Молочная промышленность

Характеристика состава молочного сырья

Химический состав молочного сырья (усредненные данные) представлен в таблице 1.

Таблица 1 - Химический состав молочного сырья, %
Таблица 1 — Химический состав молочного сырья, %

Вода

В молоке содержится 85-89 % воды. Вода выполняет различные функции и играет важную роль в биохимических процессах, происходящих при производстве молочных продуктов. Вода обладает свойством образовывать упорядоченную тетраэдрическую структуру. В такой структуре каждая молекула воды окружена четырьмя другими молекулами воды. Образование упорядоченной структуры объясняется тем, что молекулы воды поляризованы — каждый из двух атомов водорода молекулы обладает частичным положительным зарядом, а атом кислорода несет частичный отрицательный заряд. Следовательно, молекула воды представляет собой электрический диполь. Дипольные молекулы воды могут ориентироваться и связываться как друг с другом, так и с другими молекулами.

Большая часть воды молока (83,5-84 %) находится в свободном состоянии, т. е. может принимать участие в химических реакциях. Свободная вода представляет собой раствор различных органических и неорганических веществ (углеводов, солей и т. д.). Эта вода может быть удалена из молока при сгущении или сушке.

Меньшая часть воды (3-3,5 %) находится в связанном состоянии (адсорбционно-связанная вода). Она удерживается молекулярными силами около поверхности коллоидных частиц (белков, фосфолипидов, полисахаридов). Гидратация белковых молекул обусловлена наличием на их поверхности полярных групп (гидрофильных центров). К ним относятся карбоксильные, аминные, гидроксильные и другие группы. При адсорбировании диполи воды располагаются несколькими слоями вокруг гидрофильных центров белковой молекулы.

Первый слой (ориентированные неподвижные молекулы воды, прочно связанные с белком) называется гидратной или водной оболочкой. От свойств гидратных оболочек зависит стабильность белковых частиц и жировых шариков молока. Последующие слои молекул воды связаны с белком менее прочными связями, и по свойствам она не отличается от свободной воды. По количеству связанной влаги обычно судят о гидрофильности белков. Под гидрофильностью белков понимают способность связывать всю влагу (первого и последующего слоев).

Связанная вода по своим свойствам отличается от свободной воды. Она не замерзает при низких температурах (ниже -40 °С), не растворяет лактозу, соли и т. д., ее нельзя удалить при сгущении и сушке.

Особая форма связанной воды — химически связанная вода. Это вода кристаллизационная. В молоке она связана с кристаллами молочного сахара.

Белки

В процессах обмена и построения присущих живому организму веществ главенствующее положение занимают белки. Как составная часть живой клетки белки являются основой всех живых организмов и выполняют в них множество функций: структурную, транспортную, защитную, каталитическую, гормональную и др. Степень чистой утилизации молочных белков в организме человека составляет 15%.

Белков коровьего молока содержится приблизительно четвертая часть общего количества сухих веществ молока, колебания составляют от 2,9 до 4,0 % (в среднем 3,2 %). В состав молока входят три группы белков, г/кг:В состав молока входят три группы белков

Белки — это высокомолекулярные соединения, состоящие из аминокислот, которые соединены между собой пептидными связями.

Основой белковых молекул являются более 20 аминокислот, 18 из которых обнаружены в молочном белке, в том числе 8 незаменимых, т. е. не синтезируемых человеческим организмом. Большая часть из них (метионин, триптофан, изолейцин, фенилаланин, валин, лейцин) в белке молока содержится в количествах, значительно превышающих их содержание в белках мяса, рыбы и растительных продуктах.

Белки молока содержат такие элементы, как углерод, кислород, водород, азот. Кроме того, в их состав входят фосфор и сера. Для характеристики белков служат, прежде всего, азот, сера и фосфор.

Казеин

Казеин — основной белок молока по количественному содержанию и с точки зрения участия его во многих технологических процессах молочных продуктов. Содержание казеина в молоке колеблется от 2,3 % до 2,9 %. Казеин представляет собой комплекс более 30 фракций, основными из которых являются аs1, аs2, β и χ. Индекс «s» означает, что этот казеин осаждается под действием ионов кальция, цифры 1 и 2 показывают, что существуют еще такие же фракции кроме этих, более мелкие, второстепенные. Фракции казеина имеют различную молекулярную массу (от 19000 до 25000), различный аминокислотный состав,
генетически изменчивые варианты, отличающиеся друг от друга одним или двумя аминокислотными остатками в полипептидной цепи, различающиеся по отношению к ионам кальция и сычужному ферменту.

Кроме того, в молоке содержатся производные, или фрагменты, главных фракций казеина, которые образуются в результате расщепления последних под действием протеолитических ферментов молока.

Все фракции казеина являются фосфопротеидами, т. е. содержат остатки фосфорной кислоты, присоединенные к аминокислоте серину моноэфирной связью. Этим определяется их чувствительность к ионам кальция. аs2 — Казеин содержит 11 остатков серинфосфата, аs1-казеин — 8, β-казеин — 5 и χ-казеин — 1. Наиболее чувствительны к ионам кальция первые три фракции казеина. В их присутствии они образуют кальциевые мостики, агрегируют и выпадают в осадок.

χ-Казеин является фосфогликопротеидом, не чувствителен к ионам кальция, поэтому, располагаясь на поверхности мицеллы казеина, выполняет защитную функцию по отношению к аs— и β-казеинам. χ-Казеин содержит углеводы и чувствителен к сычужному ферменту, под действием которого распадается на две части: гидрофобный пара-χ-казеин (выпадающий в осадок) и гидрофильный гликомакропептид (остающийся в растворе и отделяющийся вместе с сывороткой).

По определению Кинселлы казенны — это группы гетерогенных фосфопротеидов, самоассоциирующихся в мицеллы в присутствии кальция, цитратов и фосфатов. Главными белковыми компонентами казеиновых мицелл являются аs1,-, аs2-, β- и χ-казенны, основными минеральными компонентами — кальций и фосфор. В небольших количествах мицеллы содержат цитрат, магний, калий и натрий. Углеводная часть казеиновых мицелл представлена сиаловой кислотой, галактозой и галактозамином. Кальций и фосфор в казеиновых мицеллах содержатся в двух формах. Неорганический кальций входит в состав коллоидного фосфата и цитрата кальция, органический кальций присоединен к фосфатным и карбоксильным группам казеина. Ионы кальция взаимодействуют с остатками фосфорной кислоты, соединяясь с одной или двумя ее гидроксильными (ОН) группами, кроме того они присоединяются к карбоксильным группам (СОО ) казеина. Во втором случае кальций имеет свободную связь и может образовывать кальциевый мостик между расположенными друг против друга серинфосфатными группами двух молекул казеина:

Характеристика состава молочного сырья Такой кальций играет определенную роль при образовании казеиновых мицелл и называется структурообразующим, так как объединяет две молекулы казеина. Кальциевые мостики способствуют агрегации коллоидных частиц казеина при сычужной и кальциевой коагуляции. Фосфор коллоидного фосфата кальция считают неорганическим фосфором, а фосфор, входящий в состав казеина, — органическим фосфором. Соединять молекулы казеина между собой наподобие кальциевых мостиков может и неорганический фосфор в виде коллоидного фосфата кальция, который наряду с ионами кальция может присоединяться к серинфосфатным группам казеиновых молекул.

Комплекс органического кальция с казеином называется казеинатом кальция, а комплекс казеината кальция с коллоидным фосфатом кальция — казеинаткальцийфосфатным комплексом (ККФК).

Мицеллы (ККФК) представляют собой почти сферические, рыхлые, пористые, сильно гидратированные частицы со средним диаметром около 100 нм (1 нм = 10-9 м). Они состоят из субмицелл, соединенных друг с другом с помощью коллоидного фосфата кальция, гидрофобных и электростатических взаимодействий, водородных и других связей. Сами субмицеллы состоят из молекул казеинатов кальция. Субмицеллы объединяются с помощью гидрофобных и электростатических взаимодействий таким образом, чтобы на поверхности образовавшейся мицеллы располагался χ-казеин, гидрофобные N-концевые участки которого взаимодействуют с ядром, а гидрофильные С-концевые участки с углеводами направлены в окружающую среду. Внутри же казеиновой мицеллы концентрируются чувствительные к ионам кальция аs1,-, аs2-, и β-казеины. Последние являются дифильными соединениями, т. е. в одной и той же молекуле содержат строго ограниченные полярные (гидрофильные) и неполярные (гидрофобные) участки. Для соединений дифильного характера среди всех возможных взаимодействий основными являются гидрофобные взаимодействия.

Водородные и дисульфидные связи присутствуют в субмицеллах в незначительных количествах и не играют важной роли в стабилизации субмицелл. Поэтому можно сделать вывод о том, что главную роль в формировании и стабилизации субмицелл и мицелл казеина играют гидрофобные взаимодействия, определенную роль играют электростатические взаимодействия.

Сывороточные белки

Сывороточные белки — это белки, остающиеся в сыворотке после осаждения казеина в изоэлектрической точке. Они составляют около 20 % всех белков молока. К ним относятся β-лактоглобулин (52 %), а-лактальбумин (23 %), иммуноглобулины (16 %), альбумин сыворотки крови (8 %), лактоферрин и другие минорные белки (1 %).

Сывороточные белки содержат больше незаменимых аминокислот, чем казеин, поэтому с точки зрения физиологии питания их следует считать наиболее полноценными. В сывороточных белках серы больше, чем в казеине. Технологическое значение имеет сера, образующая свободные сульфгидрильные группы. Наличие серы в сывороточных белках обусловлено присутствием серосодержащих аминокислот — метионина, цистина, цистеина. Они оказывают влияние на изменения белков в процессе переработки, например на денатурацию и органолептические показатели при тепловой обработке.

Сывороточные белки характеризуются равномерным распределением вдоль полипептидной цепи полярных и неполярных аминокислот, низким содержанием пролина, поэтому имеют компактную глобулярную конформацию со значительной степенью спирализации цепей и средним диаметром от 15 до 50 нм. Из-за малого размера их количество в молоке превышает число казеиновых мицелл приблизительно в 1500 раз.

При производстве кисломолочных продуктов, сыров используются такие свойства белков, как коагуляция и денатурация. Белки молока в водных растворах находятся в виде коллоидных частиц, размеры которых колеблются от 1 до 200 нм. Устойчивость коллоидных систем обусловлена наличием на поверхности частиц электрического заряда и гидратной оболочки. Нарушение этих факторов устойчивости приводит к осаждению (коагуляции) частиц.

Глобулярные белки, к которым принадлежит и казеин, за счет преобладания в них остатков кислых аминокислот приобретают в растворах избыток отрицательных зарядов. При определенных условиях (нагревании молока, увеличении концентрации ионов водорода и кальция за счет введения кислот и хлорида кальция) отрицательный заряд казеина можно снизить или даже приравнять к положительному. Величина рН, при которой наблюдается равенство положительных и отрицательных зарядов, называется изоэлектрической точкой. У казеина изоэлекгрическая точка находится в пределах значений рН 4,6-4,7. При этом значении рН белковые частицы теряют способность передвигаться в электрическом поле. Гидратация казеина в таких условиях проявляется слабо, и стабильность его самая низкая Силы электрического отталкивания между белковыми молекулами в этой точке минимальные. Это приводит к тому, что белки в изоэлектрической точке агрегируют (укрупняются) и коагулируют (выпадают в осадок).

При коагуляции происходит обратимое осаждение белков, т. е. при определенных условиях их снова можно перевести в нативное состояние. Свойство казеина осаждаться в изоэлектрической точке используется при производстве всех кисломолочных продуктов и сыров. Кроме того, способность казеина свертываться в кислой среде желудка человека с образованием сгустка имеет исключительно большое значение с точки зрения физиологии питания.

Одним из основных свойств белков молока является денатурация. Она может быть вызвана воздействием высоких температур, давлением и напряжением сдвига, ультрафиолетовым или ионизирующим излучениями, действием ферментов, органических растворителей (спирт, ацетон), химических веществ, реагирующих с функциональными группами на поверхности белка, и т. д.

Денатурация — это изменение структуры белка по сравнению с его нативным состоянием. В результате этого развертываются третичная и вторичная структуры и высвобождаются расположенные внутри них функциональные группы. Разрыв гидрофобных связей, под держивающих третичную и вторичную структуры белков, ведет к развертыванию нативной специфической структуры молекул белков и образованию произвольной конфигурации.

Связи, ранее поддерживающие структуру, высвобождаются и могут по-новому ориентироваться. К этому присоединяются и функциональные группы, которые первоначально размещались внутри глобул белков, а теперь участвуют в формировании связей тем, что вступают во взаимодействие с другими молекулами белка. При этом белок теряет растворимость, агрегирует и выпадает в осадок.

Денатурация молочных белков, вызванная нагреванием, действием ферментов и условиями хранения, создает ряд проблем в практике молочной промышленности, так как при этом часто снижается качество готовой продукции.

Тепловой денатурации в основном подвержены сывороточные белки. Самым нестабильным при нагревании является β-лактоглобулин. При нагревании молока до 30 °С β — лактоглобулин распадается на мономеры, которые при дальнейшем повышении температуры агрегируют за счет образования S-S связей:

Характеристика состава молочного сырья

Тепловая денатурация β-лактоглобулина приводит к коагуляции агрегированного белка (он коагулирует почти полностью при 85-100 °С). Кроме того, β-лактоглобулин образует комплексы с χ-казеином казеиновых мицелл и осаждается вместе с ними при коагуляции казеина. Этот комплекс значительно снижает воздействие на χ-казеин сычужного фермента и ухудшает термоустойчивость белков молока.

Термолабильными являются также иммуноглобулины, которые денатурируют при температуре выше 70 °С. Самым термоустойчивым из сывороточных белков является а-лактальбумин. Он содержит четыре дисульфидные связи (-S-S- связи) в отличие от β-лактоглобулина, который содержит две дисульфидные связи и одну свободную сульфгидрильную группу (SН-группу). Высокая устойчивость а-лактальбумина к нагреванию обусловлена обратимостью денатурации белка — после охлаждения наблюдается восстановление его нативной структуры за счет самопроизвольного повторного свертывания цепей. Этот процесс называют ренатурацией.

В процессе денатурации пептидные связи сохраняются, вследствие чего первичная структура белков не изменяется. Если происходит разрыв пептидной связи, это влечет за собой распад белка. Денатурация либо предшествует распаду белка, либо непосредственно связана с ним. При производстве молочных продуктов распад белка отчасти вызывают сознательно. С одной стороны, это достигается воздействием таких молокосвертывающих ферментов, как сычужный фермент или пепсин, с другой стороны — действием ферментов микробного происхождения. При распаде белков происходит гидролиз пептидных связей, в результате чего образуются вначале протеозы, пептоны, полипептиды, олигопептиды, затем аминокислоты и, наконец, вторичные продукты распада аммиак, амины, сероводород. Разрыв пептидных связей и образование свободных аминокислот при гидролизе (расщеплении) полипептидов играет большую роль при переваривании белков в пищеварительном тракте, при созревании сыров, изготовлении кисломолочных продуктов и т. д.

Источником биологически активных пептидов является казеин молока, в частности гликомакропептиды, отщепляемые от χ-казеина под действием химозина. Последние способствуют формированию белковых сгустков высокой степени дисперсности, определяющей высокую скорость гидролиза аs— и β-казеинов.

По физиологическим свойствам к гликомакропептидам близки фосфопептиды, отщепляемые от аs1-казеина в тонком отделе кишечника во время пищеварения, а также компоненты протеозопептонов, образующиеся из β-казеина. Данные фрагменты казеинов устойчивы к дальнейшему протеолитическому расщеплению, образуют растворимые комплексы с кальцием и способствуют абсорбции кальция и фосфора в кишечнике.

При гидролизе белков молока в желудочно-кишечном тракте могут образовываться экзоморфины, или морфиноподобные (болеутоляющие) пептиды. Предполагают, что экзоморфины поступают в кровь и принимают участие в изменении общего гормонального фона организма. По мнению исследователей, β-казоморфины, являющиеся фрагментами β-казеина, в кишечнике при дальнейшем ферментативном гидролизе могут давать гексапептиды и более мелкие пептиды, обладающие свойствами иммуномодуляторов, т. е. веществ, стимулирующих развитие иммунной системы новорожденного. Они могут повышать фагоцитарную активность макрофагов и устойчивость организма к некоторым инфекциям.

В последнее десятилетие ведутся исследования еще одного белка, найденного в молоке и названного ангиогенином. Белок способствует росту кровеносных сосудов, ускоряет заживление ран, ожогов. Изучением функциональной роли ангиогенина, методам выделения его из молока и молочной сыворотки занимаются ученые кафедры технологии молока и молочных продуктов Московского государственного университета прикладной биологии (МГУПБ) совместно с Институтом биохимии им. А. Н. Баха.

Итак, белки молока являются белками высокой биологической ценности, как по составу аминокислот, так и по скорости переваримости в желудочно-кишечном тракте и другим важным биохимическим и физиологическим свойствам. Кроме того, пищевая ценность молочных белков повышается благодаря связям белковых молекул с липидами, витаминами, минеральными веществами.

Липиды

Липиды — общее название жиров и жироподобных веществ, обладающих одинаковыми физико-химическими свойствами. Молочный жир представляет собой сложный комплекс, состоящий из простых липидов (триглицериды, диглицериды, моноглицериды), сложных липидов (фосфолипиды, лецитин, кефалин, сфингомиелин), производных липидов (свободные жирные кислоты) и веществ, сопутствующих жиру (стерины, холестерин, жирорастворимые витамины А, Е, D, К, каротиноиды).

Жиры служат энергетическим материалом, выполняют функции запасных и защитных веществ, фосфолипиды являются структурными элементами мембран клеток.

Содержание молочного жира в молоке колеблется от 2,8 до 5 %. По химическому составу это, в основном, смесь многочисленных триглицеридов (98-99 %), которые подразделяются на тринасыщенные (44-48 %), динасыщенно-мононенасыщенные (47-52 %), мононасыщенно-диненасыщенные, триненасыщенные (летом отсутствуют).

Триглицериды

Триглицериды — это эфиры трехатомного спирта глицерина и жирных кислот. В состав молочного жира входит свыше 100 жирных кислот, основные из которых представлены в таблице 2.

Таблица 2 - Основные жирные кислоты молочного жира
Таблица 2 — Основные жирные кислоты молочного жира

Триглицериды молочного жира — гетерогенные вещества. Кислоты, входящие в состав триглицеридов, оказывают значительное влияние на их свойства. В зависимости от природы кислотных компонентов различают насыщенные и ненасыщенные триглицериды.

Насыщенные жирные кислоты молочного жира определяют такие его свойства, как способность к плавлению, а следовательно, его консистенцию, и также вкус и запах. Температура плавления и температура отвердевания служат важными физическими характеристиками для молочного жира.

Температура плавления молочного жира — температура, при которой жир переходит в жидкое состояние. Она зависит от общего числа атомов углерода в цепи жирных кислот и от четного или нечетного их содержания.

Температура отвердевания — температура, при которой молочный жир отвердевает.

Насыщенные жирные кислоты с числом атомов углерода до 8 остаются при комнатной температуре жидкими. С увеличением относительной молекулярной массы жирных кислот повышается и температура их плавления. Жирные кислоты с нечетным числом атомов углерода обладают более низкой температурой плавления и кипения, чем жирные кислоты, у которых четное число атомов углерода.

Чрезвычайно высокая температура плавления жирных кислот с числом атомов углерода от одного до пяти объясняется наличием водородных мостиков. В насыщенных жирных кислотах длина углеродной цепи оказывает большее влияние, чем в ненасыщенных. С увеличением длины цепи температура плавления повышается, плотность увеличивается, диссоциация становится незначительнее и сила кислоты уменьшается.

В отличие от всех других жирных кислот молочного жира масляная кислота полностью, а капроновая кислота частично растворяются в воде, поэтому обе их можно титровать основаниями в водном растворе. Это свойство лежит в основе метода определения числа жира (числа Рейхерта-Мейсля). Число Рейхерта-Мейсля характеризует содержание в жире растворимых в воде жирных кислот (масляной и капроновой). Молочный жир имеет высокое число Рейхерта-Мейсля, что позволяет на практике по его величине судить о натуральности молочного жира.

Свободные низкомолекулярные жирные кислоты оказывают самое сильное влияние на вкус и запах молочного жира. Жирные кислоты, содержащие более 12 атомов углерода, практически не имеют вкуса и запаха. Низшие летучие жирные кислоты обусловливают формирование неприятного прогорклого вкуса и запаха, который ощущается при концентрациях от 0,009 мг кислоты на 1 кг жира. Вместе с тем, присутствуя в меньших количествах, они способствуют развитию специфического аромата в некоторых молочных продуктах. Молекулярный состав молочного жира характеризует число омыления. Чем больше это число, тем больше в нем содержится низкомолекулярных жирных кислот. Число омыления определяется количеством миллиграммов едкого кали, которое необходимо для омыления 1 г молочного жира.

Ненасыщенные жирные кислоты оказывают большее влияние на физические и химические свойства молочного жира, чем насыщенные жирные кислоты, так как обладают следующими свойствами:

  • большое число изомерных форм, причем жирные кислоты могут переходить из одной формы в другую;
  • легкая окисляемость кислородом воздуха и образование низкомолекулярных продуктов распада;
  • способность к реакциям присоединения с галогенами, используемая для определения содержания ненасыщенных триглицеридов и, следовательно, консистенции.

Для ненасыщенных жирных кислот характерны два различных вида изомерии: изомерия положения двойных связей и стереоизомерия (цис-, транс-изомерия). Изомерные соединения имеют одинаковый состав, но отличаются друг от друга структурой и, следовательно, физическими и химическими свойствами.

Изомерия положения касается расположения двойных связей в углеродной цепи. Значение изомеров положения состоит прежде всего в образовании различных продуктов распада при окислении. В то время как в органических соединениях с простыми связями углерода свободно вращаются вокруг оси связи, в соединениях с двойными связями этого нет, что ведет к стереоизомерии.

Транс-форма — это молекула с более высокой симметрией, представляющая собой более стабильную форму жирных кислот. При комнатной температуре жирные кислоты в трансформе — твердые. Чтобы получить транс-изомеры ненасыщенных жирных кислот растительных масел для замены части молочного жира при производстве сливочного масла, проводят гидрогенизацию растительных масел. Ненасыщенные жирные кислоты в растительном масле преобладают над насыщенными, поэтому гидрогенизированный растительный жир приобретает более стабильную твердую форму.

В молочном жире содержится незначительное количество ненасыщенных жирных кислот в транс-форме, например вакценовая кислота. Химические и физические свойства, а также питательная ценность жира зависят от того, какие изомеры ненасыщенных жирных кислот присутствуют в нем.

Ненасыщенные жирные кислоты способны к окислению и самоокислению. Самоокисление начинается с отщепления атома водорода от соседней с двойной связью метиленовой группы под воздействием света, что вызывает перемещение двойных связей и в конечном итоге приводит к образованию гидроперекиси ненасыщенных жирных кислот.

Гидроперекиси жирных кислот легко подвергаются распаду, что приводит к порче молочного жира. В качестве продуктов распада обнаружены ненасыщенные альдегиды и эпоксиды, которые обладают очень выраженным вкусом. Несмотря на это, присутствие ненасыщенных жирных кислот с многократными связями в молочном жире очень важно, так как они необходимы человеческому организму, который не в состоянии их синтезировать сам и получает с пищей. К незаменимым жирным кислотам относятся линолевая и арахидоновая кислоты.

Для обнаружения ненасыщенных жирных кислот в молочном жире используют их способность реагировать с галогенами: йодом, хлором, бромом. Реакция присоединения галогенов служит для количественного определения двойных связей. Содержание в жире ненасыщенных жирных кислот показывает йодное число. Оно выражается в граммах йода, которые связываются 100 г жира.

Для жирных кислот с одинаковым числом углеродных атомов, но разным количеством двойных связей (две или три) йодное число увеличивается примерно в два или три раза соответственно.

На практике йодное число используют как показатель консистенции масла и для выбора температурных режимов обработки сливок при производстве масла.

Количество ненасыщенных и высокомолекулярных жирных кислот характеризует число рефракции: чем оно выше, тем больше в жире данных кислот. Число рефракции характеризует способность жира преломлять луч света, проходящий через него. Это число используют для регулирования режимов обработки сливок при производстве масла.

Молочный жир кроме триглицеридов содержит в небольших количествах сопутствующие жироподобные вещества. К ним относятся фосфолипиды, гликолипиды, стерины, жирорастворимые пигменты (каротин и др.), витамины (А, Э, Е), ди- и моноглицериды, свободные жирные кислоты. Некоторые из этих веществ значительным образом влияют на пищевую ценность молочного жира.

Особую роль в молочном жире играют фосфолипиды. Наиболее распространенные фосфолипиды молока— лецитин и кефалин. Это полноценные вещества с точки зрения физиологии питания. Фосфолипиды необходимы для построения костной и нервной тканей, а также мозгового вещества, поэтому должны постоянно поступать в организм вместе с пищей.

Фосфолипиды стабилизируют эмульсию жира в молоке, так как в виде фосфолипидно-белкового комплекса входят в состав оболочек жировых шариков (лецитин является хорошим эмульгатором).

В молочных продуктах фосфолипиды могут действовать либо как прооксиданты (ускорители окисления), либо как антиоксиданты (антиокислители). В сухих молочных продуктах и масле фосфолипиды проявляют себя как антиокислители. При этом защитное действие их тем сильнее, чем дольше нагревание и чем выше температура молочного жира. При более высоких температурах фосфолипиды растворяются лучше, белковый комплекс разрушается и фосфолипиды выделяются в свободном виде.

Во влагосодержащих молочных продуктах фосфолипиды действуют как катализаторы окисления и зачастую вызывают нежелательные окислительные процессы, что приводит к их порче.

Содержание фосфолипидов в молоке и молочных продуктах, %: молоко — 0,03-0,05; сливки — 0,149-0,18; обезжиренное молоко — 0,018-0,02; масло — 0,38; пахта — 0,15-0,21.

При гомогенизации и пастеризации молока часть фосфолипидов (5-15 %) переходит из оболочек жировых шариков в водную фазу. При сепарировании молока 65-70 % фосфолипидов переходит в сливки, при получении масла 55-70 % фосфолипидов переходит в пахту.

Стерины

Стерины — типичные сопутствующие вещества животных и растительных жиров. Они различаются по размеру кристаллов и температуре плавления. По этим признакам легко отличить стерины животных и растительных жиров. Стерины молока представлены в основном холестерином, который выполняет в организме жизненно важные функции: обладает, например, способностью обезвреживать ядовитые вещества крови — сапонины, способствующие растворению красных кровяных шариков.

Поступающий вместе с пищей холестерин расходуется в зависимости от потребности организма. Если обмен веществ в клетках нарушается из-за неправильного питания в течение ряда лет, то холестерин может стать причиной атеросклероза.

Каротин

Каротин — жирорастворимый пигмент молока — обусловливает окраску молочного жира и молока. Содержание каротина и соответственно интенсивность окрашивания зависит от состава корма, сезона года, породы животных. Зимой и весной содержание каротина в молоке снижается из-за недостаточного его содержания в кормах. Сезонные колебания цвета сливочного масла также связаны с изменением содержания каротина в кормах животных. При хранении молока и масла на свету содержание его снижается.

Молочный жир находится в плазме молока в виде жировых шариков и образует с водой эмульсию типа «масло в воде». Эмульсии в простейшем случае представляют собой тонкодисперсную систему из двух не растворяющихся одна в другой жидкостей, причем одна из жидкостей в тончайшем распределении находится в другой. Свежевыдоенное молоко — двухфазная эмульсия. После охлаждения часть жира в жировых шариках выкристаллизовывается и образуется трех- и многофазная эмульсия. С понижением температуры кристаллизация жира быстро прогрессирует, и молочный жир, диспергированный в плазме, представляет собой уже не эмульсию, а суспензию — систему твердых частиц в непрерывной жидкой фазе.

В молоке жировые шарики образуют полидисперсную эмульсию из-за различной величины жировых шариков. Размер и количество жировых шариков в молоке не постоянны и зависят от породы животного, стадии лактации, видов кормов и т. д. В среднем в 1 мл молока содержится от 1,5 до 3 млрд жировых шариков. Диаметр жировых шариков колеблется от 0,1 до 10 мкм (100-10000 нм) с преобладанием от 3 до 6 мкм (3000-6000 нм). Размер жировых шариков имеет практическое значение, так как определяет степень перехода жира в продукт при производстве сливок, масла, сыра, творога и других молочных продуктов.

Стабильность эмульсии или суспензии — это способность частиц оставаться диспергированными в жидкой фазе. Она обеспечивается присутствием тонкого слоя третьего компонента — эмульгатора — на поверхности диспергированных частиц. Этот слой образует энергетический барьер на поверхности жировых шариков, предотвращая соединение их при столкновении. Как тонкодисперсные составные частицы молока жировые шарики совершают тепловое движение, которое известно под названием броуновского движения молекул. Оно приводит к столкновению жировых шариков вследствие их большого количества, что неизбежно должно было бы повлечь за собой их слияние с образованием более крупных жировых капель. Тем не менее этого почти не происходит в молоке, не подвергавшемся интенсивной механической и тепловой обработке.

Молоко — стойкая эмульсия. Стабильность эмульсии молока может быть обусловлена только особым свойством поверхности жировых шариков — наличием оболочки. Оболочечное вещество жировых шариков представляет собой комплексное соединение фосфолипидов (лецитин, кефалин и др.) с белками (гликопротеиды и др.).

Липидно-белковый комплекс является специфическим эмульгатором в жировых шариках. Кроме того, в оболочках присутствуют стерины, витамины (А, D, Е), каротин, ферменты (ксантиноксидаза, мембранная липаза, щелочная фосфатаза, и др.), металлы (медь, железо).

Соответствующей обработкой оболочки могут быть частично или полностью удалены с поверхности жировых шариков, и тогда последние приобретают способность соединяться (агрегировать) между собой с образованием жировых комочков. Агрегация жировых шариков — желательное явление при сбивании сливок в производстве масла. В других случаях, например, при транспортировке молока, взбивании и фризеровании смесей для мороженого, производстве сгущенных и сухих молочных продуктов этот процесс не желателен.

Оболочка жирового шарика имеет размер около 10-15 нм и состоит из нескольких слоев: мономолекулярных фосфолипидов, белка и гидратной воды. К жировой глобуле прилегает мономолекулярный фосфолипидный слой, основным компонентом которого является лецитин, причем углеводородные цепи фосфолипидов находятся в жировой фазе, а гидрофильные остатки направлены к водной фазе.

С фосфолипидным слоем тесно связан второй слой — оболочечного белка, который является главным элементом оболочки. Это обусловлено тем, что эмульгирующие свойства белков усиливаются за счет комплексообразования с фосфолипидами.

Оболочечные белки некоторые исследователи связывали с эвглобулином сывороточных белков, но мнения по этому поводу разноречивы и вопрос до конца не изучен. Предполагается, что оболочечные белки могут быть прочно встроенными во внутренний липидный слой оболочки жирового шарика, пронизывать ее или располагаться на внешней поверхности оболочки. Это, как правило, гликопротеиды молекулярной массой от 15000 до 240000, содержащие 15-50 % углеводов и характеризующиеся различной растворимостью в воде.

Некоторые из них обладают свойствами ферментов. Молекулы гликопротеидов пронизывают всю оболочку: они находятся как в контакте с водной фазой, так и с фазой тугоплавких триглицеридов.

Гидрофобные белки, основную часть которых составляет гликопротеид с молекулярной массой 60000, находятся в наибольшем контакте с жировой глобулой, выводя свои функциональные группы на поверхность в сторону водной фазы. Гидрофильные низкомолекулярные полипептиды в основном находятся в поверхностном слое оболочки. Компоненты поверхностного слоя оболочки слабо сцеплены между собой и легко десорбируют в плазму.

По уточненным данным предполагается, что оболочка жирового шарика, как натуральная, так и адсорбционная, представляет собой гелеобразную пленку, плотно прилегающую к жировой глобуле и диффузно переходящую в золь (коллоидный раствор) с удалением от нее.

Условно можно выделить два слоя оболочки: внутренний и внешний, хотя четкой реальной границы между ними не существует. Структура внутреннего слоя оболочки будет определяться влиянием жировой фазы, а внешнего — водной. Несмотря на различие структур, внутренний и внешний слои оболочки могут иметь идентичный состав.

Внутренний слой оболочки жирового шарика — сплошной гелеобразный с трехмерной структурой — состоит из развернутых макромолекул белков и липидно-белковых комплексов, высокоассоциированных между собой в основном за счет межмолекулярных гидрофобных связей при содействии водородных связей и электростатического притяжения.

Прочное сцепление внутреннего слоя оболочки с жировой глобулой обеспечивается за счет проникновения гидрофобных остатков макромолекул белков или липидно-белковых комплексов в жировую тобулу, с одной стороны, и жира — в гидрофобные участки оболочки, с другой. Полярные группы, стремясь выйти из высокоассоциированного внутреннего слоя, располагаются в сторону водной фазы, достигая внешнего слоя оболочки или ее наружной поверхности.

Внешний слой оболочки жирового шарика—диффузный, рыхлый, подвижный, сильно сальватированный дисперсионной средой, — состоит из макромолекул белков или липиднобелковых комплексов, свернутых в глобулы с прочными гидратными оболочками. Структура этих глобул обусловлена внутримолекулярными гидрофобными взаимодействиями при содействии водородных связей и электростатического притяжения. Она обеспечивает наименьший контакт неполярных групп с водой.

Вокруг каждой полярной группы, расположенной на наружной поверхности оболочки жирового шарика и обращенной в сторону водной фазы, ориентируется слой противоионов, в основном ионов Са2+, что и приводит к возникновению двойного электрического слоя (ДЭС) с характерными для него адсорбционной и диффузной частями. Сильно гидратированные противоионы диффузной части ДЭС образуют гидратную оболочку, что обусловливает высокую лиофильность поверхности оболочки жирового шарика. Чем ближе к водной фазе расположены элементы внешнего слоя оболочки, тем в большей степени выражена их мицеллярная структура, выше плотность поверхностного заряда и прочнее гидратная оболочка, тем слабее они связаны между собой и легче десорбируют в плазму при внешнем воздействии.

Углеводы

Углеводы— это широко распространенная в природе группа веществ, выполняющих главным образом энергетическую функцию. Кроме того, они принимают участие в построении сложных органических соединений (например, гликопротеидов), выполняющих важную физиологическую роль.

Углеводы представляют собой альдегиды и кетоны многоатомных спиртов. В зависимости от строения молекул их подразделяют на моносахариды, олигосахариды и полисахариды.

Основным углеводом молока является лактоза, которая относится к олигосахаридам, точнее — это дисахарид, построенный из остатков D-глюкозы и D-галактозы. Содержание ее в молоке составляет 4,5-5,0 %. Кроме нее в молоке обнаружены лишь следы других углеводов (глюкоза 0,15 %, галактоза 0,15 %, моносахариды 0,30 %).

Лактоза находится в молоке в виде истинного раствора и представлена двумя формами — α и β. Они различаются пространственным расположением гидроксильной группы у первого углеродного атома молекулы глюкозы. α-Форма менее растворима, чем β-форма. Обе формы могут переходить одна в другую, скорость перехода зависит от температуры. Чистых водных растворов α- или β-форм лактозы не существует: в водном растворе часть а-лактозы переходит в β-лактозу, а при растворении β-лактозы часть ее переходит в а-лактозу. При 20 °С в условиях динамического равновесия содержится 37,75 % а-лактозы и 62,25 % β-лактозы.

α-Лактоза выкристаллизовывается из пересыщенных растворов лактозы при температурах ниже 93,5 °С с одной молекулой гидратной воды. Именно в α-гидратной форме ее получают из молочной сыворотки при производстве молочного сахара, который находит все большее применение в фармацевтической и пищевой промышленностях, в том числе при производстве детских молочных продуктов, чаще всего в смеси с лактулозой (лактолактулоза). Кристаллизация лактозы играет основополагающую роль при производстве сгущенных молочных продуктов, влияя на качество готовой продукции.

β-Лактоза образуется в твердом состоянии из растворов лактозы при температурах выше 93,5 °С. Способы получения этой формы лактозы сводятся к кристаллизации при этих режимах. В сухих молочных продуктах Р-лактоза всегда присутствует в тех случаях, когда удаляют влагу при температурах выше 93,5 °С, поэтому она содержится преимущественно в сухом молоке распылительной сушки.

Лактоза обусловливает питательную ценность молока и играет большое значение в формировании свойств и качества молока и молочных продуктов. Она служит исходным веществом для процесса брожения, следствием чего является низкая стойкость молока при хранении.

Вместе с тем этот процесс имеет основополагающее значение при производстве кисломолочных продуктов и сыров. Лактоза оказывает влияние на свойства молочных консервов в процессе хранения, обусловливает изменение цвета и вкуса молочных продуктов при стерилизации.

Нагревание молока выше 100 °С приводит к его легкому побурению. Это вызвано реакцией между лактозой и белками с образованием меланоидинов — веществ темного цвета с привкусом карамелизации (реакция Майара). Кроме того, при нагревании водных растворов лактозы до температуры около 100 °С лактоза частично превращается в лактулозу, которая отличается от молочного сахара тем, что содержит вместо остатка ппокозы остаток фруктозы. Лактулоза хорошо растворяется в воде и более сладкая, чем лактоза. Молочные продукты, обогащенные лактупозой, способствуют активизации жизнедеятельности бифидобактерий и подавлению вредных бактерий в кишечнике человека, стимулированию абсорбции минеральных веществ и укреплению костей, ингибируют образование вторичных желчных кислот, проявляют антиканцерогенный эффект.

Особенно важным свойством лактозы для молочной промышленности является ее способность к гидролизу под действием органических кислот и ферментов. Ферментативный гидролиз под действием фермента лактазы играет большую роль при производстве кисломолочных продуктов и сыров.

Ферментативный гидролиз создает предпосылки для брожения, так как сама лактоза непосредственно не подвергается сбраживанию, а распадается на глюкозу и галактозу, с которыми затем и происходит ряд ферментативных реакций. В зависимости от образующихся конечных продуктов распада различают несколько видов брожения. Наиболее важные для молочной промышленности — молочнокислое, спиртовое, маслянокислое, пропионовокислое и уксуснокислое. Два последних вида брожения — это побочные виды брожения, необходимым промежуточным продуктом для которых служит молочная кислота. Маслянокислое брожение — нежелательный вид брожения в молочной промышленности. Оно является причиной вспучивания в сырах и появления неприятных вкуса и запаха в кисломолочных продуктах.

Минеральные вещества молока

Минеральные вещества молока — это катионы металлов и анионы неорганических и органических веществ молока. Массовая доля их в молоке составляет 0,7-0,8 % от всех сухих веществ. В зависимости от концентрации в молоке они делятся на макро- и микроэлементы.

К основным макроэлементам можно отнести кальций, фосфор, калий, натрий, магний, хлор, а также фосфаты, хлориды, цитраты, сульфаты и карбонаты. Преобладают в молоке фосфаты, цитраты и хлориды кальция, калия, натрия и магния. Они обусловливают пищевую ценность молока и стабилизируют коллоидное состояние белковых частиц молока. Ионы кальция входят в состав казеинаткальцийфосфатного комплекса молока. Адсорбируясь на поверхности, они укрепляют гидратную оболочку и тем самым повышают устойчивость казеина.

Макроэлементы находятся в молоке в виде истинных и коллоидных растворов. Закон электронейтральности раствора требует, чтобы сумма зарядов катионов равнялась сумме за­рядов анионов. Солевое равновесие молока (определенное соотношение между катионамикальция и магния и анионами фосфатов и цитратов) обусловливает распределение составных частей его солей между истинно растворимыми, коллоидно растворимыми и связанными с белками формами. Связанные между собой диссоциационные равновесия оказывают  буферное действие по отношению к ионам кальция и магния. Уменьшение их концентрации под влиянием какого-либо фактора сразу же влечет за собой смещение других равновесий до тех пор, пока не будет достигнуто первоначальное соотношение концентраций этих ионов.

Равновесие солевой системы молока в процессе его переработки может нарушаться вследствие изменений температуры, значений рН молока и концентрации тех или иных ионов. Самопроизвольное изменение солевого равновесия молока под действием различных факторов может привести к нарушению технологического процесса при производстве различных молочных продуктов (например, коагуляция белков при стерилизации молока). Направленное нарушение солевого равновесия молока применяется при производстве творога, сыров и других молочных продуктов.

Кроме макроэлементов в молоке содержатся микроэлементы, связанные с белками и оболочками жировых шариков. К ним относятся медь, железо, цинк, кобальт, марганец, йод, свинец и др. Микроэлементы повышают пищевую ценность молока, являясь ценными элементами пищевых продуктов; они входят в состав многих ферментов, а также необходимы для развития микроорганизмов, вносимых в молоко в составе заквасок при производстве кисломолочных продуктов. Однако содержание микроэлементов выше нормы может отрицательно сказаться на качестве молока. Некоторые микроэлементы могут быть катализаторами химических реакций в молоке и молочных продуктах, что может привести к образованию пороков качества.

Витамины

Витамины — органические соединения, необходимые для нормальной жизнедеятельности живого организма, в том числе и человеческого. В молоке содержатся все жизненно необходимые витамины, хотя и в небольших количествах.

Различают жирорастворимые и водорастворимые витамины: первые преобладают в молочном жире (в сливках, масле, пахте), вторые — в обезжиренном молоке и молочной сыворотке. К жирорастворимым витаминам относятся: ретинол (витамин А), кальциферол (D), токоферол (Е), филлохинон (К). К водорастворимым витаминам относятся: тиамин (В1), рибофлавин (В2), пиридоксин (В6), пантотеновая кислота (В3), цианкобаламин (В12), ниацин (РР), аскорбиновая кислота (С), биотин (Н).

Между жиро- и водорастворимыми витаминами существуют функциональные различия. Жирорастворимые витамины проявляют специфические действия при образовании тканей и клеточных группировок. Водорастворимые витамины группы В входят в состав многих ферментов. Большинство витаминов очень чувствительны к внешним воздействиям, таким как высокие температуры, УФ-излучение, к действию кислот и оснований, кислорода воздуха. При производстве молочных продуктов это нужно учитывать, выбирая щадящие режимы технологических процессов, чтобы максимально сохранить витамины от разрушения.

Часть витаминов образуется в организме из провитаминов. Последние имеют такое же важное значение для жизнедеятельности человека, что и витамины. Провитамины — это органические соединения, которые в результате ферментативных реакций или энергетических воздействий превращаются в витамины. Например, витамин А образуется из провитамина — β-каротина.

Витамины молока играют важную роль с точки зрения физиологии питания. Часть витаминов оказывает влияние на окислительно-восстановительный потенциал молока и поэтому может действовать в качестве антиокислителей. Отдельные витамины проявляют себя как окрашивающие элементы. Кроме того, некоторые витамины являются стимуляторами роста микроорганизмов, что имеет важное значение при производстве кисломолочных продуктов.

В молоке содержится недостаточное количество витаминов, снижающееся к тому же при переработке его в молочные продукты. Для повышения питательной и биологической ценности молока и молочных продуктов была предложена их витаминизация. В кисломолочных продуктах такая витаминизация возможна за счет использования определенных штаммов микроорганизмов, в результате жизнедеятельности которых образуются некоторые витамины, например витамин С и витамины группы В. Кроме того, витаминизация может быть использована из технологических соображений, например, β-каротин может быть использован как жирорастворимый краситель, токоферол как антиокислитель, рибофлавин как водорастворимый краситель, аскорбиновая кислота как восстановитель для предотвращения окислительных процессов в молоке и масле.

Ферменты

Ферменты — это специфические вещества, оказывающие каталитическое действие на биохимические реакции в живых организмах. Под действием ферментов молекулы белков, жиров и углеводов расщепляются на более мелкие, затем распаду подвергаются и эти соединения, выделяя энергию, необходимую для под держания жизнедеятельности живого организма.

В молоке, полученном от здоровых животных, содержащихся на хороших рационах, присутствует более 20 ферментов. Большая часть ферментов образуется в клетках молочной железы животного и попадает в молоко во время секреции, другая часть, вероятно, попадает в молоко из крови животного (нативные ферменты). Микроорганизмы молока в процессе своей жизнедеятельности также выделяют много ферментов (микробные ферменты), их насчитывают более 50. В производстве молока и молочных продуктов ферменты играют важную роль. На действии ферментов основано производство сыра и кисломолочных продуктов.

Они могут вызывать также нежелательные изменения составных частей молока и молочных продуктов при хранении, вызывая пороки качества. Ферменты молока делятся по своим действиям на несколько классов. Наибольшее практическое значение имеют ферменты, катализирующие окислительно-восстановительные процессы (оксидоредуктазы), и ферменты, катализирующие расщепление составных частей молока: белков, жиров и углеводов (гидролитические ферменты).

Оксидоредуктазы

К оксидоредуктазам относят дегидрогеназы, оксидазы, пероксидазу и каталазу. Дегидрогеназы и оксидазы катализируют реакции окисления веществ путем отщепления от них водорода. Пероксидаза и катал аза окисляют различные органические соединения с помощью пероксида водорода.

Нативные дегидрогеназы (редуктазы) в очень небольшом количестве находятся в молоке. В основном они накапливаются в молоке при размножении различных микроорганизмов. Наибольшей способностью образовывать редуктазы обладают пептонизирующие белки бактерии, затем маслянокислые, гнилостные, различные кокки, молочнокислые бактерии, кишечные палочки. Активность редуктаз можно определить по продолжительности восстановления добавленного к молоку индикатора метиленового синего (редуктазная проба).

С увеличением количества бактерий в молоке возрастает его восстанавливающая способность. На этом свойстве основано определение общего количества бактерий в молоке по редуктазной пробе. Дегидрогеназы, вырабатываемые молочнокислыми бактериями и дрожжами, играют важную роль при молочнокислом и спиртовом брожении при производстве
кисломолочных продуктов.

К оксидазам относят, главным образом, нативную ксантиноксидазу. Она окисляет различные альдегиды и пуриновые основания до соответствующих кислот. К оксидазам относят также малоизученную аскорбатоксидазу, катализирующую окисление аскорбиновой кислоты, и некоторые другие ферменты.

Пероксидаза содержится в молоке в значительных количествах, попадает в него из клеток молочной железы и бактериями не выделяется. Пероксидаза окисляет с помощью перекиси водорода различные полифенолы и ароматические амины. Температура инактивирования пероксидазы — около 80 °С без выдержки, поэтому по ее присутствию можно определять эффективность пастеризации молока (проба на пероксидазу). В молоке и молочных продуктах пероксидаза не имеет большого значения.

Каталаза — это фермент, способствующий разложению перекиси водорода на воду и молекулярный кислород. В молоке находится нативная и микробная каталаза. Повышенное количество каталазы может указывать на наличие примеси в цельном молоке молозива и маститного молока. Определение активности каталазы проводят для контроля молока, полученного от больных животных.

Гидролитические ферменты (гидролизы)

Гидролитические ферменты (гидролизы) — ферменты, катализирующие процессы гидролитического расщепления. Они разрывают внутримолекулярные связи, за исключением углеродных, присоединяя элементы воды. К гидролитическим ферментам относятся протеазы (протеолитические ферменты), липазы, лактазы, фосфатазы, амилазы.

Протеазы катализируют расщепление белков и продуктов их распада до аминокислот, разрывая пептидные связи.

В молоке содержится небольшое количество нативной протеазы. Предполагается, что желирование стерилизованного молока происходит в результате инактивации протеазы при УВТ-обработке молока. Нативная протеаза вызывает гидролиз β-казеина с образованием γ-казеинов.

Более важное значение имеют протеазы, выделяемые микрофлорой молока. В молочной промышленности такие протеазы участвуют в процессах созревания сыров, вызывают пороки вкуса в молоке и масле, способствуют росту микроорганизмов, так как при расщеплении белков образуются необходимые для развития микроорганизмов аминокислоты. Под действием протеаз образуются пептоны и протеозы, а также полипептиды и аминокислоты, способствующие развитию аромата в сыре. Если ферментативный гидролиз белка останавливается на стадии образования пептонов или слишком много пептонов появляется на стадии созревания, то это придает сыру горький привкус.

Активность протеолитических ферментов, выделяемых различными видами микроорганизмов неодинакова. Например, молочнокислые палочки выделяют более активные протеазы, чем стрептококки При производстве сыров и некоторых кисломолочных продуктов для свертывания белков молока применяют протеолитические ферменты животного (сычужный фермент), растительного (пепсин) и микробного происхождения.

Липазы катализируют гидролиз эфирных связей триглицеридов молочного жира с отщеплением свободных жирных кислот, ди- и моноглицеридов. Липазы имеют большое значение в молочной промышленности, так как могут быть причиной ярко выраженных пороков вкуса и запаха в молоке и молочных продуктах. Даже следы свободных низкомолекулярных жирных кислот придают молоку и маслу очень неприятный прогорклый вкус.

В молоке присутствуют и нативная, и бактериальная липазы. Нативная липаза находится в молоке в двух видах: мембранная, связанная с оболочками жировых шариков, и плазменная, связанная с казеином. В свежем молоке липаза обычно не активна. Активизироваться она может в процессе хранения молока и молочных продуктов, в результате механического воздействия на молоко (встряхивания, перекачивания насосами и т. д.), замораживания молока или быстрой смены температур.

Высокой активностью обладают липазы микробного происхождения, выделяемые психротрофными бактериями и плесневыми грибами. Они могут вызывать прогорклый вкус молока, масла и других молочных продуктов. В некоторых сырах, созревающих при участии плесени или слизи, бактериальная липаза обусловливает образование специфического вкуса и аромата. Оптимум действия липазы — при температуре 37 °С. Инактивируется нативная липаза при температурах около 80 °С, бактериальная липаза — около 90 °С.

Лактаза катализирует гидролиз лактозы с образованием глюкозы и галактозы, которые в свою очередь распадаются впоследствии на более простые соединения: кислоты, спирт, углекислый газ и др. Этот процесс является основополагающим при производстве кисломолочных продуктов и сыров. В молоке находится лактаза микробного происхождения. Оптимум ее действия находится при температуре 40 °С.

Фосфатазы катализируют гидролиз сложных эфиров фосфорной кислоты, образующихся в организме при обмене веществ. Они попадают в молоко из клеток молочной железы и бывают по своему действию щелочные (диапазон действия при рН около 9,0) и кислые (диапазон действия при рН около 4,5) фосфатазы. Щелочная фосфатаза адсорбируется на поверхности жировых шариков, кислая фосфатаза связана с альбуминовой фракцией молока. Температуры, вызывающие тепловую денатурацию щелочной фосфатазы, сопоставимы с температурами, вызывающими денатурацию белков клеток патогенной микрофлоры молока (63 °С в течение 30 мин, 72°С в течение 15 с и 80°С без выдержки). Отсутствие щелочной фосфатазы в пастеризованном молоке служит доказательством эффективности режимов пастеризации. Следует учитывать, что фосфатазы способны к реактивации и могут быть обнаружены в молоке через некоторое время после пастеризации.

Амилаза катализирует гидролиз полисахаридов до декстринов и мальтозы. Она попадает в молоко из клеток молочной железы. Оптимум действия амилазы — при рН 7,4 и температуре 37 °С. Режимы пастеризации молока приводят к инактивации амилазы.

Разрушение полисахаридов клеточных стенок бактерий катализирует очень важный фермент, обнаруженный в молоке,— лизоцим. Это приводит к гибели бактериальной клетки, и таким образом лизоцим обеспечивает бактерицидные свойства свежевыдоенного молока.

Гормоны

Кроме выше названных соединений в молоке содержатся гормоны — химические стимуляторы, регулирующие обмен веществ в организме. Количество их в молоке незначительно. К наиболее значимым относятся пролактин (стимулирует развитие молочных желез, образование молока), окситоцин (стимулирует отделение молока), тиротоксин (йодсодержащий гормон щитовидной железы).

Газы

Газы находятся в молоке в растворимом состоянии, попадая в него при соприкосновении молока с воздухом при получении и обработке. Их количество составляет около 80 мг в 1 л молока, в том числе углекислого газа 40-56 мг, азота 16-24 мг, кислорода 4—8 мг. В процессе хранения молока в результате развития микрофлоры количество кислорода в нем понижается.

Посторонние вещества — вещества, содержащиеся в молочном сырье и отрицательно влияющие на биологическую ценность и технологические свойства молока. Посторонние вещества можно подразделить на химические, радиоактивные, механические и биологические.

К химическим веществам, попадающим разными путями в молоко, относят антибиотики, пестициды, гербициды, инсектициды, тяжелые металлы, нитраты, моющие и дезинфицирующие средства, мочевину, бактериальные яды, микотоксины и др.

Антибиотики попадают в молоко, так как их растворы вводят в сосковый канал вымени при лечении мастита и других заболеваний. Молоко нельзя использовать в пищу и при производстве молочных продуктов в течение 2-5 сут после окончания лечения. Кроме того, антибиотики могут специально вносится в молоко производителями (фальсификация антибиотиками) для предотвращения преждевременного его скисания.

Наличие антибиотиков в молоке приводит к несквашиванию молока при производстве кисломолочных продуктов и сыров, так как они подавляют действие микроорганизмов заквасочных культур. Кроме того, антибиотики в молоке оказывают отрицательное влияние на здоровье человека, вызывая в некоторых случаях аллергические реакции.

Вместе с тем в молоке в небольших количествах содержатся природные антибиотические вещества и антибиотики, выделяемые различными молочнокислыми микроорганизмами, которые угнетающе действуют на вредные микроорганизмы в молочных продуктах. Чтобы исключить вредное воздействие антибиотиков при производстве молочных продуктов, для изготовления заквасок подбирают устойчивые к воздействию различных антибиотиков штаммы молочнокислых микроорганизмов. На молочных предприятиях проводится контроль на наличие антибиотиков в молочном сырье.

В молоко иногда могут попадать различные токсины растительного и микробного происхождения (микотоксины), способные вызвать пищевые отравления у человека. Токсины растительного происхождения могут попасть в молоко при скармливании животным ядовитых растений. Основными веществами, обусловливающими токсичность растений, являются алкалоиды (колхицин в безвременнике осеннем), гликозиды (соланины в проросшем картофеле), эфирные масла (полынь, горчица), госсипол (хлопчатниковые жмыхи) и др.

Наиболее известен токсин (афлатоксин), который существует в четырех видах: В1, В2, G1, G2. Афлатоксины могут вызвать цирротические изменения печени человека. При поедании коровой кормов, зараженных афлатоксинами, в молоко может выделяться до 3 % потребленных афлатоксинов в виде гидроксилированных метаболитов — афлатоксинов М1 и М2. Афлатоксины термостойки, пастеризация не снижает токсичность этих ядов. Поэтому в молочном сырье, предназначенном для производства молочных продуктов, не допускается наличие афлатоксинов.

В молоке могут содержаться токсины микробного происхождения, например, энтеротоксины, вырабатываемые коагулазоположительными стафилококками. Последние попадают в молоко при заболевании животного маститом, а также при недостаточном соблюдении санитарных норм персоналом, имеющим гнойные заболевания. Энтеротоксины термостойки, не разрушаются при пастеризации и могут вызвать серьезные пищевые отравления у человека.

Для предотвращения попадания в молоко и молочные продукты афлатоксинов, энтеротоксинов и других видов токсинов необходимо исключать из использования недоброкачественные корма и строго соблюдать санитарно-гигиенические нормы производства молока и молочных продуктов.

Пестициды

Пестициды — это яды химического и биологического происхождения, используемые в сельском хозяйстве для защиты культурных растений от сорняков (гербициды), насекомых (инсектициды), болезней (фунгициды). Остатки этих ядовитых веществ попадают в молоко после поедания животными кормов, их содержащих. Они представляют опасность для здоровья человека, поэтому в нашей стране установлены максимально допустимые уровни их содержания в пищевых продуктах В молоке и молочных продуктах остаточные количества пестицидов не допускаются. Исключение составляют: гексахлоран (МДУ не более 0,05 мг/кг), гексахлорциклогексан гамма-изомер (МДУ не более 0,05 мг/кг) и ДДТ (МДУ не более 0,05 мг/кг). Кроме того, запрещено использовать в сельском хозяйстве такие стойкие во внешней среде хлорорганические пестициды, как ДДТ и альдрин.

Моющие и дезинфицирующие средства в виде остатков могут попадать в молоко в результате плохого ополаскивания оборудования после мойки и дезинфекции. Эти вещества влияют на технологический процесс молочных продуктов, так как снижают способность к сычужному свертыванию молока и ингибирующе воздействуют на микрофлору заквасок.

При использовании в пищу молока и молочных продуктов, содержащих остатки моющих и дезинфицирующих средств, наибольшую опасность для человека представляют препараты, содержащих активный хлор и четырехзамещенные соединения аммония.

Особую группу токсических веществ, опасных для здоровья человека, составляют тяжелые металлы и радионуклиды. Источниками их поступления в молоко могут быть окружающая среда, корма, вода для питья животных или используемая для восстановления сухих молочных продуктов, техногенные факторы и катастрофы и некоторые другие факторы.

К опасным токсичным элементам медико-биологические требования (МБТ) и санитарные нормы качества (СанПиН) продовольственного сырья и пищевых продуктов относят медь, железо, цинк, свинец, кадмий, олово. Для этих элементов установлены максимально допустимые уровни их содержания в молоке и молочных продуктах.

Радиоактивные загрязнения

Радиоактивные загрязнения вызываются наиболее опасными элементами, попадающими в молоко и молочные продукты. Условно допустимая радиоактивная загрязненность молока, сливок и творога составляет 1·10-8 кюри/л, сгущенного молока и масла сливочного — 3·10-8 кюри/л (условно допустимая радиоактивность воды питьевой составляет 5·10-8 кюри/л). Наибольший вред человеку могут нанести радионуклиды с длительным периодом полураспада: стронций-90 и цезий-137.

Молоко, загрязненное радионуклидами выше нормы, должно перед употреблением в пищу или технологической переработкой очищаться с помощью ионообменных смол. Из радиоактивно загрязненного молока можно вырабатывать сливочное и топленое виды масла, в которые переходит менее 1 % радионуклидов от общего их количества в молоке.

Биологические посторонние вещества

К биологическим посторонним веществам, попадающим в молоко, относят в первую очередь микроорганизмы. Чаще всего это бактерии, плесени и дрожжи. В молоко микроорганизмы попадают из сосковых каналов вымени животного. Такое молоко, если животное здорово, условно называют асептическим молоком. Обычно в нем содержится 100-3000 микроорганизмов в 1 мл. На практике получить асептическое молоко невозможно. Кроме того, микроорганизмы могут попасть в молоко из окружающей среды, с рук обслуживающего персонала, посуды, кожи животного, подстилки, корма и т. д.; на любом этапе технологического процесса при несоблюдении санитарно-гигиенических норм производства; при транспортировании и хранении молока. От количества микроорганизмов в молоке зависят его органолептические, физические и химические свойства.

Условно микроорганизмы, встречающиеся в молоке и молочных продуктах, можно разделить на три группы: патогенные; вызывающие пороки молока; молочнокислые бактерии.

Микрофлора молока, вызывающая инфекционные заболевания, называется патогенной. Источником ее в молоке являются больные или переболевшие люди или животные, выделяющие болезнетворные микробы в окружающую среду. К патогенной микрофлоре относятся возбудители пищевых отравлений, кишечных инфекционных болезней человека, зооантропонозов, мастита.

Возбудители пищевых отравлений — сальмонеллы, кишечные палочки рода эшерихия (Escherichia), бактерии рода протеус (Рroteus), клостридии перфрингенс (Сlostridium perfringens), Bacillus cereus, патогенные стафилококки и стрептококки, возбудитель ботулизма и токсикогенные грибы (микотоксины) и некоторые другие микроорганизмы.

Чаще всего пищевые отравления микробного происхождения вызываются сальмонеллами. Они не образуют спор, но обладают высокой устойчивостью к воздействиям внешней среды. В молочных продуктах эти микроорганизмы длительно сохраняются (до 34 мес. в твороге) и размножаются. Режимы пастеризации молока инактивируют сальмонеллы; оно считается безопасным в отношении содержания сальмонелл, если их первоначальное количество не превышало 3·1012 клеток в 1см3 (1 мл) молока. Кроме пищевых отравлений сальмонеллы вызывают брюшной тиф, паратифы и септицемию.

Патогенные стафилококки и стрептококки вызывают гнойно-воспалительные процессы и пищевые токсикозы, хотя пищевые токсикозы стрептококковой этиологии встречаются редко. Наиболее опасным считается золотистый стафилококк (81арЬу1ососсиз аигеиз). Стафилококки — факультативные анаэробы, развивающиеся при температурах от 10 до 43 °С (оптимальная — 35 °С).

Патогенные стафилококки и стрептококки разрушаются при кипячении немедленно, поэтому можно считать, что режимы пастеризации молока обезвреживают эти микроорганизмы. Тем не менее такое молоко может при употреблении вызвать пищевые отравления из-за содержания токсинов, так как продуктами жизнедеятельности патогенных стафилококков и стрептококков являются экзо- и эндотоксины.

Патогенные стафилококки продуцируют пять типов экзотоксинов:

  • летальный, вызывающий гибель животных;
  • гемолитичекий, лизирующий эритроциты;
  • лейкоцидин, разрушающий лейкоциты;
  • некротический, вызывающий омертвение тканей;
  • энтеротоксин, обусловливающий возникновение пищевых токсикозов.

Токсины разрушаются лишь при длительном кипячении (не менее 30 мин), поэтому могут находиться в пастеризованном молоке.

Пищевые отравления могут быть вызваны кишечными палочками рода эшерихия (Escherichia). Они являются постоянными обитателями кишечника человека и животных и при определенных условиях приобретают патогенные свойства. Патогенные кишечные палочки, вызывающие пищевые отравления, обнаруживаются в молоке и молочных продуктах, поэтому при приемке молока на заводе и во время технологического процесса проводится контроль на наличие кишечных палочек. Режимы пастеризации молока инактивируют кишечные палочки, однако эндотоксин, который они выделяют, является термостабильным, выдерживающим нагревание до 90-100 °С.

Клостридии перфрингенс (Сl. реrfringens) также вызывают серьезные пищевые отравления. Они представляют собой споровые палочки, являющиеся анаэробами, но могут расти в присутствии небольшого количества кислорода. Споры более устойчивы к температурному воздействию и инактивируются при кипячении в течение 15—30 мин. Клостридии перфрингенс вырабатывают термолабильный энтеротоксин, который инактивируется при температуре 60 °С за 4 мин на 90 %.

К числу самых тяжелых заболеваний относятся пищевые отравления, вызванные возбудителями ботулизма. Последние относятся к роду клостридий, которые представляют собой спорообразующие палочки и имеют 7 подвидов, различающихся по антигенной структуре, образуемым токсинам и другим признакам. Они являются анаэробами и размножаются в герметически закрытых банках или глубинных участках твердых пищевых продуктов.

Металлические банки с зараженными молочными консервами вздуваются (бомбаж), но зачастую молочные продукты с ботулиническими токсинами на вид ничем не отличаются от доброкачественных.

Возбудитель ботулизма образует два основных вида токсинов: нейротоксин и гемолизин. Эти токсины полностью инактивируются при нагревании до температуры 80 °С в течение 30 мин. Однако споры возбудителя ботулизма выдерживают кипячение в течение 5-6 ч и очень устойчивы к воздействиям внешней среды. Поэтому в молочно-консервном производстве необходимо строго соблюдать режимы стерилизации и поддерживать санитарногигиенические условия получения и переработки молока на высоком уровне, не допуская попадания этих микроорганизмов в молоко.

Кроме патогенной микрофлоры в молоке и молочных продуктах содержатся микроорганизмы, вызывающие появление пороков (некоторые из них являются санитарно-показательными микроорганизмами). К этим микроорганизмам относят гнилостные бактерии, маслянокислые бактерии, энтерококки, термоустойчивые молочнокислые палочки и бактериофаги.

Гнилостные бактерии являются основными возбудителями пороков в молоке и молочных продуктах. Они представлены спорообразующими аэробными и анаэробными палочками, пигментообразующими бактериями и факультативно-анаэробными бесспоровыми бактериями.

К спорообразующим гнилостным аэробам относятся Ваcillus subtilis (сенная палочка), В. mesentericus (картофельная палочка), В. megaterium (капустная палочка), В. mycoides (грибовидная палочка), В. cereus и др. К спорообразующим гнилостным анаэробам относятся бактерии рода Clostridium.

К бесспоровым пигментообразующим гнилостным микроорганизмам относятся флюоресцирующая, синегнойная палочки семейства Pseudomonadaceae и чудесная палочка семейства Еnterobacteriaceae. Факультативно-анаэробные бактерии представлены Рroteus vulgaris (палочка протея) и Еscherichia соli (кишечная палочка).

Гнилостные бактерии чаще всего являются мезофильными или психрофильными. Гнилостные микроорганизмы обладают протеолитическими свойствами: разжижают желатин, свертывают и пептонизируют молоко, выделяют аммиак, сероводород; анаэробы и бесспоровые палочки образуют, кроме того, индол (т. е. продукты глубокого распада белков молока).

Спорообразующие палочки, в отличие от бесспоровых, обладают свойством ферментировать многие углеводы. Некоторые гнилостные микроорганизмы (плесени, флюоресцирующие палочки и другие бактерии рода Рзеиёошопаз) обладают липолитическими свойствами, образуя фермент липазу, вызывающий распад жиров.

Маслянокислые бактерии — анаэробные спорообразующие микроорганизмы, которые относятся к роду клостридий. Они развиваются в диапазоне температур от 8 до 46 °С (оптимальная — 35 °С). В результате их жизнедеятельности происходит маслянокислое брожение лактозы до образования масляной, а также в небольших количествах, уксусной, муравьи­ной и пропионовой кислот. Кроме того, выделяется большое количество углекислого газаи водорода. Маслянокислые бактерии плохо развиваются в молоке, но при созревании сыров создаются благоприятные условия для их развития, что приводит к позднему вспучиванию сыров. Это проявляется «рваной» текстурой сыра, прогорклым и сладковатым вкусом. В связи с этим в молоке, предназначенном для производства сыров, проверяют наличие маслянокислых бактерий.

Гнилостные процессы в молоке и молочных продуктах могут вызывать энтерококки (молочнокислые стрептококки кишечного происхождения). Они термостойки (выдерживают нагревание до 60 °С в течение 30 мин), поэтому составляют значительную часть остаточной микрофлоры пастеризованного молока. Энтерококки относят к санитарно-показательным микроорганизмам, нахождение их в молоке и молочных продуктах нежелательно. Маммококки, например, выделяют фермент, сходный по действию с сычужным, что приводит к прогорканию молока и его преждевременному свертыванию.

Пороки в молоке и молочных продуктах могут вызываться термоустойчивыми молочнокислыми палочками. В результате их жизнедеятельности происходит интенсивное кислотообразование, что вызывает в кисломолочных продуктах, при производстве которых используется мезофильная микрофлора (творог, сметана, обыкновенная простокваша), порок «излишне кислый вкус». Оптимальная температура развития термоустойчивых молочнокислых палочек — 45-55 °С, они выдерживают кратковременное нагревание до 85-90 °С.

На качество молочных продуктов, при производстве которых используются чистые культуры микроорганизмов (кисломолочные продукты, сыры, кисло-сливочное масло и пр.), оказывают влияние бактериофаги, вызывающие лизис бактерий. Особенно подвержены их воздействию мезофильные молочнокислые стрептококки. При наличии фагов молочнокислый процесс замедляется либо прекращается совсем. Развиваются бактериофаги при 8-46 °С, выдерживают нагревание при 75 °С в течение 15 с, хорошо переносят замораживание и длительное хранение при низких температурах.

Для борьбы с бактериофагами применяют изготовление заквасок в асептических условиях, частую смену штаммов бактерий в заквасках, используют питательные среды, тормозящие их действие, поддерживают на высоком уровне санитарно-гигиенические условия производства не только заквасок, но и всего технологического процесса.

Молочнокислые бактерии представлены в молоке стрептококками и лактобактериями, не образующими спор. Молочнокислые стрептококки — это факультативные анаэробы, в большинстве своем не выдерживающие нагревания до 70 °С. Диапазон температур для их развития — от 10 до 40 °С (оптимальная — 30 °С). Исключением является термофильный стрептококк, развивающийся в широком диапазоне температур — от 20 до 50 °С (оптимальная — 37—40 °С). Он обладает более высокой термоустойчивостью и выдерживает нагревание при температуре 75 °С в течение 15 мин. В отличие от стрептококков молочнокислые палочки (лактобактерии) сбраживают лактозу до молочной кислоты, причем большое их содержание в молоке может привести к преждевременному свертыванию молока как сырого, так и во время тепловой обработки.

Механические примеси

К посторонним веществам, попадающим в молоко из окружающей среды, относят так называемые механические примеси: пыль, навоз, грязь, частицы белка (особенно в молоке с повышенной кислотностью) и т. д.

По данным А. Г. Атраментова самые крупные частицы механических примесей в молоке — частицы силоса, сгустки молока и шерстинки животных (таблица 1). Но основными загрязнениями, по данным исследований, следует считать пылевые частицы и комбикорма.

Таблица 1 - Механические загрязнения молока
Таблица 1 — Механические загрязнения молока

Плотность механических частиц, по разным данным, составляет 1330-1920 кг/м3. Присутствие их в молоке нежелательно, так как кроме грязи молоко дополнительно обсеменяется микроорганизмами, что приводит к его порче и невозможности переработки в молочные продукты. Загрязнение молока связано с санитарными условиями получения и обработки молока на ферме.