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

18.9. Биохимические процессы при изготовлении продуктов

Если для выработки казеина используют гидроокиси или соли щелочных металлов, то полученный продукт называют казеинатом. К копреципитатам относят продукты термокальциевой коагуляции комплекса казеина и сывороточных белков из обезжиренного молока.

В промышленности для получения казеина молоко сначала центрифугируют, чтобы удалить содержащиеся в нем липиды, а затем добавляют в него слабощелочной раствор. После этого снова центрифугируют для отделения малейших следов липидов и добавляют разбавленный раствор кислоты, чтобы добиться максимально полного выпадения казеина в осадок. Образовавшийся творожный сгусток промывают для удаления кислоты и высушивают при низкой температуре, поскольку казеин чувствителен к нагреванию.

Казеин является важным пищевым продуктом. Хорошим источником казеина служат молоко и сыр. Используется казеин и в некоторых добавках к рациону, предназначенных для обогащения последнего белком. Такие добавки часто предписываются при различных патологических состояниях, например при тяжелых ожогах, лихорадке или затяжных заболеваниях.

Казеин находит разнообразное применение в промышленности. Его используют как водостойкое вещество, обеспечивающее адгезию клея на склеиваемых поверхностях, как связующее вещество в производстве клеевых красок и при проклеивании бумаги, а также в качестве стабилизатора в различных эмульсиях. Обрабатывая казеин формальдегидом, можно получить пластик, из которого раньше изготавливали пуговицы и щетки.

Казеин выпускают в виде двух форм: пищевой и технический. Цеха по производству казеина чаще всего располагают при маслозаводах или на предприятиях с сезонной загрузкой молока. Пищевой казеин используется на молочных, мясных и кондитерских предприятиях в качестве белкового наполнителя, улучшающего качество готового продукта. Технический казеин находит широкое применение в химической, деревообрабатывающей, целлюлозно-бумажной, парфюмерной, фармацевтической и даже в космической промышленности. Выход продукта приблизительно такой: из 1 т обезжиренного молока получается 25 кг сухого казеина. Стадии производства казеина следующие.

Подготовка обезжиренного молока. После сепарирования молоко необходимо пастеризовать на пластинчатых пастеризаторах. Содержание сухих веществ в молоке должно быть не менее 8%, а жирность — не более 0,05%.

Осаждение казеина. Существуют три способа осаждения казеина: кальциевый, кислотный, сычужный. При использовании кальциевого способа производства казеина в молоко вносится CaCl2. Молоко нагревается до 95…97 °С, при этом наряду с казеином осаждается также и сывороточный белок. Степень использования белков молока при этом достигает 95%.

Кислотный способ производства казеина является самым распространенным. При кислотном способе казеин можно осаждать (в зависимос-

443

Глава 18. Биохимия молока

ти от назначения) разными путями: молочной кислотой и ферментами, вырабатываемыми закваской; кислой сывороткой (зерненый способ); молочной кислотой; соляной кислотой; серной кислотой.

При сычужном способе производства казеина используют сычужный фермент. Кислую сыворотку медленно вливают в обезжиренное молоко при постоянном помешивании до образования хлопьев белка. После того как сыворотка становится прозрачной, перемешивание прекращают. Далее сгустку дают осесть, а часть сыворотки удаляют. Далее к массе опять приливают кислую сыворотку, и продолжают перемешивание до получения упругих зерен. Весь этот процесс можно проводить в сыродельных ваннах.

Промывка казеина. Промывку казеина осуществляют для удаления молочной кислоты, золы и других примесей. Для этого зерно промывают теплой пастеризованной водой не менее 3 раз. Операцию осуществляют в той же емкости, что и осаждение.

Прессование казеина. Перед сушкой казеин необходимо освободить от избытка влаги. Прессовать казеин можно на рычажных или шнековых прессах. Но чаще всего для этой цели используют центрифуги периодического или непрерывного действия. Влажность отпрессованного казеина около 60%.

Измельчение и сушка казеина. Отпрессованный казеин перед сушкой измельчают на зерна размером 3…5 мм в казеинодробилке, волчке или на специальной терке. Сушат казеин на специальных сушилках в псевдоожиженном слое. Полученный казеин должен иметь кислотность до 50 °Т, влаги — не более 12%, липидов — до 1,5%.

Фасовка казеина. Высушенный казеин фасуют в мешки из крафт-бу- маги или в тару из синтетического материала. В герметичной таре казеин долгое время сохраняет свои качества.

18.9.6.2. Технология производства лактозы

Лактоза относится к дисахаридам, в составе которого глюкоза и галактоза. Вырабатывается из молочной сыворотки (подсырной, творожной, казеиновой). Она может быть использована для ферментации и рафинации (сахар-сырец), в хлебобулочной и кондитерской промышленности (пищевой молочный сахар), для производства медицинских препаратов (рафинированный молочный сахар).

В производстве лактозы из молочной сыворотки используют способы очистки сыворотки от посторонних веществ и кристаллизации дисахарида. Для получения высококачественного продукта из молочной сыворотки необходимо удалить белки, минеральные вещества, пигменты, липиды и другие вещества.

444

18.9. Биохимические процессы при изготовлении продуктов

Для удаления белков используют методы тепловой денатурации в сочетании с кислотной коагуляцией. При температуре 90…95 °С белки утрачивают свою нативную структуру и в условиях низкой кислотности среды начинают коагулировать, выпадая в осадок. Кроме того, белки можно удалить, используя их способность связывать ионы кальция. При добавлении кальция к сыворотке в сочетании с воздействием высокой температуры можно добиться значительного осаждения белков.

Избыток минеральных веществ можно удалить с помощью диализа или ультрафильтрацией. При диализе низкомолекулярные соединения легко проходят через полупроницаемую мембранную перегородку в раствор. Использование электродиализа позволяет добиться высокой степени очистки, которая зависит от величины силы тока.

Для удаления красящих веществ из сыворотки используют различные адсорбенты, а удаление избытка влаги из раствора лактозы производят

ввакуум-выпарной установке при температуре 50…60 °С, доводя концентрацию сухих веществ в растворе до 60…65 %. Затем несколько повышают температуру раствора, чтобы получить перенасыщенный раствор молочного сахара.

Понижая температуру среды, инициируют процесс кристаллизации лактозы. При этом кристаллы должны быть больших размеров и однородными по структуре. При проведении кристаллизации необходимо периодически перемешивать раствор для предупреждения срастания кристаллов. В процессе кристаллизации лактозы образуется также и меласса, которую отделяют с помощью центрифугирования. После этого лактозу сушат при температуре 65…70 °С до содержания влаги 1,5 %.

Готовый продукт должен представлять собой кристаллический порошок белого или слабо-желтого цвета с содержанием лактозы до 99,1 % (влаги 0,05 % при титруемой кислотности 10 °Т, с массовой долей золы

в0,1 %). Молочный сахар-кристаллизат должен храниться при температуре не выше 20 °С не более 6 месяцев со дня выработки.

18.9.6.3. Пороки вторичного молочного сырья

Пороком обезжиренного молока может быть повышенная кислотность продукта, а также его фальсификация путем разбавления водой. Это порок достаточно быстро можно распознать в связи с тем, что плотность обезжиренного молока равна 1,028 г/см3 и понижение плотности продукта свидетельствует о присутствии в нем посторонней воды.

Основным пороком пахты является возможность повышения кислотности продукта при скисании. При попадании воды в пахту изменяется ее плотность (в норме плотность пахты равна 1,027 г/см3).

445

Глава 18. Биохимия молока

Изменения этих же показателей является условием проявления основного порока и для молочной сыворотки, плотность которой равна 1,023 г/см3.

Возникновение пороков у казеина пищевого обусловлено использованием недоброкачественного обезжиренного молока с высокой кислотностью и микробной обсемененностью. При некачественном сепарировании в обезжиренном молоке повышается содержание липидов, которые ухудшают качество казеина. Тогда как недостаточная продолжительность промывки гранул и плохое качество воды может проявиться в высокой кислотности казеина.

Использование в технологическом процессе молока с повышенной кислотностью может привести к появлению низкой зольности сычужного казеина. При недоброкачественной сушке продукт будет иметь высокую влажность.

Проведение процесса выпаривания воды из молочной сыворотки с кислотностью выше 35 °Т может способствовать накоплению в лактозе высоких концентраций молочной кислоты и появлению кислого запаха у готового продукта. Длительное воздействие высокой температуры (90…95 °С) на молочную сыворотку, проведение процедуры выпаривания при температуре выше 70 °С при высокой кислотности сгущаемой сыворотки с последующей сушкой дисахарида при температуре выше 80 °С вызывает карамелизацию лактозы с появлением у продукта коричневой окраски. Переработка недостаточно очищенной молочной сыворотки, имеющей высокую вязкость кристаллизата из-за наличия в ее составе белка и других веществ, может способствовать выработке продукта с низким содержанием лактозы.

Высокое содержание белка в лактозе может проявиться при несоблюдении оптимальных условий коагуляции белков или в случае несоответствия метода коагуляции качеству перерабатываемой молочной сыворотки.

Недостаточно белым или неоднородным по цвету может получиться пищевой молочный сахар, если использовать в технологическом процессе сырец низкого качества, а также при чрезмерно длительной выдержке образца до фильтрации и при несоблюдении режима сушки.

ВОПРОСЫ И ЗАДАНИЯ ДЛЯ САМОКОНТРОЛЯ

1. Назовите основные компоненты молока. 2. Назовите основные небелковые азотистые соединения молока. 3. Назовите основные белки молока. 4. Расскажите о строении казеинов. 5. Опишите свойства основных сывороточных белков молока. 6. Расскажите о ферментах, входящих в состав молока. 7. Напишите структурные формулы основных представителей углеводов и липидов молока. 8. Напишите

446

ГЛАВА 19

БИОХИМИЯ МЫШЦ И МЯСА

Мышцы и мясо представляют собой разные с точки зрения термодинамики системы. Одна из них живая, а другая неживая. Причем функциональная активность первой будет определять и пищевую ценность второй.

Основу мышечной ткани составляют специализированные белки (миозин, актин, тропомиозин, тропонин). Процесс сокращения мышц сопровождается значительным потреблением энергии и пластических ресурсов организма. Поэтому мышцы обладают способностью накапливать углеводы, резервируя их в виде высокомолекулярных молекул гликогена, основу которого составляет глюкоза. Окисление глюкозы обеспечивает в основном энергетические потребности мышц. Мобилизация высвободившейся в метаболических процессах энергии происходит в высокоэнергетических фосфатах, среди которых можно выделить глюкозо-6-фосфат, глюкозо-1-фосфат, глицерол-3-фосфат, фосфоенолпировиноградную кислоту, креатинфосфат и АТФ. Два последних соединения имеют определяющее значение в обеспечении энергией белков, принимающих участие в механизме сокращения. Причем расход АТФ обусловливает как сокращение мышц, так и их расслабление. Знания этих процессов необходимы будущему технологу сельскохозяйственного производства, чтобы правильно организовать содержание и питание животных, проводить направленную селекцию с целью выведения высокопродуктивных и толерантных к стрессирующим факторам животных.

Мясо является основным для человека источником белков (16…24%), углеводов (0,4…0,8%), липидов (0,5…37%), азотистых и безазотистых веществ (2,5…3,0%), минеральных веществ (0,7…1,3%). Мясо получают при убое крупного рогатого скота (КРС), свиней, овец, коз, домашней птицы, лошадей, оленей и других животных. Кроме того, мясо используют также для приготовления различных колбасных изделий, копченостей, мясных консервов и концентратов.

448

19.1. Химический состав мышечной ткани

Вкусовые характеристики мяса, его нежность и жесткость зависят от вида, возраста, пола, упитанности, породы животного, степени созревания мяса. В мясе много аминокислот, моносахаридов, азотистых оснований, которые определяют его вкусовые качества. Питательная ценность мяса связана с его высококачественным белком, содержащим все основные аминокислоты, и высоким содержанием биоусваиваемых минералов

ивитаминов. По белковой ценности, содержанию незаменимых аминокислот говядина, баранина и свинина существенно не различаются между собой.

Содержание белков в мышечной ткани КРС составляет 16…22%, в жировой — 0,8…5,0, соединительной — 21…40, хрящевой — 17…20 %. Углеводы мяса в основном представлены гликогеном, которого содержится в мясе 0,6…0,8%. В составе безазотистых веществ мяса присутствуют гликоген, мальтоза, инозит, молочная, пировиноградная, янтарная и другие кислоты. Азотистые вещества представлены креатином, карнитином, холином, глутатионом, карнозином, гипоксантином, аминокислотами, нуклеотидфосфатами и др. За вкусовые свойства мяса отвечает глутаминовая кислота, а за аромат — серин и глицин.

Состав липидов в мясе уникален, и среди жирных кислот биологическую ценность имеют ненасыщенные жирные кислоты (линолевая, линоленовая, арахидоновая). В мышечной ткани содержится липидов до 3,0%, в жировой — 70…94, соединительной — 1,0…1,3, костной ткани — 3,8…27, костном мозге — 87…92%.

Мясо может полностью обеспечить потребности человека в фосфоре

ив водорастворимых витаминах. Однако содержание жирорастворимых витаминов в мясе незначительно.

19.1. ХИМИЧЕСКИЙ СОСТАВ МЫШЕЧНОЙ ТКАНИ

Основная функция мышц состоит в преобразовании химической энергии в механическую энергию движения. Это может происходить вследствие движения живого организма относительно окружающего пространства или быть результатом реализации движения его отдельных компонентов относительно друг друга.

Химический состав мышц обусловлен их специализированной деятельностью, в основе которой заложены механизмы сокращения. В животном организме мышечная ткань составляет около 38…45% от общей массы. При этом до 70% приходится на скелетные мышцы, в которых содержание воды может составлять от 70 до 80%. Белки в сухом остатке составляют 17…21% от общей массы мышц. Основными компонентами мышечной ткани являются белки миофибрилл, саркоплазмы и сарколеммы. Пос-

449

Глава 19. Биохимия мышц и мяса

ледняя содержит в своем составе белки соединительной ткани: коллаген

иэластин (табл. 19.1). Кроме того, в состав мышечной ткани входят азотосодержащие соединения: креатин, креатинфосфат, креатинин, мочевина, карнозин, анзерин, холин, аминокислоты, нуклеозиды, нуклеотиды, нуклеиновые кислоты и др. Соединения, не содержащие азот, в основном представлены углеводами и липидами (гликоген, глюкоза, фруктоза, жирные кислоты, холестерин, триглицериды, фосфолипиды и др.).

Всоставе мышечной ткани белки сарколеммы составляют 18…20 %, саркоплазматические — 30…35, а миофибрилл — 40…45 %. Основные белки мышц — миозин и актин, содержание которых составляет 60…70

и20…25% соответственно.

Химический состав мышц колеблется в зависимости от вида и возраста животного, типа и функционального состояния мышц и ряда других факторов. Основные вещества, входящие в состав поперечнополосатых мышц животных, и их содержание (в % к сырой массе) представлены ниже:

Вода. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72,0…80,0 Сухой остаток . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20,0…28,0 Белки . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .16,5…20,9 Гликоген. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 0,3…4,0 Фосфолипиды. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 0,2…1,0 Холестерин . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 0,06…0,20 Креатин + креатинфосфат . . . . . . . . . . . . . . . 0,20…0,55 Креатинин . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .0,003…0,005 АТФ. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 0,25…0,40 Карнозин . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 0,10…0,25 Карнитин . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 0,02…0,05 Анзерин . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 0,09…0,20 Свободные аминокислоты . . . . . . . . . . . . . . . . . 0,1…0,7 Глутаминовая кислота . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 0,05…0,08 Глутамин . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .0,08…0,10 Молочная кислота . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .0,01…0,02 Мочевина. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 0,04…014 Инозит . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .Около 0,001 Зольный остаток. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1,0…1,5

Состав основных биогенных соединений зависит от типа ткани (табл. 19.2), а состав мышечной ткани и от вида животного (табл. 19.3).

450