Оноприйко А.В., Храмцов А.Г., Оноприйко В.А. Технология молочных продуктов мини-производств

Химический состав молока

  Молоко по своему химическому составу - это смесь растворенных в воде солей, сахаров, белков и жиров. Воды в молоке в среднем 87,7%; молочного жира около 4%; белков 3,3%; молочного сахара (лактозы) 4,5% и 0,7% минеральных солей, преимущественно кальциевых и фосфорнокислых.

         Наиболее ценной составной частью молока являются белки. Общее их содержание 3,3-3,6%. Они состоят из казеина 2,6- 2,9%; альбумина 0,5-0,8%; остальное - глобулины и другие белковые вещества. Белки находятся в коллоидном состоянии и связаны с минеральными солями. Они служат материалом, из которого растущий организм человека строит свои ткани, а в организме взрослых людей из белка образуются новые клетки взамен отмирающих. Таким образом, белок - это один из основных, если не главный строительный материал организма. В молоке в наибольшем количестве содержится белок казеин, синтез которого является специфичным для млекопитающих животных. Другие белки (альбумин и глобулин) в нормальном молоке составляют 0,5- 0,8%. Причем большая часть приходится на долю' альбумина. Эти белки при изготовлении сыра почти полностью переходят в сыворотку. Но их можно извлекать из сыворотки и использовать при изготовлении белковых продуктов.

         Молочный жир в молоке находится в виде большого количества (2-3 млрд. в 1 мл молока) мельчайших жировых шариков диаметром от 0,1 до 10 мкм. Температура плавления молочного жира 28-36°С. Молочный жир легко расплавляется и эмульгируется, а поэтому хорошо усваивается организмом человека и особенно важен в рационе питания детей, больных и ослабевших людей. В организме жир служит источником энергии, является вкусообразующим компонентом.

         Лактоза (молочный сахар) в молоке находится в растворенном состоянии. Это уникальный углевод животного происхождения, который наряду с жиром является энергетическим "топливом" организма. При их окислении освобождается существенное количество энергии. Считается, что лактоза кроме энергетических функций выполняет специфическую роль - участвует в обмене веществ, построении оболочек головного мозга.

         Лактоза служит основным питательным веществом для молочнокислых микроорганизмов, которые, в свою очередь, поставляют различные ферменты и кислоты, необходимые для созревания сыра, изготовления творога, кисломолочных продуктов и напитков. При разложении (гидролизе) лактозы образуются два простых сахара - глюкоза и галактоза. Оба эти сахара значительно более сладкие, чем сама лактоза.

         Минеральных солей в молоке немного, 0,7-0,8%. Однако роль их огромна, т. к. они являются основным строительным веществом костной ткани, клеток, крови растущего организма.

         В молоке содержится комплекс биологически активных веществ (БАВ) - витамины, ферменты и микроэлементы, жизненно важный для растущего организма.

         Роль ферментов молока двоякая. С одной стороны, они необходимы организму для переваривания пищи, с другой, некоторые ферменты вызывают порчу составных частей молока, например, липаза способствует прогорканию жиров. Ферменты, наиболее характерные для молока, это пероксидаза, фосфатаза, каталаза, редуктаза, липаза и другие. Большинство ферментов молока разрушается при температурах 55-60°С, а тем более при его кипячении. Активность ферментов при понижении температуры до 10-12°С снижается.

         Плотность нормального молока 1028-1033 кг/м3, температура кипения 100,2°С и замерзания около минус 0,5(С.

         Кислотность свежевыдоенного молока 16-18 градусов Тернера (°Т). При кислотности 60-65°Т молоко свертывается (образует сгусток). Молоко кислотностью 24-26°Т свертывается при кипячении.

************

Химический состав молока
Молоко — это биологическая жидкость, вырабатываемая молочной железой самок млекопитающих животных. В молочном животноводстве молоком принято называть удой одной или нескольких здоровых коров по истечении 5—7 дней после отела, чисто выдоенных и находящихся в условиях нормального кормления и содержания.
Молоко надо рассматривать не как механическую смесь его составных частей, а как сложную коллоидную систему, в которой все вещества взаимно связаны.
Вода молока является средой (плазмой), в которой распределены или растворены все другие составные вещества. Эти вещества находятся в различных физических состояниях.
Молочный жир имеет вид шариков размером от 0,1 до 10 микрон, которые можно увидеть под микроскопом при увеличении в 300—500 раз.
Белки представлены в коллоидном (набухшем) состоянии. Частицы белков альбумина и глобулина (15—50 миллимикрон), частица белка казеина крупнее (100—200 миллимикрон). Однако их можно видеть лишь в электронный микроскоп.
Молочный сахар и часть неорганических солей растворены в воде и образуют молекулярные и ионодисперсные растворы. Величина их частиц 1 —1,5 миллимикрона, они невидимы даже в электронные микроскопы.
Химический состав молока не является строго постоянным. В среднем он характеризуется следующими величинами (%).
Под термином сухое вещество понимается вес веществ, полученный после высушивания молока, независимо от того, в каком состоянии они в нем находятся (взвесь, эмульсия, раствор, в коллоидной форме и т. д.).
Показатель — содержание сухих веществ важен для характеристики молока. Наибольшим колебаниям от различных факторов подвергается количество жира. Содержание же других составных веществ (белки, молочный сахар, минеральные соли) относительно устойчиво. Поэтому в практике качество молока часто характеризуется еще одной величиной — сухим обезжиренным молочным остатком (сомо).


Молочный жир. Количество жира в молоке колеблется от 2 до 6%, в среднем же он составляет 3,8%. Так как жир не растворяется в воде, частички его, стремясь занять наименьший объем, принимают форму шариков. Около 80% жировых шариков имеют диаметр от 1 до 5 микрон. В одном миллилитре молока в среднем 3—5 млрд. шариков. Число и величина жировых шариков зависят от породы коров, периода лактации, условий кормления и содержания

В парном к нагретом молоке жир жидкий и с плазмой (водная часть) образует эмульсию. В холодном молоке жир твердый, и система называется суспензией. В эмульсии жировые шарики имеют тенденцию к слиянию, которой, однако, в сильной степени препятствуют белковые оболочки, покрывающие жировые шарики. О наличии оболочек вокруг шариков свидетельствует и то, что серный эфир, хорошо растворяющий жир, не извлекает его из молока. Только после разрушения оболочек кислотой или щелочью эфир может извлечь жир, чем и пользуются при анализе молока.
Химически молочный жир представляет собой смесь триглицеридов — производных трехатомного спирта глицерина и жирных кислот .


Низкомолекулярных, растворимых в воде жирных кислот (масляной, капроновой, частично каприловой) в молочном жире от 5 до 8%, а в других жирах животного происхождения не более 1%. Эти кислоты при комнатной температуре жидкие, поэтому придают маслу мягкую консистенцию. При уменьшении в молочном жире количества высокомолекулярной, но также жидкой олеиновой кислоты и увеличении содержания высокомолекулярных твердых жирных кислот (стеариновой, пальмитиновой, миристиновой) масло приобретает твердую консистенцию.
Жир, полученный из молока коров различных пород, разного возраста, на разной стадии лактации, содержащихся в несходных условиях, отличается по составу жирных кислот, а следовательно, и по физико-химическим свойствам. Так, при скармливании льняных жмыхов количество масляной кислоты уменьшается, а олеиновой резко повышается, вследствие чего снижается температура плавления жира. При скармливании пшеничных отрубей повышается содержание масляной кислоты, а олеиновой, наоборот, снижается.
Источником молочного жира является жир, белки и углеводы корма. Тонкоэмульгированные жиры корма всасываются через стенку кишечника сначала в лимфу, а затем в кровь. Попав с кровью в молочную железу, они подвергаются гидролитическому расщеплению под влиянием тканевых ферментов. Продукты расщепления служат исходным материалом для синтеза молочного жира. По составу молочный жир резко отличается от жиров корма. Жиры корма обычно состоят из глицеридов высокомолекулярных жирных кислот, имеющих не менее шестнадцати углеродных атомов, а в молочном жире до 25% низкомолекулярных жирных кислот, в которых от четырех до четырнадцати углеродных атомов. Источником таких низкомолекулярных жирных кислот являются летучие кислоты (уксусная, пропионовая и др.), поступающие в молочную железу из рубца, где они возникают из углеводов корма в результате деятельности микрофлоры.
Молочный жир как сложный эфир представляет собой непрочное соединение. Он изменяется от воздействия высокой температуры, света, ферментов (липаза), кислот, щелочей.
Изменения жира заканчиваются его омылением (расщепление на глицерин и жирные кислоты), осаливанием (окисление непредельных жирных кислот), прогорканием (окисление, восстановление или другие процессы).
Из констант молочного жира наибольшее практическое значение имеют число Рейхерта — Мейсселя, число омыления и йодное число.

Число Рейхерта — Мейсселя показывает, сколько миллилитров 0,1 n щелочи (NaOH) пошло на нейтрализацию летучих, растворимых в воде жирных кислот, отогнанных из 5 г жира. Для молочного жира оно равно 20—30, для других жиров лишь около 1.
Число омыления показывает, сколько миллиграммов едкого калия требуется для омыления и для нейтрализации свободных кислот, содержащихся в 1 г жира. Для молочного жира оно колеблется в пределах 224—235, для других жиров в пределах 185—200.
Йодное число показывает, сколько граммов йода расходуется для насыщения непредельных жирных кислот, содержащихся в 100 г жира. Для молочного жира оно изменяется в пределах 24—40 и зависит от характера кормления коров; для жиров растительного происхождения достигает 180.
Температура плавления молочного жира, при которой он из твердого состояния переходит в жидкое, равна 28—36°; температура застывания, когда жир переходит из жидкого состояния в твердое, 18—23°.
Кроме молочного жира, в молоке есть жироподобные вещества (липоиды). К ним относятся фосфатиды (0,06%) и стерины (следы). Эти вещества участвуют в образовании молока как предшественники жира.
Из фосфатидов в молоке заслуживает внимания лецитин — сложный эфир глицерина с жирными кислотами и фосфорной кислотой. Он входит в состав оболочек жировых шариков.
К стеринам молока относятся холестерин и эргостерин. Последний после воздействия ультрафиолетовых лучей превращается в витамин D (эргокальциферол).
В тесной связи с жирами находятся и красящие вещества молока — ксантофилл и каротин. Они придают жиру желтый оттенок. Каротин является провитамином А. В молоке есть еще один пигмент — лактофлавин — зелено-красноватого цвета.
Белковые вещества молока содержат все необходимые для человека аминокислоты, в том числе и такие, которые в животном организме не синтезируются (незаменимые), а должны поступать с пищей. С помощю метода меченых атомов доказано, что белки синтезируются в молочной железе из аминокислот, приносимых кровью. Такое же предположение высказывалось и раньше на основании учета белков артериальной (притекающей к вымени) и венозной (оттекающей) крови.
Белковых веществ в молоке в среднем 3,3%. Наибольшая часть — 2,7% — приходится на долю казеина, альбумина — 0,75%, глобулина — 0,1%. На использовании казеина основано производство творога, сыроделие.

Выделенный из молока кислотой и обработанный спиртом, казеин представляет собой белый аморфный порошок без запаха и вкуса, удельным весом 1,26. Поскольку в состав казеина входит фосфат, он относится к группе фосфоропротеидов.
В молоке казеин находится в соединении с кальцием, образуя казеиново-кальциевый комплекс, обусловливающий коллоидное состояние белка. Упрощенная схема химического строения казеиново-кальциевого комплекса такова:


Карбоксильных (кислотных) групп в казеине больше, чем аминных (основных), поэтому реакция его в растворах нейтральных солей кислая. Для нейтрализации 1 г казеина при индикаторе фенолфталеине требуется около 8 мл 0,1 n раствора щелочи.
Современные методы исследования — ультрацентрифугирование, электрофорез и хроматография — позволили разделить казеин, как и другие белковые вещества молока, на отдельные фракции разного химического состава и свойства. Казеин, например, разделен на три фракции — α, β и γ, различающиеся содержанием азота, фосфора и серы, молекулярным весом и отношением к сычужному ферменту.
Методом светорассеяния установлено, что молекулярный вес казеина при 20° равен 32 000. При повышении температуры частицы укрупняются, в результате молекулярный вес возрастает.
При действии сычужного фермента (химозин) или пепсина казеин из коллоидного состояния переходит в новую форму — параказеин, представляющий собой вид студня (гель). Большинство исследователей считают, что казеин и параказеин по химическому составу различаются мало.
От воздействия ферментов казеин распадается. Сначала образуются промежуточные вещества, крупные осколки белковой молекулы: альбумозы, пептоны и полипептиды, которые в последующем расщепляются до аминокислот. Ферментативный распад казеина происходит при созревании сыров.
Альбумин молока относится к простым белкам: в его молекулу не входит фосфор. В практике альбумин выделяется нагреванием. Часто при нагревании молока на стенках посуды или оборудования образуется белковый пригар; в состав этого пригара входит альбумин. При действии кислот или сычужного фермента альбумин не свертывается.
Глобулин молока является носителем иммунных свойств. В молозиве его в 10—15 и более раз больше, чем в нормальном молоке.

Из молока выделен белок оболочек жировых шариков. Исследования показали, что в него входят также и фосфоролипиды. Он не свертывается и не коагулирует при нагревании.
В практике возникает вопрос: увеличивается ли содержание белков в молоке с повышением его жирности.
В таблице 2 приведены материалы по коровам, экспонированным на ВДНХ и имеющим высокую продуктивность (Р.Б. Давидов). Показатели первой группы животных, имеющих в молоке в среднем 3% жира и 3,3% белка, приняты за 100%.


Оказывается, что содержание белка несколько отстает по мере увеличения жирности молока.
В небелковые азотистые вещества входят пептоны, свободные аминокислоты, мочевина, креатин, хлорофилл, аммиак. Эти вещества попадают в молоко как продукты белкового обмена. Пигмент хлорофилл поступает в молоко из кормов.
Углеводы в молоке представлены молочным сахаром — лактозой, вырабатываемой только молочной железой. Количество сахара в молоке в среднем 4,7%. Лактоза — дисахарид, состоит из двух гексоз — глюкозы и галактозы. Молочный сахар известен в двух формах — α и β, которые могут переходить одна в другую. С повышением температуры растворимость молочного сахара в воде увеличивается; так, в 100 мл воды растворяется при 0° около 12 г, при 50° — 44 г, при 80° — 105 г, а при 100° — 158 г. Растворяясь, α-форма дает насыщенный раствор, но растворение не прекращается, так как α-форма превращается в β-форму, и новые порции молочного сахара переходят в раствор. Так продолжается, пока не установится равновесие между обеими формами.
При температуре свыше 100° молочный сахар изменяется; молоко приобретает коричневую окраску (топленое молоко). Это объясняется образованием меланоидинов в результате реакции между аминокислотами белков и карбонильной группой молочного сахара. Карамелизация же молочного сахара происходит только при нагревании молока до температуры 170—180°. Молочный сахар играет существенную роль в технологии молочных продуктов. Под воздействием вносимых в молоко в форме заквасок микроорганизмов и их ферментов процесс брожения молочного сахара можно направить в желательном направлении.
Почти всегда в молоке обнаруживается лимонная кислота в количестве до 0,2%. В молочных продуктах лимонная кислота сбраживается ароматобразующими бактериями и обусловливает вкус, например, масла. Замечено, что с увеличением жирности молока увеличивается и содержание в нем лимонной кислоты.
Минеральные вещества. О количестве минеральных веществ судят по тем элементам, которые остаются в золе после сжигания навески молока. Однако зола не является точным показателем состава солей молока, так как при сжигании часть элементов улетучивается, а другая часть может войти в новые соединения.
В среднем в молоке содержится следующее количество минеральных солей( %):


Минеральные вещества имеют важное питательное и технологическое значение (приготовление молочных консервов, сыроделие). Так, при избытке солей кальция и магния сгущенное молоко может во время стерилизации свернуться; при пониженном содержании солей кальция из молока в результате действия на него сычужного фермента образуется непрочный, дряблый сгусток.
В молоко минеральные вещества попадают из крови, но, так как в количественном и качественном отношениях они отличаются от солей крови, предполагается, что молочная железа обладает избирательной способностью, регулируя их переход в молоко.
В среднем золы в молоке около 0,7%.
Поскольку в золе молока больше катионов, чем анионов, реакция ее щелочная. Из минеральных веществ наибольшее значение имеют соли кальция и фосфора. Если общее количество кальция в молоке принять за 100, то 33% его будут в растворимой форме, 45% — в коллоидном состоянии, а остальные 22% связаны с казеином. Около 65% фосфора входит в состав неорганических солей, 35% — в состав органических соединений (казеин и фосфатиды).
Из микроэлементов в молоке обнаружены марганец, медь, кобальт, йод, цинк и др. Микроэлементы имеют большое значение. Марганец, например, играет роль катализатора, с ним связано образование и усвоение витаминов. Кобальт входит в состав витамина В12 (цианкобаламин), йод — в состав гормона щитовидной железы тироксина. Медь необходима для образования крови.

Информация