Биохимия молока

      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 ³сыворотка 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 две группы: насыщенные и ненасыщенные (в составе углеводородного радикала одна, две и более двойных связей). Насыщенные жирные кислоты животных тканей, как правило, содержат чётное число углеродных атомов, чаще всего 16 (пальмитиновая) или 18 (стеариновая), тогда как ненасыщенные жирные кислоты имеют в своём составе одну или несколько двойных связей (кротоновая, олеиновая, эруковая, нервоновая, линолевая и др.).

     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.