Учебное пособие: Состав и физико-химические свойства молока
Содержание фосфолипидов и цереброзидов в молоке составляет 0,03-0,05%, из них на долю лецитина приходится 28-40%, кефалина – 29-43%, сфингомиелина – 19-24%, фосфатидилсерина – 10%, фосфатидилинозита и цереброзидов – по 6%.
Фосфолипиды обладают эмульгирующей способностью, так как их молекулы построены из полярной и неполярной частей. На поверхности раздела жир-плазма они образуют мономолекулярный слой: неполярная часть ориентируется к жиру, полярная – к плазме.
Технологическая обработка молока вызывает перераспределение фосфолипидов между фазами. При гомогенизации и пастеризации 5-15% фосфолипидов оболочек жировых шариков переходит в водную фазу. При сепарировании 65-70% фосфолипидов молока переходит в сливки, при сбивании 55-70% фосфолипидов сливок остается в пахте, остальные переходят в масло.
Стерины и другие неомыляемые липиды. Общее содержание неомыляемых липидов в молоке составляет 0,3-0,55%. Эти вещества сопутствуют молочному жиру и частично входят в состав оболочек жировых шариков.
Содержание стеринов в молоке – 0,01-0,014%, в молочном жире – 0,2-0,4%. Стерины молока в основном представлены холестерином. Холестерин в основном находится в свободном состоянии.
Желтая окраска молочного жира обусловлена наличием в нем группы веществ, называемых каротиноидами. К ним относятся a, b и g-каротины и спирты – ксантофиллы. Содержание каротинов в молоке колеблется от 0,05 до 0,9 мг/кг, в зависимости от рациона и времени года.
Углеводороды в молоке представлены скваленом – промежуточным продуктом в биосинтезе холестерина.
Углеводы молока
Основным углеводом молока является лактоза. Кроме нее в молоке в небольших количествах обнаруживаются моносахариды, и в следовых количествах – олигосахариды.
Лактоза представляет собой дисахарид (С12H22O11). Под действием фермента лактазы происходит гидролиз лактозы на моносахариды – глюкозу и галактозу. В молоке этот дисахарид очень легко поддается брожению под действием молочнокислых бактерий и в результате превращается в молочную кислоту. Лактоза, наряду с натрием и калием – один из осмотически активных компонентов молока. Осмотическое давление молока такое же, как и крови. Оно поддерживается на определенном уровне благодаря равновесию между концентрацией лактозы и растворимыми минеральными веществами.
Лактоза выполняет главным образом энергетическую функцию – на нее приходится около 30% энергетической ценности молока.
Содержание лактозы в молоке довольно постоянно и составляет 4,5 – 5,2%. При маститах содержание лактозы в молоке резко снижается.
В молекулу лактозы, как уже говорилось, входят глюкоза и галактоза. В настоящее время принято считать, что основным предшественником обеих составных частей лактозы является глюкоза, поступающая в молочную железу из крови.
Кристаллическая лактоза практически нерастворима в абсолютном этаноле, серном эфире и других органических растворителях. По сравнению с сахарозой, она в 5 раз менее сладкая и хуже растворима в воде.
Минеральные вещества молока
Минеральные вещества поступают в организм животного и переходят в молоко главным образом из кормов и минеральных добавок. Поэтому их количество в молоке находится в прямой зависимости от рационов кормления, окружающей среды, времени года, а также породы животного и его физиологических особенностей.
Основными минеральными веществами молока (макроэлементами) являются Ca, P, Mg, Na, K, Cl, S.
Около 22% всего кальция молока прочно связано с казеином (кальций структурообразующий), остальное количество (78%) составляют соли – фосфаты, цитраты. Большая часть этих солей содержится в коллоидном состоянии и небольшая часть (около 30%) – в виде истинного раствора. Между ними устанавливается равновесие. Соотношение этих форм играет важную роль в поддержании определенной степени дисперсности, гидратации белковых частиц, их стабилизации при тепловой обработке и в прохождении сычужного свертывания.
Фосфор содержится в молоке в минеральной и органической формах. Неорганические соединения фосфора составляют 63-66% его общего количества и представлены фосфатами кальция и др. металлов. Органические соединения – это фосфор в составе казеина, фосфолипидов, коферментов, нуклеиновых кислот и др.
Магний в молоке встречается в тех же химических соединениях, что и кальций. В виде истинного раствора находится 65-75% магния.
Соли калия и натрия содержатся в молоке в ионно-молекулярном состоянии в виде хорошо диссоциирующих хлоридов, фосфатов и цитратов.
| Элемент | Мг/100 мл | % от общего кол-ва | %, содержащийся в растворимой форме |
Ca |
123 | 0,12 | 25 |
| P | 95 | 0,10 | 44 |
| Mg | 12 | 0,01 | 20 |
| K | 141 | 0,15 | 100 |
| Na | 58 | 0,05 | 100 |
| Cl | 119 | 0,11 | 100 |
| S | 30 | - | - |
| Цитрат | 160 | - | - |
Микроэлементами принято считать минеральные вещества, концентрация которых невелика, и измеряется в микрограммах на 1 кг продукта. Количество некоторых микроэлементов в молоке увеличивается при использовании минеральных подкормок, однако многие из них могут попадать в молоко извне с оборудования тары и пр.
Содержание микроэлементов в молоке, мкг/л
| Микроэлемент | Нормальный рацион | Рацион+минеральная добавка |
| Al | 460 | 810 |
| As | 50 | 450 |
| B | 270 | 660 |
| Br | 600 | Возрастает |
| Cd | 26 | Не возрастает |
| Cr | 15 | - |
| Co | 0,6 | 2,4 |
| Cu | 130 | Не возрастает |
| F | 150 | Возрастает |
| I | 43 | 2700 |
| Fe | 450 | Не возрастает |
| Pb | 40 | Возрастает |
| Mn | 22 | 64 |
| Mo | 73 | 371 |
| Ni | 27 | Не возрастает |
| Se (низкий уровень) | 40 | Возрастает |
| Se (высокий уровень) | 1270 | - |
| Si | 1430 | Не возрастает |
| Ag | 47 | - |
| Sr | 171 | - |
| V | 0,092 | - |
| Zn | 3900 | 5100 |
Витамины молока
В молоке обнаружено 17 из 20 известных в настоящее время витаминов: из жирорастворимых – A, D, E, K, а из водорастворимых – B1 – B12, Bc, H, C, n-аминобензойная кислота, инозит. На их содержание оказывают влияние факторы как внутренней, так и внешней среды.
Другие компоненты молока
Помимо перечисленных компонентов молока, в нем содержатся небелковые азотистые соединения, газы, соли, ферменты и пигменты.
Небелковых азотистых соединений (мочевина, креатин, мочевая кислота, пуриновые основания, аммиак, гиппуровая кислота, свободные аминокислоты и пептоны) в молоке около 0,05 – 0,2%.
В 1 л молока содержится около 50-80 мл газов, в том числе углекислого газа 50-70%, кислорода – 5-10%, азота – 20-30%. В молоке содержится также незначительное количество аммиака (0,2*10-3 М). В процессе хранения молока вследствие развития микроорганизмов количество аммиака увеличивается, а кислорода – понижается. Повышенное содержание газов в молоке свидетельствует о его загрязнении газообразующими бактериями.
Из молока, полученного при нормальных условиях от здоровых животных, было выделено более 20 истинных, или нативных, ферментов. Часть из них синтезируется непосредственно в секреторных клетках молочной железы (лизоцим, лактозосинтетаза, ксантиноксидаза и др.), часть поступает в молоко из крови (каталаза, протеиназа, альдолаза и др.). Кроме нативных ферментов в молоке присутствуют многочисленные внеклеточные и внутриклеточные ферменты, продуцируемые микрофлорой молока и бактериальных заквасок. Некоторые ферментные препараты специально вносят в молоко при изготовлении молочных продуктов. На действии ферментов основано производство кисломолочных продуктов и сыров, контроль санитарно-гигиенического состояния молока и качество его пастеризации.
В настоящее время серьезное внимание уделяется проблеме загрязнения кормов и пищевых продуктов посторонними веществами, многие из которых являются токсичными для животных и человека. К посторонним химическим веществам молока относятся антибиотики, пестициды, детергенты, дезинфектанты, тяжелые металлы, радиоизотопы, микотоксины, бактериальные яды, нитраты, нитриты и др. Помимо токсичности, многие из этих веществ обладают свойством нарушать ход технологических процессов при выработке молочных продуктов, что приводит к снижению их качества и пищевой ценности.
2. Физико-химические свойства молока
Плотность молока или объемная масса р при 20°С колеблется от 1,027 до1,032 г/см2, выражается и в градусах лактоденсиметра. Плотность зависит от температуры (понижается с ее повышением), химического состава (понижается при увеличении содержания жира и повышением при увеличении количества белков, лактозы и солей), а также от давления, действующего на него.
Плотность молока изменяется при фальсификации — при добавлении Н2О понижается, и повышается при под-снятии сливок или разбавлении обезжиренным молоком. Поэтому по величине плотности косвенно судят о натуральности молока при подозрении на фальсификацию. Однако молоко не удовлетворяющее требованиям ГОСТ 13264-88 по плотности, т. е. ниже 1,027 г/см3, но цельность которой подтверждена стойловой пробой, принимается как сортовое.
Вязкость или внутреннее трение, нормального молока при 20°С в среднем составляет 1,8×10-3Па.с. Она зависит главным образом от содержания казеина и жира, дисперсности мицелл казеина и шариков жира, степени их гидратации и агрегирования сывороточные белки и лактоза незначительно влияют на вязкость.
В процессе хранения и обработки молока (перекачивание, гомогенизация, пастеризация и т. д.) вязкость молока повышается. Это объясняется увеличением степени диспергирования жира, укрупнением белковых частиц, адсорбцией белков на поверхности шариков жира и т. д.
Практический интерес представляет вязкость сильноструктурированных молочных продуктов — сметаны, простокваши, кисломолочных напитков и пр.
Поверхностное натяжение — молока ниже поверхностного натяжения Н2О (равно 5×103 н/м при t -20°C). Более низкое по сравнению с Н2О значение поверхностного натяжения объясняется наличием в молоке ПАВ — фосфолипи-дов, белков, жирных кислот и т. д.
Температура кипения молока несколько выше Н2О вследствие наличия в молоке солей и отчасти сахара. Она равно 100,2°С.
Осмотическое давление молока близко по величине к осмотическому давлению крови животного и в среднем составляет 0,66 мПа (6,7 атм). Оно обусловлено высокодисперсными веществами: лактозой и хлоридами. Белковые вещества, коллоидные соли незначительно влияют на осмотическое давление, жир практически не влияет.
Температура замерзания также постоянная физико-химическое свойство молока, т. к. оно обуславливается только истинно расторимыми составными частями молока: лактозой и солями, причем последние содержатся в постоянной концентрации. Температура замерзания колеблется в узких пределах от -0,51 до -0,59°С. Она изменяется в течение лактационного периода при заболевании животного и при фальсификации молока водой или содой. И вследствие отклонения приращения лактозы. В начале лактации температуры замерзания понижается (-0,564°С) в середине — повышается (-0,55°С); в конце снижается (-0,581°С).
Показатель преломления обезжиренного молока при 20°С колеблется от 1,344 до 1,348. Он складывается из показателей преломления воды (1,3329) и составных частей обезжиренного остатка молока — лактозы, казеина, сывороточных белков, солей, небелковых азотистых соединений и прочих компонентов. Поэтому по величине показателя преломления молока и молочной сыворотки с помощью специальных рефрактометров можно контролировать содержание в молоке СОМО, белков, лактозы. Например, количество белков определяют по разности между показателями преломления исследуемого молока и его сыворотке после осаждения белков раствором СаС12 при кипячении, а содержание СОМО — по разности между показателями преломления молока и дистиллированной воды.
С помощью рефрактометрического метода можно осуществлять косвенный контроль натуральности молока. Показатель преломления (число рефракции) сыворотки, натурального молока является величиной относительно постоянной, равной 1,342-1,343. При добавлении к молоку воды число рефракции молочной сыворотки понижается пропорционально количеству добавленной воды — в среднем на 0,2 единицы на каждый процент воды.
Активная кислотность молока определяется концентрацией свободных водородных ионов (рН). Молоко коровы имеет слабокислую реакцию, его рН составляет 6,3 – 6,9 (в среднем 6,5 – 6,6) Кислые свойства молока обусловливаются также белками, фосфатами и цитратами. На рН молока значительное влияние оказывает деятельность микрофлоры вымени.
Общая кислотность молока определяется титрованием децинормальной щелочью с фенолфталеином 100 мл молока. Каждый миллилитр израсходованной щелочи соответствует 1о кислотности молока по Тернеру. Свежее молоко коров имеет кислотность 16 – 18 оТ, при этом 4 – 5о приходится на белки, 1 – 2о – на газы, 10 11о – на фосфаты и другие соли.
Физико-химические изменения молока при хранении, транспортировке и обработке
При хранении, транспортировке и предварительной обработке молока могут произойти структурные изменения его основных компонентов – жира и белков. Могут также изменяться его физико-химические, органолептические и технологические показатели.
В процессе хранения молока при температуре 3-50С в течение 2-5 суток и транспортировке на молочные заводы значительным изменениям подвергаются жиры и белки. В меньшей степени изменяются соли и витамины.
Изменения жира связаны с воздействием на него расщепляющих ферментов – липаз. В результате липолиза в молоке повышается содержание свободных жирных кислот, что способствует прогорканию молока. Прогоркание молока наступает при содержании в нем СЖК более 20 мг% (200 мг/л).
Различают нативные липазы и липазы психротрофных бактерий. Липазы психротрофных бактерий вызывают интенсивные липолитические процессы при их содержании 106-107/мл. Нативные липазы могут вызывать 2 вида липолиза – спонтанный и индуцированный.
Спонтанный липолиз происходит при охлаждении молока, склонного к прогорканию и в значительной степени связан с зоотехническими факторами – индивидуальными особенностями животных, их физиологическим состоянием, стадией лактации, режимами кормления и пр. Спонтанный липолиз характерен для стародойного молока и молока, полученного от больных маститом животных.
Индуцированный липолиз возникает при разрушении оболочек шариков жира в процессе получения и обработки молока с одновременным активированием липазы. Разрушение оболочек жировых шариков и повышение активности липазы обусловлено, в основном, интенсивными механическими воздействиями при получении, хранении и транспортировке. При получении отрицательную роль играют завышение диаметра молокопровода, подсос воздуха в системе. Перемешивание, переливание и транспортировка молока в незаполненных цистернах, особенно при низких температурах, способствуют повышению содержания СЖК.
Молочные продукты, и особенно масло, выработанное из молока, в котором протекают липолитические процессы, имеют пороки вкуса и запаха.
Распад белков (протеолиз) в сыром охлажденном молоке при длительном хранении могут вызывать как нативные протеазы, так и протеолитические ферменты посторонней микрофлоры психротрофных бактерий.
Как нативные протеиназы, так и протеиназы микроорганизмов расщепляют b-казеин на g-казеин и протеозо-пептонные фракции, повышение содержания которых отрицательно влияет на сычужную свертываетмость, термоустойчивость и другие технологические свойства молока.
Следует отметить, что расщепление белков нативными протеазами в сыром молоке происходит в незначительной степени, так как в нем содержатся ингибиторы протеолитических ферментов.
Механические воздействия при центробежной очистке молока, сепарировании, перекачивании, перемешивании и гомогенизации в основном сопровождаются изменениями степени дисперсности и стабильности жировой фазы.
Центробежная очистка не вызывает существенных изменений жира. Степень обезжиривания при сепарировании зависит от состава, физико-химических свойств молока, степени диспергирования жира, плотности, вязкости и кислотности. Отрицательно на степени обезжиривания сказываются длительное хранение молока при низких температурах, предварительное перекачивание, перемешивание, пастеризация. Степень обезжириваня повышается с увеличением температуры молока, однако при этом может происходить дестабилизация жировой эмульсии и сбивание жира в комочки.
В результате механического воздействия на оболочки шариков жира в процессе перекачки молока происходит частичная дестабилизация жира. Степень дестабилизации жировой эмульсии увеличивается с повышением напора в лини нагнетания, жирности и кислотности молока, а также при подсасывании воздуха. Центробежные насосы оказывают на жировую фазу большее разрушающее действие, чем диафрагменные. Многократное перемешивание молока мешалками в процессе хранения также снижает стабильность жировой эмульсии.
Гомогенизация молока и сливок повышает стабильность жировой эмульсии молока, улучшают их консистенцию и вкус, способствует лучшей переваримости молочного жира организмом человека. В результате гомогенизации образуются однородные по величине шарики жира (диаметром около 1 мкм).
При гомогенизации в молоке и сливках формируются новые оболочки шариков жира из нативных оболочечных компонентов, казеина и сывороточных белков. Поэтому для образования новых оболочек, особенно при гомогенизации сливок с повышенным содержанием жира, необходимо соотношение СОМО/жир 0,6-0,85.
Общие потери азотистых веществ при центрифугировани не превышают 2,5%. При гомогенизации уменьшается диаметр мицелл казеина, часть их распадается и адсорбируется на поверхности жировых шариков. В процессе гомогенизации в плазме молока увеличивается количество кальция в ионно-молекулярном состоянии, а часть коллоидного фосфата и цитрата кальция адсорбируется на поверхности жировых шариков.
При механической обработке молока изменяются его физико-химические свойства.Титруемая кислотность при центробежной очистке снижается на 0,5-40Т. В результате гомогенизации понижается поверхностное натяжение и увеличивается вязкость молока.
Тепловую обработку (пастеризацию и стерилизацию) молока применяют для предохранения молочных продуктов от порчи и повышения стойкости при хранении. Однако длительное воздействи высоких температур часто вызывает нежелательные изменения составных частей молока, его физико-химических, органолептических и технологических свойств.
Сывороточные белки при термообработке подвергаются денатурации. Наиболее термолабильными являются иммуноглобулины и сывороточный альбумин. Денатурация b-лактоглобулина завершается при выдерживании молока в течение 30 минут при температуре 850С, а a-лактальбумина – при 960С. Термостабильной частью сывороточных белков является протеозо-пептонная фракция.
В результате денатурации в молекулах белка освобождаются различные функциональные группы. В результате освобождения сульфгидрильных групп происходит выделение из них сероводорода, и молоко приобретает вкус кипяченого продукта или привкус пастеризации.
Денатурированный b-лактоглобулин комплексуется с a-лактальбумином и с k-казеином мицелл казеина, что снижает его термоучтойчивость. В результате после тепловой обработки увеличивается продолжительность сычужного свертывания молока, а стерилизованное молоко практически теряет способность к сычужному свертыванию. (Ухудшение атакуемости казеина ферментами в результате комплексообразования).
Чистый казеин является довольно термоустойчивым белком. Для его коагуляции необходима выдержка молока при температуре 1300С в течение 2-88 минут. Однако тепловая обработка изменяет состав казеинаткальцийфосфатного комплекса, вызывает комплексообразование с вышеуказанными сывороточными белками, что приводит к агрегации мицелл казеина, увеличение их размера и повышение вязкости молока.
К снижению термоустойчивости казеина приводят также нарушения солевого состава и повышение кислотности молока.
При термообработке нарушается соотношение форм фосфатов кальция. Часть гидрофосфатов и дигидрофосфатов кальция, находящихся в ионно-молекулярной форме, переходят в плохо растворимый фосфат кальция, который в виде коллоида осаждается на мицеллах казеина. Часть фосфата кальция вместе с денатурированными сывороточными белками образует отложения на стенках теплообменных аппаратов – так называемый молочный камень.
При выработке творога и сыра в пастеризованное молоко вносят для восстановления солевого баланса соли кальция в виде хлорида кальция.
