Состав и свойства молока

 
 

ВОПРОС  №1  ФЕРМЕНТЫ МОЛОКА

Ферменты молока — это белковые вещества, ускоряющие протекание биохимических реакций  в организме. Действие ферментов  узкоспецифично, т. е. каждый фермент  влияет только на определенное вещество, а проявляют они свое действие при содержании в чрезвычайно незначительных количествах. Вот некоторые из ферментов: липаза (фермент, расщепляющий жиры); фосфатаза (участвует в кроветворении, костеобразовании, двигательной функции мышц, в том числе и сердечной, регулирует обмен веществ); каталаза (защищает организм от ядовитого воздействия некоторых веществ, образующихся в процессе обмена); пероксидаза (стимулирует очень важные для нашего организма реакции окисления). Гормоны выделяются железами внутренней секреции. Они оказывают регулирующее влияние на обменные процессы. В молоке обнаружены следующие гормоны: адреналин, инсулин, тироксин, пролактин, окситоцин и др. В молоке содержится также много других полезных веществ, участвующих в процессах обмена, повышающих сопротивляемость организма, вступающих в борьбу с вредными микроорганизмами кишечника — антибиотические тела, иммунные тела, опсонины, лизоцимы, лактенин и др.

В состав молока и ходят многочисленные ферменты, из которых изучено более 20. Они  относятся к различным фракциям белка. Ферменты молока синтезируются из элементов крови, лейкоцитов или альвеолярных клеток вымени. Среди оригинальных ферментов молока следует различить ферменты, образующиеся в выдоенном молоке вследствие жизнедеятельности микроорганизмов.

Все ферменты —  белковые вещества или вещества, содержащие белковые компоненты. Ниже приведены важнейшие ферменты молока.

Гликозидазы: амилазы, лактазы.

Эстеразы. К ним  относятся липазы и фосфатазы.

Липазы расщепляют триглицериды на глицерин и жирные кислоты. Нативные (природные) липазы молока в отличие от некоторых микробных липаз неустойчивы к нагреванию (разрушаются при температуре 60°С в течение 20 мин). Их содержание в молоке повышается при мастите и к концу лактации (горький вкус).

Фосфатазы расщепляют эфиры фосфорной кислоты. Разница между щелочными и кислотными фосфатазами состоит в том, что оптимальные условия для действия щелочных фосфатаз при рН 9 — 10, кислотных — при рН 4,1. Стабильные к нагреванию кислотные фосфатазы инактивируются при температуре выше 90°С, в то время как щелочные фосфатазы теряют активность при нагревании до 62°С в течение 30 мин и при 72°С в течение 15.

Активность щелочных фосфатаз определяют с целью контроля качества пастеризации длительной (при  температуре 62—65°С в течение 30 мин) или кратковременной (при 71—74°С в течение не более 30—40 с).

Оксиредуктазы. К ним относятся ксантоксидаза  и пероксидазы.

Ксантоксидаза (фермент Шардингера).

Пероксидазы. В 1 л молока содержится около 100 мг пероксидаз. Предполагают, что в молоке имеется  множество форм пероксидаз. Пероксидазы молока гидрируют с перекисью водорода и другими пероксидазами, в то же время они дегидрируют с производными фенола и переходят в хиноны. Пероксидазы теряют активность при температуре выше 80°С.

Активность пероксидаз определяют с целью доказательства проведения высокотемпературной пастеризации (мгновенной — при температуре 85°С). Если молоко, подвергшееся кратковременной пастеризации, нагревают в течение 30—40 с до температуры 77°С, то реакция на пероксидазу будет отрицательной. Активность пероксидаз определяют методом гваяколовой и травентоловой проб.

Каталаза. Этот фермент катализирует реакцию расщепления  перекиси водорода (Н2О2) на воду и кислород. Каталаза в отличие от пероксидазы  не реагирует с другими перекисями. Содержание фермента увеличивается в молозиве и в молоке коров, больных маститом. Каталаза образуется в результате жизнедеятельности лейкоцитов. Поэтому обнаружение ее в молоке может служить для диагностики мастита у коров (каталазная проба по Роедеру).

Протеиназы. Специфические протеиназы молока входят в состав фракции казеина. Протеолитическая активность особенно высока в молозиве.

Синтетаза лактозы. Этот фермент был открыт в 1964 г. Он является микросомным ферментом  молока и катализирует синтез лактозы. Фермент состоит из субъединиц белка А и белка Б. Белок Б идентичен а-лактоальбумину.

Лизоцим. Содержится как в женском молоке, так и  в коровьем, но в небольшом количестве. Этот лизоцим по содержанию фракций  отличается от лизоцима яичного белка. Он причастен к бактерицидной  активности молока.

В состав молока входят также гормоны (пролактин, тироксин, адреналин, инсулин, окситоцин и  др.). Они оказывают регулирующее влияние на белковый, углеводный, жировой  и водно-солевой обмен в организме.

Ферменты и  гормоны разрушаются при тепловой обработке смесей мороженого. Энергетическая ценность молока 3,2%-ной жирности составляет 243 кДж (55 ккал).

Фосфатаза и  некоторые другие ферменты молока после  потери своей активности в результате пастеризации могут вновь ее восстановить, т. е. обладают свойствами реактивации. Случай реактивации ферментов, например, фосфатазы, наблюдаются в основном после кратковременной высокотемпературной обработки высокожирного сырья. Ферменты, сохранившие свою активность, могут вызывать в молоке и молочных продуктах нежелательные биохимические процессы, в результате которых снижаются качество, вкусовые свойства и пищевая ценность продуктов.

Наибольшую опасность  представляют липазы и протеиназы бактериального происхождения: липазы способствуют прогорканию  молочных продуктов, протеиназы вызывают свертывание УВТ-молока. Таким образом, мы рассмотрели, как изменяется состав молока в зависимости от термической обработки, насколько  происходит потеря тех или иных компонентов. Это дает возможность регулировать режимы тепловой обработки с целью сохранения наитивного состава и свойств молока. При непрерывном способе производства молоко подергается двукратной стерилизации, что вызывает значительные изменения его физических свойств: оно приобретает кремовый оттенок и привкус пастеризации. Соли.

В процессе тепловой обработки молока изменяется в первую очередь состав солей кальция. В  плазме молока нарушается соотношение  форм фосфатов Са; фосфорнокислые соли кальция, находящиеся в виде истинного  раствора переходят в коллоидный фосфат кальция, который агрегирует и осаждается на мицеллах казеина. При этом происходит необратимая минерализация казеинат кальций фосфатного  комплекса (ККФК), что приводит к нарушению структуры мицелл и снижению термоустойчивости молока. Часть фосфата кальция выпадает на поверхности теплообменных аппаратов, образуя вместе с денатурированными сывороточными белками отложения — так называемый молочный камень и молочный пригар. Таким образом, в результате пастеризации и стерилизации в молоке снижается количество ионно-молекулярного кальция (на 11-50%), что ухудшает способность молока к сычужному свертыванию. 

ВОПРОС  № 2 ТЕПЛОФИЗИЧЕСКИЕ  СВОЙСТВА МОЛОКА

Удельная электропроводность молока в среднем составляет 46 • 10-2 См/м с колебаниями от 40 • 10-2 до 60 • 10-2 См/м. Ее обусловливают главным образом ионы — Cl-, Na+, K+, Н+, Са2+ и др. Электрически заряженный казеин, сывороточные белки и шарики жира в силу больших размеров передвигаются медленно и несколько тормозят подвижность ионов, то есть практически уменьшают электропроводность молока.

Величина электропроводности молока зависит от лактационного  периода, породы животных и других факторов. Молоко, полученное от животных больных  маститом и в конце лактации, имеет  повышенную электропроводность, равную 1,3 и 0,65 См/м, соответственно. Следовательно, по изменению удельной электропроводности молока можно выявить животных с воспалением молочной железы.

Электропроводность  повышается при нарастании кислотности  молока и снижается при разбавлении  его водой. Концентрирование молока вследствие повышения вязкости и усиления межионных взаимодействий приводит к снижению электропроводности.

Теплофизические свойства молока необходимо знать для  расчетов затрат теплоты или холода на нагревание или охлаждение молока и молочных продуктов. Наиболее важными из них являются удельная теплоемкость, теплопроводность и коэффициент температуропроводности, которые связаны между собой соотношением где а — коэффициент температуропроводности, м2/с; ? — теплопроводность, Вт/(м • К); с — удельная теплоемкость, Дж/(кг • К); р — плотность продукта, кг/м3.

Теплофизические свойства молока и молочных продуктов  зависят от температуры, содержания сухих веществ, влаги, жира, кислотности, дисперсности жира и т.д.

Удельная теплоемкость цельного молока, как и удельная теплоемкость воды и обезжиренного молока, в интервале температур 273...333°К (О...6О°С) изменяется незначительно. В указанном интервале температур приближенно ее можно считать величиной постоянной, равной 3900 Дж/(кг • К), или 3,9 кДж/(кг • К).

Для расчетов затрат теплоты или холода на нагревание или охлаждение молока и молочных продуктов необходимо знать их теплофизические свойства. Наиболее важными из них являются удельная теплоемкость, коэффициенты теплопроводности и температуропроводности, которые связаны между собой соотношением а=l(ср), где а — коэффициент температуропроводности м2/с, l — коэффициент теплопроводности, ВТ/(м×к), С — удельная теплоемкость, ДЖ/(кг×к) ; р — плотность продукта; кг/м3

Теплофизические свойства молока и молочных продуктов зависят от температуры, содержания сухих веществ (главным образом от количества и дисперсности), воды и т. д.

Удельная теплоемкость цельного молока в интервале температур 273—333 К (0—60оС) изменяется незначительно, она является постоянной и равна 3900 ДЖ(кг×к) или 3,9 КДЖ/(кг×к). Удельная теплоемкость сливок уменьшается с увеличением жирности.

Коэффициент теплопроводности молока l при 20оС равен »0,5 Вт (м.к). Она  увеличивается с повышением температуры  и ее можно рассчитать по формуле

  l = 0,22+0,0011Т

Теплопроводность  сливок увеличивается с повышением температуры и уменьшается с  увеличением содержания жира. При  температуре 273оК.l. сливок как функцию  жирности (в интервале от 20 до 45%) рассчитывают по формуле   l= 0,36-0,0014Ж

Коэффициент температуропроводности. Он зависит от температуры, жирности, влажности, плотности и пористости пищевых продуктов. Коэффициент температуры молока при 20оС равен 13×10-8м2/с. Его значение увеличивается с повышением температуры молока, что объясняется возрастанием при этом величины теплопроводности и уменьшением объемной теплоемкости, с которыми он связан зависимостью.

          а = l (ср)

В интервале  температур 273-353 К  а (в м2с)  молока как и функцию температуры  рассчитывают по формуле:

                 а×108=4,1+0,0325Т

Коэффициент температуропроводности  сливок уменьшается с увеличением  жирности и возрастает с повышением температуры.

Вязкость или  внутреннее трение, нормального молока при 20оС в среднем составляет 1,8×10-3Па.с. Она зависит главным образом  от содержания казеина и жира, дисперсности мицелл казеина и шариков жира, степени их гидратации и агрегирования сывороточные белки и лактоза незначительно влияют на вязкость.

В процессе хранения и обработки молока (перекачивание, гомогенизация, пастеризация и т. д.) вязкость молока повышается. Это объясняется увеличением степени диспергирования жира, укрупнением белковых частиц, адсорбцией белков на поверхности шариков жира и т. д.

Практический  интерес представляет вязкость сильноструктурированных молочных продуктов — сметаны, простокваши, кисломолочных напитков и пр.

Поверхностное натяжение — молока ниже поверхностного натяжения Н2О (равно 5×10-3 н/м при t -20оС). Более низкое по сравнению  с Н2О значение поверхностного натяжения объясняется наличием в молоке ПАВ — фосфолипидов, белков, жирных кислот и т. д.

Поверхностное натяжение молока зависит от его  температуры, химического состава, состояния белков, жира, активности липазы, продолжительности хранения, режимов технической обработки и т. д.

Температура кипения  молока несколько выше Н2О вследствие наличия в молоке солей и отчасти  сахара. Она равно 100,2оС.

Удельная электропроводность. Молоко — плохой проводник тепла. Ее обуславливают главным образом  ионы Cl-, Na+, K+, N. Электрически заряженные казеин, сывороточные белки. Она равна 46×10-2 См. м-1 зависит от лактационного периода, породы животных и др.

Осмотическое  давление и температура замерзания. Осмотическое давление  молока близко по величине к осмотическому давлению крови животного и в среднем составляет 0,66 мга. Оно обусловлено высокодисперсными веществами: лактозой и хлоридами. Белковые вещества, коллоидные соли незначительно влияют на осмотическое давление, жир практически не влияет.