Биохимия молока

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.  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.

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.

Углеводы молока

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

Различают следующие группы липидов: жирные кислоты, нейтральные липиды, фосфолипиды, сфинголипиды, воска, стероиды.

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 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.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. 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.

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.

Водорастворимые витамины.

Витамин В1 (тиамин, антиневритный). 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.

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 молоке его содержится 2,0…3,8 мг/кг.

Витамин В4 (холин, капилляроукрепляющий) .Содержание в молоке может достигать 0,2…0,6 мг/кг.

Витамин В5 (ниацин (никотинамид), антипеллагрический. Содержание витамина в молоке может составлять 1,0…1,2 мг/кг.

Витамин В6 (пиридоксол, антидерматитны). В молоке содержится 0,18…0,24 мг/кг.

Витамин В7 (каротин).В молоке содержится до 0,3 мг/кг витамина В7 . 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) .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.

Витамин В12 (кобаламин, антианемический) В молоке витамина может содержаться до 3…5 мг/кг.

Витамин В13 (оротовая кислота).Высокое содержние отмечается в печени, молоке, дрожжах.

Витамин С (аскорбиновая кислота, антиоксидантный).В молоке витамина С может содержаться 4…25 мг/кг. Витамин очень чувствителен к действию УФ излучения и может быстро окисляться в присутствии кислорода.

Витамин Н (биотин, антисеборейный). Содержание в молоке может составлять 0,03…0,05 мг/кг.

Витамин N (липоевая кислота) .В молоке её содержится 0,02…0,05 мг/кг.

Витамин РР (никотиновая кислота, антипеллагрический) .В молоке содержится 0,8…1,8 мг/кг.

Витамин U (S-метилметионин, антигистаминный). Богаты витамином молоко и животные ткани (печень).

Жирорастворимые витамины.

Витамин А (ретинол, антиксерофтальмический). В молоке витамина А может содержаться от 0,08 до 1,0 мг/кг, а в молозиве – от 0,6 до 12 мг/кг.