Пищевая Биохимия / Рогожин В.В., Рогожина Т.В. Биохимия сельскохозяйственной продукции

17.8. Фруктовые и ягодные культуры

образование этилена при созревании также может быть на очень низком уровне, но при дозревании плодов его синтез резко возрастает.

Кроме того, в процессе хранения в собранных плодах активизируются катаболические процессы, протекающие самопроизвольно и неподконтрольные системе управления клеток. Эти процессы способствуют спонтанному распаду биогенных соединений, накопившихся в процессе созревания. Быстрее всего в плодах понижается концентрация органических кислот, которые вовлекаются в различные метаболические процессы. Поэтому на протекание биохимических процессов в разных частях плода оказывает влияние рН, которое регулирует скорость и направленность ферментативных реакций в клетках. Активность ферментов метаболических реакций будет определять состав и количество биогенных соединений в плодах во время их хранения. Так, во время хранения яблок величина рН сдвигается в щелочную сторону, а у побуревших яблок величина рН смещается на 1,0…1,5 единицы в щелочную область по сравнению со здоровыми. По этой же причине «загар» яблок начинается с отдельных участков плода, характеризующихся более низкой величиной рН.

В период хранения плодов изменяется и состав углеводов, среди которых начинают преобладать простые соединения. Так, крахмал и другие полисахариды (пектиновые вещества, гемицеллюлоза, целлюлоза) гидролизуются с образованием растворимых сахаров. Общее содержание сахаров вследствие расходования их на дыхание постепенно уменьшается, при этом соотношение между сахарозой и моносахаридами меняется в пользу последних, и преобладающим сахаром становится фруктоза.

Во время хранения в плодах могут накапливаться продукты распада основных биогенных соединений, в частности этанол и ацетальдегид. Последний накапливается в результате протекания реакций декарбоксилирования пировиноградной кислоты, а этанол — молочной. Этанол может служить энергетическим субстратом для клеток, регулировать интенсивность перекисного окисления липидов и проницаемость клеточных мембран. Ацетальдегид химически более активен, чем этанол; он может модифицировать амино-, окси- и сульфгидрильные группы белков и других биогенных соединений, изменяя их биологическую активность. Увеличение его содержания в клетках приводит к ингибированию терминального окисления. Равновесие в системе этанол — ацетальдегид поддерживается ферментом алкогольдегидрогеназой. Так, в яблонях исходное содержание этанола составляло 2,3…4,7 мг%, а после 6 месяцев хранения возрастало до 10,0…16,3 мг%. Однако увеличение концентрации СО2 в период хранения выше 5…8 % и снижение содержания кислорода ниже 2…3 % приводит к возрастанию в плодах анаэробных процессов и, как следствие, к накоплению в тканях этанола и ацетальдегида до токсичных концентраций.

373

Глава 17. Биохимия растительных продуктов

На протекание неферментативных и ферментативных реакций в клетках плодов во время хранения оказывает влияние температура. При низкой температуре хранения плодов скорость протекания этих реакций

вклетках понижается, сопровождаясь снижением дыхательной активности клеток. При этом скорость анаэробных метаболических процессов начинает преобладать над аэробными. В этих условиях избыток кислорода расходуется в генерации активных форм, которые способны разрушать мембраны клеток, окислять липиды, разрушать белки, нуклеиновые кислоты и другие биогенные соединения. В результате этого снижается регенерирующая способность элементов системы управления клеток. Окислению подвергаются азотистые основания, продукты окисления которых накапливаются в клетках плодов.

Всозревающих плодах содержание воды может составлять 70…95%. Вода относится к полярным растворителям, участвует в реакциях гидролиза. Вода поддерживает структуру клеток и плодов в целом. После созревания поступление воды в плод прекращается, и с этого момента инициируются процессы ее испарения и конденсации, на протекание которых влияет природа поверхностной оболочки плода и ее размеры. Скорость этих процессов зависит от температуры и влажности окружающей среды, а также от химической активности воды в газовой и жидкой фазах. Скорость испарения и конденсации зависит от разности химических потенциалов воды в клетках и в прилегающем слое воздуха.

Вода равномерно распределена в тканях плодов. Больше всего воды

впаренхимных тканях и меньше — в покровных. Так, в кожуре мандаринов содержится в среднем воды 74,7%, а в мякоте — 87,2%. Активное испарение воды с поверхности плодов во время хранения может оказать неблагоприятное влияние на нормальное протекание метаболических процессов в клетках. При испарении воды происходит ослабление тургура клеток и увядание тканей. Последнее ускоряет процессы распада биогенных соединений в клетках, способствует возрастанию дыхания, нарушает баланс метаболических процессов. Эти нарушения способствуют поражению плодов микрофлорой.

Испарение воды служит основной причиной уменьшения массы плодов во время их хранения. В среднем 2/3 потери массы плодов во время хранения происходит за счет испарения воды и только 1/3 массы обусловлена разрушением биогенных соединений. Такие изменения преимущественно наблюдаются в плодах во время их хранения при 2…4 °С. При более высокой температуре хранения в плодах возрастает дыхательная активность клеток, что приводит к увеличению потери массы плодов за счет расхода биогенных соединений.

Вцелом во время хранения биогенные соединения в плодах расходуются значительно меньше по сравнению с испарением воды, поэтому

374

17.8. Фруктовые и ягодные культуры

к концу хранения доля сухих веществ в них обычно возрастает. При этом содержание зольных веществ во время хранения практически не изменяется.

Для успешного хранения плодов необходимо в помещении создавать микроклимат, препятствующий их увяданию. Поэтому в хранилищах необходимо поддерживать высокую влажность воздуха, достаточно низкую температуру в сочетании с активной вентиляцией помещения. Кроме того, на длительность хранения плодов оказывают влияние различные факторы (механические, физические, химические и биологические). Механические воздействия могут приводить к возникновению нарушений в поверхностных структурах плодов, способствуя проникновению

вткани микроорганизмов. Физические факторы, в частности низкая и высокая температуры, УФ-облучение и другие, способствуют разрушению клеток и их органелл, обусловливая выход в окружающую среду ферментов. Последние способны катализировать реакции расщепления белков, нуклеиновых кислот, углеводов и липидов. В результате возрастает скорость катаболических процессов, происходит накопление про-

дуктов распада. Кислород в такой среде превращается в активные формы (АФК): О2–, Н2О2, НО , НОСl и др. Активная генерация свободных радикалов может наблюдаться в плодах при воздействии на них и УФ облучения.

Накопление АФК в клетках приводит к нарушению протекания процессов транскрипции и репликации, изменяет состав липидов мембран. Супероксидные радикалы модифицируют белки, нарушают структуру ДНК, разрушают коферменты и другие функционально активные вещества. Генерируемые свободные радикалы участвуют в реакциях окисления липидов, способствуя повышению уровня перекисного окисления липидов. При этом утрачиваются вкусовые качества продукта.

Вэтих условиях активно протекают реакции с участием оксидоредуктаз. Так, активность пероксидазы в разрушенных тканях может возрастать

в3…5 раз. Фермент катализирует реакции окисления неорганических и органических соединений в присутствии как кислорода, так и перекиси водорода. Пероксидаза способна катализировать реакции окисления различных биологически активных соединений (НАДН, ИУК, аскорбиновая кислота, флавоноиды и др.). После разрушения мембран клеток реакции окисления могут катализировать практически все железосодержащие белки и ферменты, которые при этом утрачивают свою специфичность и избирательность действия. Продукты окисления ароматических соединений окрашивают участок повреждения плодов в темный цвет. Прогрессирование окислительных реакций в разрушенном участке способствует развитию гнилостных процессов, приводя к порче плода.

375

ГЛАВА 18

БИОХИМИЯ МОЛОКА

Молоко является высококалорийным питательным продуктом, который вырабатывается в клетках молочной железы (лактоцитах) животных и предназначено для питания детенышей на начальных этапах постэмбрионального развития, а также служит сырьем для выработки различных молочных продуктов. Функционирование лактоцитов уникально еще и тем, что в их органеллах формируются специализированные образования, которые составляют основу молока и определяют его индивидуальные свойства. К этим структурам относятся мицеллы казеина и жировые шарики. Как структурированные образования они уникальны, поскольку их химический состав и размеры будут определять технологическую предназначенность молока для производства молочных продуктов.

Молоко является биологической жидкостью, содержащей все необходимые компоненты (витамины, белки, липиды, углеводы, макро-, микроэлементы и другие соединения). Качество и количество молока зависит от вида и породы животного, возраста, стадии лактации, условий кормления и содержания, состояния здоровья. Состав молока во многом определяется рационом кормления животных, в корм которых в основном используются растения. Поэтому в молоке могут присутствовать различные вещества, синтезирующиеся в растениях и поступающие в организм животного с кормом. Кроме того, в составе молока присутствуют биогенные молекулы, синтез которых происходит в различных органах и тканях животных, откуда они поступают в кровь, которая переносит их в клетки молочной железы. Однако основным местом синтеза специализированных биогенных молекул является молочная железа. Среди биогенных молекул, содержащихся в молоке, следует выделить следующие: аминокислоты, пептиды, белки (простые и сложные), азотистые основания (аденин, гуанин, цитозин, тимин, урацил), нуклеиновые кислоты (РНК и ДНК), углеводы (моно-, олиго- и полисахариды), липиды (жирные кислоты, нейтральные липиды, фосфолипиды, сфинголипиды, стероиды), витамины,

377

Глава 18. Биохимия молока

гормоны, биологически активные вещества. Причем составными частями молока являются плазма и белково-липидные комплексы. Таким образом, молоко содержит все необходимые для человека питательные вещества в легкоперевариваемой форме.

Молочная железа является специализированным органом, в клетках которого происходит синтез белков, имеющих уникальную структуру

ибольше нигде не синтезирующихся. К таким белкам относятся казеины, которые представлены несколькими фракциями, индивидуальными по составу аминокислотных остатков в первичной белковой структуре.

Основными соединениями, которые синтезируются только в клетках молочной железы, являются казеины, β-лактоглобулин, α-лактальбумин

илактоза, тогда как синтезируемые в лактоцитах липиды отличаются по составу от липидов плазмы крови и тканей животного. В лактоцитах происходит синтез дисахарида лактозы, в состав которого входят два моносахарида — галактоза и глюкоза. Причем эти два биогенных соединения получают путем переработки вторичного молочного сырья (обезжиренное молоко, пахта и молочная сыворотка) и активно используют в пищевых, медицинских и технических целях. Получение и переработка вторичного молочного сырья позволяет создавать безотходные производства. Обезжиренное молоко и пахта содержат весь белковый, углеводный и минеральный комплекс молока и до 15% липидов. В молочную сыворотку переходят углеводы, сывороточные белки и минеральные соли. Белковые соединения обезжиренного молока и пахты представлены всеми фракциями казеина

исывороточных белков и практически идентичны цельному молоку. Небелковые азотистые соединения молока представлены свободными

аминокислотами, мочевиной, мочевой и гиппуровой кислотами, креатином и пуриновыми основаниями, являющимися продуктами распада нуклеиновых кислот. В молочной сыворотке состав небелковых азотистых соединений более выражен, чем в обезжиренном молоке и пахте, что является результатом гидролиза белков при производстве сыра и творога.

Органические кислоты вторичного молочного сырья представлены в основном молочной, лимонной и уксусной кислотами. Пищевая ценность вторичного молочного сырья, как и молока, характеризуется высокой калорийностью, хорошей усвояемостью, оптимальным соотношением питательных веществ, биологической и физиологической полноценностью.

Молоко относится к технологичным продуктам; из него получают кисломолочные продукты (сметана, простокваша, кефир, творог и др.), а также масло, сыры, мороженое. Кисломолочные продукты содержат все основные питательные вещества, состав которых хорошо сбалансирован и имеет дополнительные потребительские свойства. Они накапливают молочную, угольную, уксусную и другие кислоты. Кисломолочные продукты обладают диетическими свойствами, а многие из них (кумыс, ацидофилин,

378

18.1. Химический состав молока

кефир, творог и др.) проявляют и лечебные качества. Сыры и масло имеют пищевую, биологическую и энергетическую ценность. Человек в сутки должен потреблять около 1,5 дм3 молочных продуктов, в том числе: молока — 0,5 дм3, масла — 15…20 г, сыров — 18 г, сметаны и творога — по 20 г.

18.1. ХИМИЧЕСКИЙ СОСТАВ МОЛОКА

Молоко КРС представляет собой белую с желтоватым оттенком непрозрачную жидкость сладковатого вкуса и своеобразного запаха. Цельное молоко можно разделить на молочную плазму и белково-липидные комплексы (рис. 18.1). Последние представлены в молоке небольшими частицами, называемыми молочными, или жировыми, шариками. Размеры жировых шариков могут колебаться в пределах от 0,5 до 18 мкм (в среднем — 3 мкм). Молочная плазма — многокомпонентная система, содержащая разной степени дисперсности органические и минеральные вещества.

Химический состав молока животных очень сложный. В молоке содержатся аминокислоты, белки, углеводы, липиды, фосфатиды, стероиды, витамины, ферменты и др. Основу молока составляют вода, минеральные соли, газы, кальций. Коровье молоко содержит 83…88% воды, 12…17% сухого вещества, в которое входит 3,8…6,0% липидов, 2,7…3,7% белков (2,2…2,9% казеина), 2…5% азотистых оснований, 4…5% молочного сахара (лактоза), 0,6…0,8% минеральных веществ, 0,1…0,2% лимонной кислоты (табл. 18.1). Наиболее богато белково-липидными компонентами молоко северного оленя, в котором содержится 64% воды, 36% сухого вещества (19 % липидов, 11 % белков (8,7 % казеина), 1,5…2,0 % азотистых оснований). Таким образом, молоко северного оленя превосходит коровье по содержанию липидов в 3…5 раз, белка — в 3…4 раза. По консистенции молоко оленя близко к сливкам коровьего молока, однако оно уступает по количеству надоенного молока, так как за 7…11 месяцев лактации общий объем надоенного молока у подсосных важенок составляет всего 45…84 кг. При этом оленье молоко можно использовать для производства молочных продуктов по технологиям, принципиально не отличающимся от общепринятых в молочном деле.

Вода молока может находиться в свободном состоянии или в составе мицелл. Полярность воды обеспечивает формирование стабильных мицелл, в составе которых различные липиды расположены во внутренней части, а по периферии локализуются белки и углеводы. Кальций, присутствующий в молоке, образует связи с белками, придавая молоку свойства коллоида. Различают молоко парное, цельное и питьевое. Парное молоко получается сразу после доения коров. Оно имеет температуру, близкую к температуре тела животного. Однако при стоянии температура молока

379

Глава 18. Биохимия молока

Рис. 18.1. Основные составные части молока КРС

380

18.1. Химический состав молока

понижается, и на его поверхность всплывают жировые шарики размером до 1,5 мкм, образуя слой сливок. Жировые шарики с большим диаметром могут формировать отстой жира. Такое молоко называют цельным. Питьевое молоко получают путем гомогенизации цельного молока, которое сопровождается раздроблением жировых шариков молока, а также увеличением дисперсности белковых частиц. Гомогенизацию молока про-

381

Глава 18. Биохимия молока

водят с целью улучшения его внешнего вида и вкуса, а также повышения консистенции и снижения расходов сырья. В гомогенизированном молоке не происходит агрегирования жировых шариков, так как механизм агрегации обусловлен возникновением слабых межмолекулярных взаимодействий между аминокислотными остатками поверхностных белков жировых шариков, которые при гомогенизации молока разрушаются.

После удаления из молока воды и липидов образуется сухой обезжиренный молочный остаток, который используется как показатель качества молока. По госстандарту СОМО из молока КРС должно быть не менее 8,0 %. Для примера — СОМО из молока северного оленя равно 16 %.

18.1.1. Небелковые азотистые соединения молока

В молоке млекопитающих могут содержаться различные промежуточные и конечные продукты метаболических процессов, протекающие

ворганизме животных с участием азотосодежащих соединений. Часть из них с кровью могут переноситься в молочную железу, накапливаясь

вмолоке. К ним относятся аминокислоты, мочевина, пептиды, креатин, креатинин, аммиак, оротовая, мочевая и гиппуровая кислоты. Содержание этих соединений в молоке может достигать 30…60 мг%.

Основная часть аминокислот молока синтезируется в организме животного и поступает в лактоциты из крови путем активного транспорта. Некоторая часть аминокислот может синтезироваться и в клетках молочной железы. В молоке КРС присутствуют аминокислоты, которые способны поддерживать постоянство рН и придают вкусовые свойства молоку. Содержание аминокислот в молоке зависит от времени года. Летом в молоке 5…8 мг% аминокислот, а в весенний период их содержание снижается в 1,5…2,0 раза. Весной в молоке отмечается пониженное количество аргинина, валина, метионина, лейцина, фенилаланина и тирозина. В основном это аминокислоты, относящиеся к группе незаменимых.

Общее содержание креатина и креатинина в молоке КРС не превышает 2,5…4,5 мг%. К конечным продуктам распада азотистых оснований и аминокислот в организме животных относится аммиак, содержание которого в молоке составляет 0,3…1,0 мг% и может повышаться при длительном хранении молока вследствие развития в нем посторонней микрофлоры. Кроме того, в молоке КРС отмечается высокое содержание оротовой кислоты, содержание которой может составлять 0,7…1,5 мг%. Мочевина является конечным продуктом азотистого обмена у животных. При избытке белков и других азотистых веществ в кормах уровень мочевины в крови и молоке КРС может повышаться. Особенно это отмечается

ввесенне-летний период при кормлении животных зеленым кормом. Нормальное содержание мочевины в молоке составляет 15…30 мг%.

382