2.2. Белки молока

Общее содержание белков в молоке колеблется от 2,9 до 4,0 %, они разнообразны по строению, физико-химическим свойствам и биологическим функциям. Среди белков молока выделяют две главные группы: казеин (78-85%) и сывороточные белки.

Таблица 3

Классификация белков молока

Белок	Содержание в % от общего количества белков обезжиренного молока	Молекулярная масса	Изоэлектрическая точка, рН.
Казеины	78-85
Альфа – казеины	45-55	22000-24000	4,1
Каппа - казеины	8-15	19000	4,1
Бета – казеины	25-35	24000	4,5
Гамма – казеины Сывороточные белки	3-7 15-22	12000-21000	5,8-6,0
Бета - лактоглобулин	7-12	18000	5,3
Альфа – лактальбумин Альбумин сыворотки крови	2-5 0,7-1,3	14000 69000	4,2-4,5 4,7
Иммуноглобулины	1,9-3,33

Казеин.

В практике под казеином понимают смесь белков (казеинов), осаждаемых из обезжиренного молока при подкислении до рН=4,6. Очищенный казеин, выделенный из молока, представляет собой аморфный белый порошок без запаха и вкуса, практически нерастворимый в воде. Он может быть разделен на фракции, различающиеся по составу и свойствам. При помощи электрофореза на крахмальном или полиакриламидном геле его можно разделить на компоненты – фракции казеина. Эти компоненты имеют несколько генетических вариантов, молекулярную массу 19000-24000 и отличаются друг от друга электрофоретической подвижностью, аминокислотным составом, а также содержанием остатков фосфорной кислоты.

В молоке молекулы казеина образуют мицеллы глобулярной формы, каждая мицелла содержит в себе все виды казеина и состоит из 7000-8000 полипептидных цепей, соединенных между собой катионами Са . На периферии мицелл расположен каппа – казеин, выполняющий роль защитного коллоида. От каппа - казеина при этом отщепляется гликомакропептид, после чего нарушается структура мицелл и происходит створаживание молока. Причиной створаживания является то, что каппа - казеин, потеряв под действием фермента гидрофильный гликомакропептид, образует нерастворимые соли с ионами кальция даже в нейтральной среде, чего не происходит при нативном состоянии белка в молоке.

При рН. свежего молока (рН=6,6) казеин имеет отрицательный заряд. Носителями отрицательных зарядов и кислых свойств казеина являются карбоксильные группы аспарагиновой и глютаминовой кислот, носителями положительных зарядов и основных свойств - аминогруппы лизина, гуанидиновые группы аргинина и имидазольные группы гистидина. Равенство положительных и отрицательных зарядов (ИЭТ - изоэлектрическая точка) наступает при рН 4,6-4,7. Следовательно, в составе казеина преобладают дикарбоновые кислоты. Кроме того, отрицательный заряд и кислые свойства казеина усиливают гидроксильные группы фосфорной кислоты.

Синтез казеина осуществляется в молочной железе из доставляемых в нее кровью аминокислот и фосфатов.

Казеин - это фосфопротеид, в его состав входят фосфорная кислота, присоединенная моноэфирной связью к остаткам серина.

Полярные группы, находящиеся на поверхности и внутри казеиновых мицелл ( СООН, ОН и др.), связывают значительное количество воды – около 3,7 г на 1 г белка. Способность казеина связывать воду характеризует его гидрофильные свойства. Гидрофильные свойства казеина зависят от структуры, величины заряда белковой молекулы, рН среды, концентрации солей и других факторов. Они имеют большое практическое значение.

От гидрофильных свойств казеина зависит устойчивость казеиновых мицелл в молоке (связанная вода образует вокруг казеиновых мицелл защитную гидратную оболочку). Сильными гидрофильными свойствами обладают макропептиды и гликомакропептиды каппа – казеина казеиновых мицелл. Поэтому при отщеплении под действием сычужного фермента (или высоких температур) нарушается гидратная оболочка и уменьшается стабильность казеиновых частиц.

В процессе высокотемпературной обработки молока происходит взаимодействие денатурированного бета – лактоглобулина с казеиновыми мицеллами. Сывороточные белки молока обладают большей гидрофильностью по сравнению с казеином, в результате чего повышается его водоудерживающая способность. В свою очередь, гидрофильные свойства казеина влияют на способность кислотного и кислотно-сычужного сгустка удерживать и выделять влагу. Изменение гидрофильных свойств казеина необходимо учитывать при выборе режима пастеризации в процессе производства кисломолочных продуктов и молочных консервов. От гидрофильных свойств казеина и продуктов его распада зависят водосвязывающая и влагоудерживающая способность сырной массы при созревании сыров, консистенция готового продукта. Следовательно, гидрофильные свойства казеина не только определяют устойчивость белковых частиц в молоке при его обработке, но и влияют на ход некоторых технологических процессов.

Таким образом, казеин, содержащий различные реакционноспособные группы, может образовывать целый ряд соединений со многими химическими веществами: кислотами, основаниями, альдегидами, металлами, галогенами и др.

При реакции казеина с формальдегидом происходит блокирование основных аминогрупп, что приводит к увеличению кислых свойств казеина. Эту реакцию применяют при определении содержания белков в молоке методом формольного титрования.

Свободные аминогруппы могут взаимодействовать с альдегидными группами лактозы и других сахаров с образованием аминосахарного комплекса (реакция меланоидообразования или побурение молока при повышении температуры). Эта реакция происходит во время первой стадии реакции Майара.

Карбоксильные и другие кислые группы казеина вступают в реакцию с ионами металлов, образуя казеинаты. При йодировании тирозина, входящего в состав белка, образуется йодказеин, который сейчас широко применяют в молочной промышленности для ликвидации йодной недостаточности населения.

Казеинаткальцийфосфатный комплекс.

В молоке казеин содержится в виде казеината кальция, соединенного с коллоидным фосфатом кальция в форме так называемого казеинаткальцийфосфатного комплекса (ККФК), образующего мицеллы почти сферической формы, состоящие из субмицелл и имеющего размеры от 40 до 300 нм.

Казеинат кальция образуется при взаимодействии ионов кальция с карбоксильными и серинфосфатными группами казеина. При этом кальций может реагировать с одной или двумя СООН и ОН - группами, например

Фосфат кальция соединяет между собой молекулы казеината кальция наподобие кальциевых мостиков между расположенными друг против друга серинфосфатными группами двух молекул

ККФК стабилен в свежем молоке. Он сохраняет свою устойчивость при тепловой и механической обработке молока. Однако в процессе высокотемпературной обработки может происходить необратимая минерализация ККФК, а при выработке кисломолочных продуктов и сыра - наоборот, его деминерализация. При этом наблюдается нарушение мицеллярной и субмицеллярной структуры казеинаткальцийфосфатного комплекса.

Сывороточные белки.

После осаждения казеина в сыворотке молока остается 15-22% всех белков, которые называют сывороточными. Главными из них являются: альфа - лактоглобулин, бета - лактоглобулин, иммуноглобулины и компоненты протеозопептонной фракции. Кроме них, в сыворотке содержатся лактоферрин, ферменты и другие минорные компоненты. Сывороточные белки по содержанию дефицитных незаменимых аминокислот (лизина, триптофана, метионина, треонина) и цистеина являются наиболее биологически ценной частью белков молока, поэтому их использование для пищевых целей имеет большое практическое значение.

Бета- лактоглобулин

На его долю приходится около половины всех сывороточных белков (или 7-12% общего количества белков). В молоке находится в виде димера, состоящего из двух полипептидных цепей с молекулярной массой около 18000 каждая. При нагревании молока до температуры выше 30 С бета- лактоглобулин распадается на мономеры, которые при дальнейшем нагревании агрегируют за счет образования дисульфидных связей.

Денатурированный в процессе пастеризации бета - лактоглобулин образует комплексы с каппа - казеином и осаждается вместе с ним при сычужной и кислотной коагуляции казеина. В денатурированном состоянии он также препятствует створаживанию молока, поэтому молоко, предназначенное для получения творога, нельзя перегревать.

Бета - лактоглобулин в нативном состоянии обладает способностью связывать катионы, анионы, липидные соединения и т.п. В кислой среде желудка лактоглобулин устойчив к действию пепсина и химозина. Одной из его биологических функций может быть транспортирование в кишечник важных для растущего организма кислотно-неустойчивых веществ.

альфа- лактальбумин занимает второе место по количественному содержанию (2-5% от общего количества белков в молоке). Он является субъединицей лактозосинтетазы секретирующих клеток молочной железы. В молоке альфа - лактальбумин находится в тонко диспергированном состоянии (размер частиц 15-20 нм). Он не коагулирует в изоэлектрической точке (при рН 4,2-4,5) в силу своей большой гидратированности, не свертывается под действием сычужного фермента. Он термостабилен, так как в молекуле много дисульфидных связей. Биологическая роль заключается в том, что - лактоглобулин является специфическим белком, необходимым для синтеза лактозы из галактозы и глюкозы.

Иммуноглобулины.

В обычном молоке иммуноглобулинов содержится очень мало (1,9-3,3% общего количества белка). В молозиве они составляют основную массу до 90%) сывороточных белков. Это гликопротеиды, выполняющие функцию антител. Иммуноглобулины молока обладают резко выраженными свойствами агглютинации - склеивания микробов, чужеродных клеток, а также шариков жира. Из молозива и молока выделены три основные группы иммуноглобулинов А, М и G.

Протеозопептонная фракция - наиболее термостабильная часть сывороточных белков. Протеозопептоны не осаждаются из обезжиренного молока при рН=4,6 после нагревания до 95-100 C в течение 20 минут. Они составляют около 24% сывороточных белков и 2-6% всех белков молока. Протеозопептонная фракция неоднородна по составу.

Лактоферрин. Это красный железосвязывающий белок, по своим свойствам похожий на трансферрин крови, но отличающийся аминокислотной последовательностью цепи. Лактоферрин представляет собой гликопротеин с молекулярной массой около 77000, обладает бактериостатическим действием по отношению к группе бактерий кишечной палочки

Небелковые азотистые соединения представляют собой промежуточные и конечные продукты азотистого обмена в организме животных и попадают в молоко непосредственно из крови. Важнейшими компонентами фракции небелкового азота молока являются: мочевина, пептиды, аминокислоты, креатин и креатинин, аммиак, оротовая, мочевая и гиппуровая кислоты. Их общее количество составляет около 5% всего содержания азота в молоке.

Мочевина является главным конечным продуктом азотистого обмена у животных. Нормальное содержание мочевины в крови и молоке составляет 15-30 мг %. Увеличение количества мочевины наблюдается в весенне-летний период при избыточном потреблении животными белков с зеленым кормом.

Пептиды и аминокислоты относятся к промежуточным продуктам азотистого обмена. Эти соединения молока являются одним из основных источников азотистого питания микроорганизмов заквасок. Поэтому наблюдаемое весной ослабление развития молочнокислых бактерий может быть обусловлено низким содержанием в молоке свободных аминокислот. В молоке весеннего периода понижено содержание таких важных для молочнокислых бактерий аминокислот, как аргинин, валин, метионин, фенилаланин и тирозин.

Креатин, креатинин и аммиак. Их общее количество в молоке не превышает 2,5 - 4,5 мг %. В свежевыдоенном молоке содержание аммиака невысокое (азот аммиака составляет 0,3-1 мг %), но оно может повышаться при хранении, вследствие развития посторонней микрофлоры.

Оротовая, мочевая и гиппуровая кислоты. Оротовая кислота образуется в процессе синтеза пиримидиновых азотистых оснований (урацила, цитозина, тимина). Ее содержание в молоке составляет 2-8 мг %

Мочевая и гиппуровая кислоты являются конечными продуктами азотистого обмена и в сумме их содержание не превышает 0,7-1,5 мг %.