Химический состав молока

Уксуснокислое брожение. Под действием уксуснокислых бактерий этиловый спирт окисляется в уксусную кислоту, уксуснокислые бактерии как типичные аэробы появляются на поверхности молочных продуктов и часто являются спутниками дрожжей.

Уравнение:                                                   +Н2О                        +1/2 О2

СН3СН2ОН  ® СН3СНО   ®  СН3СН(ОН2)  ®   СН3СООН + Н2О                       

             -2Н

Механизм образования диацетила и ацетоина. Это четырехуглеродные соединения, являются продуктами метаболизма различных микроорганизмов: молочнокислых бактерий, дрожжей и др. Предшественниками их являются пируват, который образуется из цитрата. Цитрат под действием цитритазы в присутствии Мп или Мз расщепляется на уксусную и щавелевоуксусную кислоты, последняя превращается в пируват:  

СН2 — СООН                                СООН                       

                        

МП2+  Мз2+ СН2      +   СН2

Н - С    — СООН      ———®         

 СН2  — СООН                         С =О                   СООН                        

  лимонная кислота                                   СООН                       

                                                 щавелевоуксусная кислота

СООН           

             —СО2                         СН3

СН2     —®               

С = О                          С = О

СООН                         СООН                       

                         пируват

Утилизация пирувата в ацетоин и диацетил начинается с его декарбоксирирования до активной формы ацетальдегида:

СН2           

                   тиаминпирофосфат Мз2+

С = О  —————————®  СН3 — СНОН — ТПФ + СО2

СООН                                     ________ацетальгид - ТПФ            

При синтезе ацетоина этот комплекс вступает в реакцию с другой молекулой пирувата, образуя a -ацетомолочную кислоту, которая при декарбоксилировании переходит в ацетоин. Ацетоин может обратимо восстанавливаться в бутиленгликоль, который может перейти в бутанон и далее в бутанол:                       

                                                             СН3

СН3                 СН3                                                       С = О                         

— СО2

СНОН  +        С = О    —®                                                        ——®                       

                           —ТПФ                       

                                                 НО—С — СООН

ТПФ            СООН                       

                                                          СН3                               

                                                                 -ацетомолочная кислота                   

 

CH3                                               CH3

C = O               HA1D × H2             CHOH

CHOH               HAD                     CHOH

CH3                                               CH3

ацетоин                                           2-3 бутиленгликоль

Возможен второй путь образования ароматообразующих веществ.  Ацетоина — восстановлением диацетила. Дрожжи и бактерии Е. соli продуцируют ацетоин из активного и свободного ацетальдегида без образования промежуточного продукта — a-ацетомолочной кислоты.                   СН3                                    

 СН3                           СН3                         

 О   +   СНОН - ТПФ   ®      С = О                

 С                                                    СНОН + ТПФ                         

 Н                                           СН3

Для синтеза диацетила ароматообразующим  молочнокислым бактериям требуется ацетальдегид, ТПФ и ацетил КоА.                                               

 ТПФ  и ацетил КоА                                                   

 О        СН3

СН3 - СНОН - ТПФ + СН3 -  С    ®   С = О  + ИS - КоА + ТПФ                                             

SКоА    С = О                                                          

 СН3                                                                  

 диацетил

Дрожжи и в меньшей степени молочнокислые бактерии образуют диацетил путем спонтанного окисления ацетоина:           

 СН3                                      СН3           

 С = О           — 2Н              С = О           

 СНОН                                  С = О           

 СН3                                      СН3

В аэробных условиях при высоком окислительно-восстановительном потенциале диацетил образует молочнокислые бактерии непосредственно из a-ацетомолочной кислоты при ее спонтанном окислительном декарбоксилировании. 

                       СН                                                       СН3                       

                            + 12 О2

С = О                    ——®                         С = О

НО — С — СООН  — СО2                 С = О           

             СН3                                                     СН3           

 

Ароматообразующие бактерии продуцируют диацетил в меньших количествах по сравнению с ацетоном. Так, Sts diacetilactis максимально накапливает 12 мг/кг (некоторые штаммы  до 50 мг/кг)  диацетила и около 500 мг/кг ацетоина; лейконосгоки — соответственно 5 и 85 мг/кг. Это объясняется дефицитом ацетил КоА для синтеза диацетила, а также  восстановлением диацетила в ацетон под действием диацетилредуктазы, активность этого фермента зависит от температуры, рН.

Для максимального образования аромата (в заквасках и кисломолочных продуктах) целесообразно  подбирать смешанные культуры молочнокислых бактерий с низкой диацетилредуктазной   активностью и слабыми редуцирующими свойствами, и поддерживать рН среды ниже 5,5 (оптимальные условия для накопления диацетила рН - 4,5 - 4,7, температура  21-25°С). Образованию диацетила способствуют добавление в молоко 0,2% цитрата и аэрация (перемешивание) закваски. Для сохранения накопившегося диацетила необходимо закваску и готовый продукт быстро охладить до 5-8°С.

11. Влияние тепловой обработки  молока на казеин

1). Структурные изменения  казеина.

2). Факторы термоустойчивости  молока.

3). Механизм и кинетика  тепловой коагуляции казеина.

4). Влияние различных температур  на технологические свойства  молока.

Чисто тепловая денатурация казеина наступает только при температурах порядка 130оС в течение 2-88 мин. Такое тепловое воздействие изменяет состав и структуру  ККФК. От него отщепляются засушенные гликомакропептиды, органический Р и Са, на поверхности мицелл казеина осаждаются денатурированный b-лактоглобулин, коллоидный фосфат Са и т. д. Перечисленные изменения вызывают как дезагрегацию, так и агрегацию мицелл казеина. В результате преобладания последнего увеличиваются размер частиц казеина и вязкость молока.

Изменение структуры и размера мицелл казеина влияет на технологические свойства молока, например, на скорость получения сычужного сгустка. После тепловой обработки продолжительность сычужного свертывания молока увеличивается в несколько раз по сравнению с сычужным свертыванием сырого молока. Такое явление объясняется комплексообразованием денатурированного b-лактоглобулина с   -казеином в результате чего ухудшается его атакуемость сычужным ферментом. Основным видом связи, который способствует образованию комплексов белков, считают дисульфидные мостики, но отрицается и участие других видов связи гидрофобных и кальцисных мостиков. Образование  комплексов происходит в очень узком интервале рН — (6,7-7). Электронно-микроскопические исследования продуктов тепловой ассоциации b-лактоглобулина с   -казеином, а также с казеиновыми мицеллами показывают, что первые представляют собой волокнистые, лапшевидные частицы, а на поверхности казеиновых мицелл видны выросты, напоминающие шипы, усики и т. д. Казеиновые мицеллы как бы окружаются своего рода оболочкой из сывороточных белков, которая по мнению ряда авторов может повысить термоустойчивость казеиновых мицелл. Так если нативные казеиновые мицеллы имели температуроустойчивость 58 единиц по этанолу, то мицеллы, покрытые оболочками из денатурированного b-лактоглобулина — 82 единицы, а в случае потери поверхностью мицелл комплексов b-лактоглобулина —   -казеин она составляет всего 46 единиц.

Видимо, степень взаимодействия b-лактоглобулина с казеином влияет на развитие казеиновых мицелл. Многими авторами отмечено повышение среднего размера казеиновых мицелл после тепловой обработки молока в результате ассоциации казеина с денатурированным b-лактом, а также отложения на поверхности мицелл коллоидного фосфата кальция.

Пастеризация молока при температуре 72-80оС вызывает незначительное увеличение размера белковых частиц — на 1-4%; УВТ-обработка на 7-25%, а стерилизация с выдержкой в два и более раза. Некоторые авторы показывают, что в процессе тепловой обработки наряду с увеличением размера крупных казеиновых мицелл происходит значительное повышение количества очень мелких частиц, которые свидетельствуют о дезинтеграции мицелл. Мелкие белковые частицы представляют собой свободные субмицеллы, хотя другие исследователи считают, что это денатурированные сывороточные белки, которые не смогли прикрепиться к казеиновым мицеллам. Казеин при нагревании взаимодействует с лактозой, то есть вступает в реакцию Майра, в результате которой образуются астероциклические азотосодержащие соединения коричневого цвета (меланаидины).

Термоустойчивость белков молока (или температуро___). Под ней понимают свойство молока сохранять агрегативную устойчивость белков и других компонентов при тепловом воздействии. Ее обычно выражают количеством времени в минутах, необходимым для коагуляции белков при определенной заданной температуре, например, при 130 или 140оС.

Термоустойчивость молока в первую очередь определяется величиной рН, хотя между нет прямой зависимости. По характеру изменения термоустойчивости молоко делят на два типа — А и Б. Оба типа молока имеют максимум термоустойчивости при рН 6,5-6,7. При повышении рН до 6,7-6,9 молоко типа А становится менее термоустойчивым. У молока типа В это свойство отсутствует. Дальнейшее увеличение рН сопровождается повышением термоустойчивости того и другого типа молока. Снижение рН молока, особенно в результате микроброжения углеводов, отрицательно сказывается на его температуроустойчивости. Образование молочной кислоты вызывает уменьшение отрицательного заряда мицелл казеина и нарушение солевого баланса молока: часть коллоидных солей кальция переходит в ионно-молекулярное состояние, а фосфаты кальция приобретают лучшую растворимость и большую степень диссоциации. например, гидрофосфат кальция может переходить в дегидрофосфат, который по сравнению с первой солью образует повышенное количество ионов кальция.

2СаHPO4 + 2C3H6O3 ® Ca (H2PO4)2 + (C3H5O3)2 Ca,

Ca (H2PO4)2 ® Ca2+ + 2H2PO4  —

термоустойчивость казеина зависит от солевого равновесия, размера и химического состава мицелл казеина. Солевой состав молока, то есть соотношение солей кальция и магния, с одной стороны, и фосфатов и нитратов — с другой. Установлено, что ККФ комплекс устойчив к действию высоких температур только при определенном содержании кальция.

При увеличении количества ионов кальция в плазме молока происходит их присоединение к ККФ К. В результате уменьшается отрицательный заряд мицелл казеина, они соединяются  в крупные агрегаты, которые коагулируют при нагревании. Чтобы  этого избежать, вносят соли — стабилизаторы или предварительная стерилизация или сгущение перед УВТ-обработкой.

От размера мицелл казеина: чем они мельче, тем более термоустойчивость молока и наоборот. Это обусловливается различным содержанием в мицеллах   -казеина и коллоидного фосфата кальция. Мелкие мицеллы казеина содержат больше    -казеина и меньше коллоидного фосфата кальция, чем крупные. Как известно,    -казеин, обладающий высоким (-) зарядом и сильными гидрофильными свойствами, стабилизирует мицеллы казеина. Коллоидный фосфат кальция, наоборот, способствует агрегации частиц казеина.

Термоустойчивость определяется составом казеиновых мицелл — так снижение термоустойчивости молока объясняется выходом из состава казеиновых мицелл комплекса b-лактоглобулина —    -казеина и для закрепления    -казеина в мицелле можно с помощью b-лактоглобулина (то есть молоко предварительно нагревают до температура  ³ 90оС при рН 6,5-6,7; и использование  веществ, связывающих белки поперечными связями — альдегиды, сахара. термоустойчивость определяется также содержанием жира в казеине фосфорной и глутаминовой кислот; чем их больше, тем ниже его устойчивость. Снижение термоустойчивости молока способствуют: высокое содержание выше 0,9% термолабильных сывороточных белков некоторых компонентов протеодо-пептонной фр__    термообработки, основными причинами низкой термоустойчивости казеина (молока) являются нарушеннный солевой и белковый состав, а также повышенная кислотность, которые зависят от времени года, стадии лактации, болезней, породы животных и районов кормления. Все перечисленные факторы в совокупности определяют способность казеина сохранять стабильность при температурной обработке.

Механизм и кинетика тепловой коагуляции казеина.

В начале нагревания происходит увеличение размера белковых частиц, это объясняется повышением количества седиментированного казеина (казеина, выделенного из молока с помощью центрифугирования при 1,5 тыс. оборотов в минуту в течение 1 часа) и ростом относительной вязкости обезжиренного молока. При дальнейшем нагревании наблюдается понижением первого и второго показателей, затем вновь их повышение перед наступлением видимой коагуляции. првоначальное увеличение считают осаждение денатурированных сывороточных белков на поверхности казеиновых мицелл после взаимодействия первых с   -казеином или соединение между собой мицелл с помощью денатурированного b-лактоглобулина. Однако исследование поведения мицелл, диспергированных в растворе, не содержащем сывороточных белков, показало, что оно почти аналогично поведению мицелл при нагревании обезжиренного молока. таким образом сывороточные белки не могут индуцировать ассоциацию казеиновых мицелл. Считают, что главную роль в агрегировании казеиновых мицелл играет кальций, то есть при нагревании происходит кальций — индуцированное осаждение каззеинов. В процессе нагревания кальций осаждается на поверхности мицелл и затем в форме Са2+ или образующегося коллоидного фосфата кальция агрегируют казеиновые частицы. Дополнительное агрегирующее действие на казеин могут оказывать взаимодействующие с ним денатурированные сывороточные белки (b-лактоглобулина) и продукты реакции Майера. Содержащийся в молоке коллоидный фосфат кальция (КФК) особого значения для агрегирования казеина не имеет.