет сильное регуляторное действие на секрецию молочной железы.
Обнаружены простагландины почти во всех тканях млекопитающих. Обладают простагландины исключительно высокой и разносторонней физиологической активностью. Не накапливаются в тканях и органах в свободном виде, а синтезируются внутриклеточными ферментами в ответ на биологический стимул. Оказывают своё действие главным образом в непосредственной близи от места образования. Простагландины способствуют расширению сосудов, уменьшению кровяного давления, увеличивают сердечный выброс. Являются ингибиторами тромбообразования в сосудах, могут прерывать беременность практически на любом сроке, оказывают седативное и транквилизирующее (успокаивающее) действие, расслабляют мышцы бронхов и трахей. В медицине простагландины применяются при лечении сердечно-сосудистых, воспалительных, гинекологических заболеваний.
Таким образом, мы определили основные липиды молока.
Витамины молока
В молоке коров содержится более 23 витаминов. Основным источником витаминов являются растения, и часть из них синтезируются микрофлорой рубца. Особенно высокое содержание в молоке витаминов А, В1
, В2
, В12
и С.
Витамины – это группа биологически активных веществ, синтез которых преимущественно происходит в бактериях и растениях, являющихся предшественниками кофакторов или простетических групп, они имеют буквенное обозначение. Недостаток витаминов вызывает у животных и человека развитие симптомов гипо- или авитаминозов.
Витамины условно можно разделить на растворимые в полярных (водорастворимые) и в неполярных (жирорастворимые) растворителях.
Водорастворимые витамины.
Витамин В1
(тиамин, антиневритный) – основными частями витамина являются пиримидин и тиазонит, соединённые между собой метиленовой связью.
Витамин В1
служит предшественником тиаминпирофосфата, образование которого катализируется тиаминпирофосфокиназой, переносящей с АТФ остаток пирофосфорной кислоты.
Основным местом содержания витамина являются печень и мозг. В молоке содержание витамина может доходить до 0,8…1,2 мг/кг. Роль витамина В1
в метаболических процессах проявляется через действие кофермента, который участвует в каталитических реакциях декарбоксилирования α-аминокислот, а также расщепления и синтеза α-оксикетонов.
Витамин В2
(рибофлавин, витамин роста) – в основе молекулы витамина лежит гетероциклическое соединение – изоаллоксазин, к которому в положении 9 присоединён пятиатомный спирт рибитол.
Витамин В2
чувствителен к УФ-излучению, под действием которого он окисляется в бесцветную лейкоформу. Свойство витамина легко окисляться и восстанавливаться лежит в основе его участия в метаболических процессах. Витамин является предшественником флавинмононуклеотида и флавинадениндинуклеотида, действие которых проявляются в окислительно-восстановительных процессах, катализируемых различными ферментами.
Содержание витамина В2
в молоке зависит от времени года и может колебаться в пределах 1,0…2,9 мг/кг.
Витамин В3
(пантотеновая кислота, антидерматитный) – в составе витамина остатки D-α,γ-диокси-β,β-диметилмасляной кислоты и β-аланина, связанным между собой амидной связью.
Витамин В3
распространён в растениях (цветная капуста, картофель, томаты), пивных дрожжах, бактериях, в том числе в кишечной микрофлоре животных и человека, грибах. Высокое содержание витамина в печени животных, почках, мышцах, яичном желтке, икре. В молоке его содержится 2,0…3,8 мг/кг. Синтезируется витамин в растениях.
Витамин В4
(холин, капилляроукрепляющий) – представляет аминоэтиловый спирт, содержащий у атома азота три метильные группы. Донорами метильных групп являются S-аденозилметионин, серин и глицин.
В организме животных витамин встречается в составе фосфолипидов. Основными источниками витамина В4
являются печень, почки, мясо, рыбные продукты, капуста. Содержание в молоке может достигать 0,2…0,6 мг/кг. Функционально активным витамин становится в составе нейромедиатора ацетилхолина, принимая участие в реакциях трансметилирования при биосинтезе метионина, пуриновых и пиримидиновых оснований, фосфолипидов. При недостатке витамина В4
наблюдается жировая инфильтрация печени, геморрагическая дистрофия почек, нарушение свёртываемости крови.
Витамин В5
(ниацин (никотинамид), антипеллагрический) – является амидом пиридин-3-карбоновой кислоты (никотиновая кислота).
Входит в состав окисленных и восстановленных коферментов НАД и НАДФ. Участвует в составе коферментов в механизме действия окислительно-восстановительных ферментов дегидрогеназ. Синтезируется витамин микрофлорой рубца животных. Содержание витамина в молоке может составлять 1,0…1,2 мг/кг.
Витамин В6
(пиридоксол, антидерматитный) – синтезируется микроорганизмами кишечника жвачных животных и человека, а также растениями из продуктов гидролиза: глицеральдегид-3-фосфата, гидроксиацетонфосфата и пирувата.
Высокое содержание витамина отмечается в пивных дрожжах, мясе, рыбе, зерновках злаков. У животных витамин накапливается в тканях печени, сердце, почках. В молоке содержится 0,18…0,24 мг/кг. Функциональная активность витамина В6
проявляется в составе кофермента пиридоксальфосфата.
Участвует в процессе активного переноса аминокислот через клеточные мембраны, в реакциях трансаминирования, декарбоксилирования, рацемизации аминокислот.
Витамин В7
(каротин) – известны три изомера каротина (α-, β- и γ-каротины), с преобладанием в растениях его β-формы.
Больше всего содержится каротина в моркови, перце, плодах томатов и шиповника, зелёных листьях, цветках растений. Содержание каротиноидов в листьях зависит от условий произрастания и стадии вегетации. К осени в листьях их содержание уменьшается, тогда как в плодах, наоборот, увеличивается. Богаты каротином и животные ткани, в особенности печень, а также масло, яйца. В молоке содержится до 0,3 мг/кг витамина В7
. Высокое содержание каротина в растении проявляется наличием жёлтой и красной окраски. В основе строения каротинов последовательно связанные восемь остатков изопрена, способные находиться в цис- и транс-формах. Функционально активными являются трансизомеры. Витамин В7
в растениях принимает участие в процессе фотосинтеза, размножении и в реакциях окислительно-восстановительных ферментов.
Содержание каротина в молоке зависит от рациона питания, времени года, вида и породы животного. При этом в летний период, когда в кормлении животных преобладает зелёная растительная масса, содержание каротина в молоке составляет 0,5…0,95 мг/кг, а зимой – 0,03…0,18 мг/кг. Высокое содержание каротина оказывает влияние на окраску масла. Физические воздействия (пастеризация, стерилизация, УФ и видимый свет) могут разрушать каротин, понижая его содержание в молоке и молочных продуктах.
Витамин В8
(инозит) – представляет циклический шестиатомный спирт циклогексана. Образуется в результате циклизации глюкозы, накапливается в виде эфира с фосфорной кислотой – фитина.
у животных накапливается в нервных клетках, особенно его много в составе липидов мозга, в печени, мышцах, сердце, яичном желтке. Богаты витамином продукты: молоко, хлеб, а также овощи (картофель, зелёный горох) и фрукты (яблоки, дыни). Участвует витамин в обмене липидов. Входит в состав фосфоацилглицеринов в виде фосфатидилинозита. При недостатке витамина отмечается замедление роста животного, потеря шерстяного покрова, анемии, жировая инфильтрация печени с отложением холестерина.
Витамин В12
(кобаламин, антианемический) – основу структуры витамина составляют 4 восстановленных пиррольных кольца, атомы азота которых координируют с кобальтом, связанным ещё и с атомом азота 5,6-диметилбензимидазола. Кроме того, в структуре витамина имеется молекула рибозы с остатком фосфора у 3-го атома углерода.
Витамин В12
синтезируется только в микроорганизмах (бактерии, актиномицеты и сине-зелёные водоросли). Богатым источником витамина служат говяжья печень и почки. В молоке витамина может содержаться до 3…5 мг/кг.
Недостаток витамина у животных приводит к развитию злокачественной макроцитарной, мегалобластической анемии.
Витамин В13
(оротовая кислота) – это производное пиримидина. Высокое содержние отмечается в печени, молоке, дрожжах.
У птиц и млекопитающих витамин синтезируется из аспарагиновой кислоты и карбомоилфосфата. Участвует витамин в механизмах синтеза нуклеиновых кислот. Функционально активной формой является оротиди-5-фосфат. Стимулируя протекание анаболических процессов, витамин ускоряет рост растений и животных. Содержание в молоке крайне незначительно.
Витамин В15
(пангамовая кислота, антианоксический) – это производное эфира глюконовой кислоты и диметилглицина.
Содержится в дрожжах, печени, в крови, проростках риса. Благодаря подвижности двух метильных групп, витамин способен участвовать в реакциях метилирования в липидном обмене, в биосинтезе креатинфосфата. Используется при остром отравлении наркотиками, алкоголем, антибиотиками тетрациклинового ряда.
Витамин Вс
(фолацин, антианемический) – в составе птероилглутаминовой кислоты остатки птеридина, p-аминобензойной и L-глутаминовой кислот.
Витамин синтезируется в микроорганизмах, а также в низших и высших растениях. В тканях млекопитающих и птиц витамин не образуется. Богаты витамином растения: салат, капуста, томаты, морковь, зелёный лук, шпинат. В животных тканях витамин Вс
накапливается в печени, почках и мышцах. Содержится в продуктах, яичном порошке и сыре.
Витамин С
(аскорбиновая кислота, антиоксидантный) – относится к углеводам, представляет лактон гексоновой кислоты, содержащий диенольную группу.
Витамин не синтезируется только в организме человека, обезьяны и морских свинок. Витамин С активно синтезируется у остальных животных и в растениях. Богаты витаминов плоды шиповника, чёрной смородины, картофель, капуста. В молоке витамина С может содержаться 4…25 мг/кг. Витамин очень чувствителен к действию УФ излучения и может быстро окисляться в присутствии кислорода.
Симптомы недостатка витамина С в организме проявляются в виде повышенной ломкости кровеносных капилляров, общей слабости, апатии, утомляемости, снижении аппетита, задержке роста, болезненности дёсен, их отёчности и кровоточивости. Это комплекс симптомов заболевания цинги (скорбут).
Витамин Н
(биотин, антисеборейный) – в составе молекулы витамина имидазольное и тиофеновое кольца. Наличие трёх ассиметрических атомов углерода обусловливает существование восьми стереоизомеров.
Витамин Н синтезируется в микроорганизмах (бактерии кишечника) и растениях (горох, соя, капуста, картофель, лук, томат, шпинат). Высокое содержание витамина у животных отмечается в печени, почках, молоке, желтке яиц. Содержание в молоке может составлять 0,03…0,05 мг/кг.
Авитаминоз у животных проявляется прекращением роста, снижением массы, покраснением и шелушением кожи, выпадением шерсти, образованием красного отёчного ободка вокруг глаз.
Витамин
N
(липоевая кислота) – это α-липоевая кислота. Существует в окисленной и восстановленной формах.
Липоевая кислота служит простетической группой ферментов пируват- и α-кетоглутаратдегидрогеназного комплексов, участвуя в реакциях окислительного декарбоксилирования α-кетокислот и переносе ацильных групп. В молоке её содержится 0,02…0,05 мг/кг.
Витамин Р
(биофлавоноиды, антиоксидантный) – это гетерогенная группа низкомолекулярных фенольных соединений, в составе которых катехины, лейкоантоцианы, флаваноны, флавонолы, антоцианы, флавоны. Предшественником всех этих фенолов является шикимовая кислота. Некоторые производные витамина обладают антиоксидантным действием.
Недостаток витамина Р сопровождается потерей устойчивости и проницаемости капилляров, повышенной ломкости кровеносных сосудов, приводящих к мелкоточечным кровоизлияниям.
Витамин РР
(никотиновая кислота, антипеллагрический) – является пиридин-3-карбоновой кислотой.
В организме животных и человека витамин образуется из триптофана, а в растениях – из аспартата и производных триоз. Основными источниками витамина для человека являются рис, пшеница, картофель, мясо, печень, почки, морковь и др. Богаты витамином РР пивные дрожжи. В молоке содержится 0,8…1,8 мг/кг.
При недостатке в организме развивается заболевание пеллагра (кожа краснеет, становится шершавой, покрывается пузырями, трещинами, на месте лопающихся пузырей остаются изъязвления).
Витамин
U
(S-метилметионин, антигистаминный) – предшественником S-метилметионин является метионин.
Много витамина U в овощах (свежая капуста, зелень петрушки, лук, перец), фруктах (бананы). Особенно высокое содержание в капустном соке. Богаты витамином молоко и животные ткани (печень). Витамин используется при лечении язвенной болезни в качестве антигистаминного препарата.
Жирорастворимые витамины.
Витамин А
(ретинол, антиксерофтальмический) – в составе витамина шестичленное β-иононовое кольцо, два остатка изопрена и спиртовая группа.
Высокое содержание витамина отмечается в печени крупного рогатого скота и свиней, яичном желтке, сметане, сливках. В молоке витамина А может содержаться от 0,08 до 1,0 мг/кг, а в молозиве – от 0,6 до 12 мг/кг. Особенно богаты витамином овощи (морковь, томаты, перец).
Витамин
D
(кальциферолы, антирахитический) – предшественником витамина является эргостерин, представляющий собой одноатомный ненасыщенный циклический спирт, в основе структуры которого пергидрофенантренциклопентан.
Витамин образуется под действием УФ-облучения из холестерина или 7-дегидрохолестерина.
В тканях животных витамин накапливается в почках, мозге, поджелудочной железе, гипофизе, молочной железе. В молоке содержится от 0,5 до 1,5 мг/кг. Высокое содержание витамина отмечается в сливочном масле, желтке яиц, печени трески, в рыбьем жире, икре. В растениях витамины группы D не синтезируются, однако они являются поставщиками 7-дигидрохолестерина.
Витамин Е
(токоферолы, антиоксидантный) – представляют производные 2-метил-2(4,8,12-триметилтридецил)-хроман-6-ола или токолы.
Высоко содержание витамина в растительных маслах (подсолнечное, хлопковое, соевое, кукурузное и др.). Много витамина в капусте, салате, семенах злаков, проростках пшеницы. Витамин Е может накапливаться в животных тканях (мышцы, поджелудочная железа, жировая ткань). В молоке содержание витамина может доходить до 0,7…1,9 мг/кг. Основной функцией витамина Е является антиокислительная. Они способны защищать от окисления полиненасыщенные жирные кислоты, входящие в состав биомембран, жировых шариков молока.
Витамин
F
(эссенциальные жирные кислоты) – представляет собой сумму ненасыщенных жирных кислот, которые не синтезируются в организме животного, но необходимы для его жизнедеятельности. Из НЖК синтезируются простагландины, лейкотриены, простациклины, тромбоксаны, за счёт активности которых и проявляются свойства витамина F. Кроме того, компоненты витамина участвуют в образовании структур биомембран, служат материалом для энергетических потребностей клетки, окисляясь в митохондриях. Недостаток витамина в организме животных приводит к развитию бесплодия.
Витамин К
(нафтохиноны, антигеморрагический). Богаты витамином листья каштана, крапивы, люцерны. Среди овощей больше всего витамина К в капусте, шпинате, тыкве, зелёных томатах. В животных тканях витамина содержится очень мало. Основным источником витамина в детском возрасте является молоко.
При недостатке витамина К возникают самопроизвольные паренхиматозные и капиллярные кровотечения, снижается скорость свёртывания крови. Проявление недостатка витамина может быть вследствие перенесённых заболеваний печени, обтурационной желтухи, хронических заболеваний кишечника и др.
Таким образом, мы определили значение и роль витаминов, содержащихся в молоке.
Элементный состав молока
В молоке содержится более 30 макро- и микроэлементов, которые присутствуют в свободном виде или в составе белков и биологически активных соединений. Молоко богато содержанием таких макроэлементов, как Na+
, K+
, Ca2+
, Cl-
, P+5
, Mg2+
, тогда как микроэлементный состав молока представлен ионами Zn2+
Si+4
Fe3+
Al3+
F-
B+3
Sn2+
Br-
Cu2+
Mn2+
Mo2+
Pb2+
I-
As3+
Se2+
Cr3+
Ni2+
Cd2+
Hg2+
Co2+
. При этом их действие в клетках и тканях животных проявляется только в составе белков и биологически активных соединений.
Mg2+
активирует АТФ-зу мышц, участвует в действии АТФ-зависимых ферментов. В молоке содержится 12…14 мг% ионов магния, которые принимают участие в формировании мицелл казеина.
Fe2+
в организме животных участвует в действии гемоглобина, миоглобина, трансферрина, ферритина. Fe3+
входит в состав цитохромов и гемсодержащих ферментов, белка молока лактоферрина.
Фосфор является составной частью костной ткани и зубов животных, компонентом фосфорной кислоты, которая входит в состав нуклеотидов, моно-, ди- и нуклеозидтрифосфатов и нуклеиновых кислот, коферментов и др., тогда как ионы хлора обеспечивают в организме животных поддержание трансмембранного потенциала, используются слизистой кишечника для секреции соляной кислоты. В молоке содержится от 100 до 120 мг% ионов хлора.
Ионы меди, цинка, кобальта, молибдена, марганца, а также фтора, йода и брома присутствуют в молоке в микроколичествах. При этом, эти ионы входят в состав функционально важных ферментов и биологически активных соединений. Содержание ионов меди в молоке может достигать 0,013…0,014 мг%.
Zn2+
входит в состав карбоангидразы, карбоксиполипептидазы, лактатдегидрогеназы, глютаматдегидрогеназы. В молоке содержится 0,3…0,5 мг% ионов цинка.
Co2+
входит в состав витамина В12
, участвует в механизме действия трансфераз, изомераз, дипептидазы, активирует пируваткарбоксилазу, рибофлавинкиназу, аргиназу, щелочную фосфатазу, тогда как Mo2+
присутствует в составе ксантиноксидазы.[5]
Cr3+
активирует фосфоглюкомутазу и трипсин, тогда как Mn2+
активирует АТФ-зависимые ферменты. В молоке содержится 0,004…0,008 мг% ионов марганца.
F-
накапливается в костной ткани зубов и скелетных костей, тогда как Br-
принимает участие в биосинтезе гормонов гипофиза, а I-
входит в состав гормонов щитовидной железы, которые оказывают регуляторное действие на функционирование молочной железы.
Са2+
в организме животных необходим для формирования костной ткани, проведения нервного импульса, активирует VIII фактор свёртываемости крови, участвует в мышечном сокращении, стабилизирует белки.
Содержание кальция в молоке составляет 114…130 мг%. Около 20% всего количества ионов кальция принимают участие в формировании мицелл казеина. Остальная часть ионов кальция находится в растворе в виде солей фосфорной и лимонной кислот.
Далее в таблице мы рассмотрим содержание веществ в молоке.
Содержание веществ в молоке Таблица
| Вещество |
Содержание, 10-3
|
| Вода
|
87 г |
| Белки
Казеин Сыв. бел. b -лактоальб Альбумин сыв.крови Иммуноглобулин протеозо-пейтоны |
2,6 г 0,65 г 0,12 г 0,03 г 0,05 г 0,15 г |
| Липиды
Жир стерин Фосфор |
3,6 г 0,03 г 0,01 г |
| Углеводы
Лактоза Глюкоза Галактоза |
4,8 г 0,05 мг 0,08 мг |
| Витамины
А Д Е С В6
В12
В3
Ниацин Рибофлавин Тиамин Биотин Фолацин
|
0,025 мг 0,05 мг 0,09 мг 1,5 мг 0,005 мг 0,40 мг 0,38 мг 0,1 мг 0,15 мг 0,04 мг 5 мг 3,2 мг |
Таким образом, мы определили значение и роль минеральных веществ в молоке.
Устойчивость природной эмульсии при кипячении молока
При технологической обработке молока в первую очередь изменяется внешний слой оболочки, имея неровную, шероховатую, рыхлую поверхность и довольно большую толщину после перемешивания, встряхивания и хранения. Оболочки шариков жира становятся более гладкими и тонкими. Это объясняется десорбцией липопротеидных мицелл из оболочек в плазму. Одновременно с десорбцией мицелл происходит сорбция белков и др. компонентов плазмы молока на поверхности мембраны шариков жира. Вот эти два явления десорбции — сорбции вызывают изменение состава и поверхностных свойств оболочек, что приводит к снижению прочности и частичному разрыву.
В процессе тепловой обработки молока уже происходит частичная денатурация мембранных белков, что способствует дальнейшему снижению стабильности оболочек шариков жира. Они могут быть разрушены довольно быстро и в результате специального механического воздействия: например, при производстве масла, при действии концентрированных кислот и щелочей, амилового спирта.
Стабильность жировой эмульсии в первую очередь объясняется возникновением на поверхности капелек жира электрического заряда за счет содержания на поверхности оболочки жирового шарика полярных групп — фосфолипидов, СООН, NH2
, СООН — группы маловой кислоты белковых и углеводных компонентов. Значит на поверхности создается суммарный отрицательный заряд (изоэлектрического тока — рН 4,5). К отрицательно заряженным группам присоединяется катион кальция, магния и др. В результате образуется второй электрический слой, силы отталкивания которого превышают силы притяжения. И поэтому не происходит расслоения эмульсии, кроме того дополнительно стабилизирует жировую эмульсию гидратная оболочка, которая образуется вокруг полярных групп мембранных компонентов.
Вторым фактором устойчивости жировой эмульсии является создание на границе раздела фаз структурно-механического барьера за счет того, что оболочки жировых шариков обладают повышенной вязкостью, механической прочностью и упругостью, которые препятствуют слиянию шариков. Этот фактор наиболее сильный фактор стабилизации концентрированных эмульсий, например, высокожирные сливки. Следовательно, для обеспечения устойчивости жировой эмульсии молока и сливок в процессе выработки молочных продуктов необходимо стремиться сохранить неповрежденными оболочки шариков жира и не снижать степень их гидратации. Для этой цели надо сократить до минимума механические воздействия на дисперсную фазу молока при транспортивке, хранении и обработке, избегать его вспенивания, правильно проводить тепловую обработку, т. к. длительная выдержка при высоких температурах может вызвать значительную денатурацию структурных белков оболочки и нарушение ее целостности. А также для стабилизации жировой эмульсии необходимо широко применять дополнительное диспергирование жира путем гомогенизации.
При выработке одних молочных продуктов перед инженером-технологом стоит задача предотвратить агрегирование и коалесценцию шариков жира, то при получении масла наоборот стоит задача разрушить (деэмульгировать) стабильную жировую эмульсию и выделить из нее дисперсную фазу.
Коалесценция — это когда слои дисперсионной среды или адсорбционные слои и частицы сливаются в новые более крупные образования, причем это приводит к заметному разделению фаз.
Агрегация диспергированных частиц с образованием более крупных частиц, которые под действием силы тяжести выпадают в осадок, приводит к флокуляции или коагуляции.
Таким образом, основными факторами устойчивости природной эмульсии при кипячении молока являются коалесценция и агрегация.
Практическая часть
Метод формольного титрования
Метод основан на нейтрализации карбоксильных групп моноаминодикарбоновых кислот белков раствором гидроксида натрия, количество которого, затраченное на нейтрализацию, пропорционально массовой доли белка в молоке. Цель: определить количество белка в молоке методом формольного титрования
Ход работы:
1. В колбу отмерить пипеткой 10 мл молока, прибавить 10 кап. раствора фенолфталеина и оттитровать из бюретки 0,1н раствором гидроксида натрия до неисчезающего при взбалтывании слабо-розового окрашивания.
2. В колбу прибавить: 2 мл раствора формалина, свежее нейтрализованного раствором гидроксида натрия до слабо-розового окрашивания по фенолфталеину.
3. Содержимое колбы взболтать до обесцвечивания молока, записать показания бюретки (V1
).
4. Продолжить титрование жидкости, соответствующей окраске молока до прибавления формалина, записать показания бюретки (V2
).
5. Содержание белков рассчитывается:
Xб
=(V2
-V1
)*1,94
Xб
-содержание белков в молоке,%
(V2
-V1
)-количество раствора гидроксида натрия, пошедшего на второе титрование, мл
1,94-коэффициент пересчёта
6. Содержание казеина:
Xk
=(V2
-V1
)*1,51
Xk
-содержание казеина в молоке,%
(V2
-V1
)-количество раствора гидроксида натрия, пошедшего на второе титрование, мл
1,51-коэффициент пересчёта
Молоко покупное:
V1
=1,3 V2
=3,2
Xб
=(3,2-1,3)*1,94=3,68%
Xk
=(3,2-1,3)*1,51=2,86%
Молоко домашнее:
V1
=1,9 V2
=4,1
Xб
=(4,1-1,9)*1,94=4,26%
Xk
=(4,1-1,9)*1,51=3,32%
Кефир
V1
= 9,4 V2
=11,4
Xб
=(11,4-9,4)*1,94=3,8%
Xk
=(11,4-9,4)*1,51=3,02%
Вывод: с помощью формольного титрования определили количества белка в молоке и убедились,что в домашнем молоке белка больше, чем в покупном и в кефире.
Заключение
Молоко содержит все питательные вещества, необходимые для поддержания жизни и развития молодого организма.
Высокая питательная ценность молока обусловлена не только содержанием в нём белковых веществ, жира, углеводов, минеральных солей и благоприятным их соотношением, но и специфическим составом указанных компонентов. Фактически нет другого пищевого продукта, который по питательной ценности равен молоку. В 1 л молока содержится: 32 г белка, 32 г молочного жира, 48 г молочного сахара, а также минеральные соли и почти все известные витамины, необходимые организму человека любого возраста.
Молоко является исключительно важным источником минеральных веществ, в особенности кальция и фософра; роль молока и молочных продуктов в обеспечении организма другими минеральными веществами, в частности микроэлементами, менее значительна.
Общая калорийность молока составляет 2720 · 103
Дж/кг (650 ккал/кг).
Таким образом в молоке содержится казеин, сывороточный белок, лактоальбумин, лактоза, глюкоза, галактоза, кальций, железо, медь, калий, натрий, хлор, витамины: А, Д, Е, С, В6
, В12
, В3
, ниацин, рибофлавин, тиамин, фолацин, биотин. А также мы определили практически содержание белка в молоке и кефире.
Список используемой литературы
1. Рогожин В.В. Биохимия молока и молочных продуктов: Учебное пособие.-СПб: ГИОРД, 2006г.-320 с.
2. Черников М.П. Протеолиз и биологическая ценность белков. М.: Медицина, 1975г.- 231 с.
3. Твердохлеб Г.В. Технология молока и молочных продуктов./ Г.В Твердохлеб, Э.Х. Диланян, Л.В. Чекулаева, Г.Г. Шиллер.- М.: Агропромиздат, 1991г.- 463 с.
4. Крусь Г.Н. Технология молока и молочных продуктов. М.: Колосс, 2004г.- 456 с.
5. И.А Рогов, Л.В.Антипова, Н.И.Дунченко. Химия пищи. М.: Колосс, 2007г.-853 с.
6. http://sportbok.narod.ru/Dobav/dob18.html
7. http://refak.ru/referat/8600/
1. [2]
Рогожин В.В. Биохимия молока и молочных продуктов: Учебное пособие.-СПб: ГИОРД, 2006г.-320 с.
2. [3]
Черников М.П. Протеолиз и биологическая ценность белков. М.: Медицина, 1975г.- 231 с.
[4]
http://sportbok.narod.ru/Dobav/dob18.html
3. [5]
Рогожин В.В. Биохимия молока и молочных продуктов: Учебное пособие.-СПб: ГИОРД, 2006г.-320 с.