Биохимия молока

     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.