книги из ГПНТБ / Овчинников, А. И. Биохимия молока и молочных продуктов

Лактоза, по-видимому, не влияет на вязкость молока. Жир может оказывать влияние на вязкость молока при повышенном его содержании (а также при более высокой степени дисперс­ ности).. Поэтому вязкость цельного молока отличается от вяз­ кости обезжиренного молока незначительно [65, 126]. Вязкость

На вязкость молока и сливок оказывает влияние степень дис­ персности жира. Гомогенизированное молоко имеет вязкость выше, чем негомогенизированное. ,Еще больше увеличивается вязкость в гомогенизированных сливках по сравнению с исход­ ными [43]. Однако в гомогенизированном молоке и сливках вязкость повышается также и за счет изменения физико-хими­ ческих свойств белков.

Вязкость молока и сливок значительно изменяется при нагре­ вании. С повышением температуры до 60° С вязкость заметно снижается, а при нагревании до более высоких температур она повышается. Понижение вязкости при нагревании до 60° С объ­ ясняется ускорением движения частиц, которое свойственно большинству растворов. Нагревание молока до температур выше 60° С (пастеризация .и стерилизация) вызывает физико­ химические изменения белковых веществ с укрупнением их частиц, что приводит к увеличению вязкости. Выдерживание молока н сливок (при 4—6° С) вызывает постепенное возраста­ ние вязкости, затем после достижения максимальной величины (через 48 ч), она уменьшается [45, 236].

При сгущении молока в вакуумаппаратах вязкость возра­ стает в 2—3 раза. Особенно сильно увеличивается вязкость при сгущении молока с сахаром, достигая в свежем продукте 30—40 пз. После хранения в течение ,2—6 месяцев при 25—28° С вязкость сгущенного молока с сахаром повышается до 100— 457 пз [192]. Повышение вязкости молока при сгущении проис­ ходит за счет увеличения концентрации сухого остатка, измене­ ния физико-химических свойств белков, а в сгущенном молоке с сахаром дополнительно за счет добавления большого количе­ ства сахарозы.

Интересные данные получены при исследовании вязкости кефира, ацидофилина, сметаны с помощью рео-вискозиметра [267]. Кефир, ацидофилии, сметана по своей структуре соответ­ ствуют пластичным дисперсионным системам, поэтому их вяз­ кость называют пластической. Так, пластическая вязкость, уста­

шего сорта — 160—220, сметаны первого сорта— 120—140. Многие исследователи отмечают, что молоко и сливки обла­

дают так называемой аномальной (структурной) вязкостью, ко­ торая меняется в зависимости от степени разрушения структуры [44, 46, 132]. Экспериментальных данных по изучению структур-

130

мой вязкости молока и сливок очень мало. В молоке структур­ ная вязкость обусловливается в первую очередь молочным белком, а в сливках-— молочным-жиром и, в особенности, обра­ зованием скоплений жировых шариков.

. ОСМОТИЧЕСКОЕ ДАВЛЕНИЕ И ТЕМПЕРАТУРА ЗАМЕРЗАНИЯ

Осмотическое давление молока нормального химического состава — величина сравнительно постоянная и в среднем равна 6,6 атм при 0° С. Осмотическое давление молока обусловли­ вается главным образом высокодисперсными веществами — лак­ тозой и солями, находящимися в молекулярном и ионном со­ стояниях. Белковые вещества и коллоидные соли оказывают незначительное влияние на осмотическое давление молока; жир на него не влияет. Температура замерзания молока в среднем равна—.0,555° С с колебаниями от —0,540° до —0,570° С [131, 132, 417]. Температура замерзания нормального молока доволь­ но постоянная величина, поэтому по . ней можно установить натуральность молока (криоскопический метод).

Между осмотическим давлением и температурой замерзания раствора имеется определенная связь, поэтому по температуре замерзания молока можно рассчитать осмотическое давление. По закону Бойля-Мариотта одна грамм-молекула вещества в 1 л раствора вызывает осмотическое давление, равное 22,4 атм. Температура замерзания такого раствора снижается (по сравне­

Осмотическое давление и температура замерзания меняются при разбавлении молока водой, изменении химического состава под влиянием болезней животного, лактационного периода и других факторов (повышения кислотности, нагревания). Осмо­ тическое давление молока очень близко к осмотическому давле­ нию других биологических жидкостей организма животного (крови, лимфы, желчи и т. д.), поэтому нарушение осмотиче­ ского давления жидкостей в организме при заболевании вызы­ вает изменение осмотического давления молока (и температуры замерзания). В течение лактационного периода в связи с изме­ нением физиологических процессов в организме животного тем­ пература замерзания молока меняется следующим образом: в начале периода она понижается (—0,564°С), в середине

131

Увеличение кислотности молока сопровождается понижением температуры замерзания за счет увеличения количества моле­

— 0,665°С (цитировано по Г. Инихову). В нагретом выше 65°С молоке температура замерзания несколько выше, чем в сыром. По всей вероятности, это связано с тем, что при нагревании молока происходит уменьшение количества ионов кальция и фосфорной кислоты вследствие их выпадения в виде фосфата кальция.

ПОВЕРХНОСТНОЕ НАТЯЖЕНИЕ

Известно, что поверхностное натяжение молока на границе соприкосновения с воздухом, как и всякой другой жидкости в этом случае, обусловливается свободной энергией, действую­ щей непосредственно в поверхностных слоях. Величина поверх­ ностного натяжения измеряется в эрг/см2 или дин/см. Единицей измерения в СИ является ньютон на метр (Н/м). Соотношение между различными единицами измерения следующее: 1 дин/см =1 эрг/см2= 1 • 10_3 Н/м.

Поверхностное натяжение воды при 20° С в среднем равно 72,7 дин/см, молоко же являющееся водным раствором различ­ ных химических веществ, имеет поверхностное натяжение 42,4—46,5 дин/см, обезжиренное молоко — 47,2—51,9 дин/см

[168].

Более низкое поверхностное натяжение молока по сравнению с водой объясняется наличием в молоке таких поверхностно­ активных веществ, как белки и фосфатиды. В небольшой степе­ ни поверхностное натяжение молока, по-видимому, .снижает жировая эмульсия, что подтверждается разницей между поверх­ ностным натяжением цельного молока и обезжиренного. Многие исследователи считают, что главную роль в понижении поверх­ ностного натяжения играет особый белок, находящийся в моло­ ке в малых количествах. Этот белок обладает более сильными поверхностно-активными свойствами, чем другие белки, и кон­ центрируется в первую очередь на границе жир — плазма, создавая так называемую оболочку жировых шариков и спо­ собствуя образованию пены на границе воздух — плазма молока.

Поверхностное натяжение молока непостоянно, его величина зависит, прежде всего, от химического состава молока, его тем­ пературы, продолжительности хранения'и других факторов [451]. Поверхностное натяжение на границе воздух — плазма имеет большое значение для процессов переработки молока. Пенооб­

132

разование в аппаратах при сушке, сгущении молока, маслообразовании и других технологических операциях в какой-то сте­ пени связано с поверхностными явлениями молока.

э л е к т р о п р о в о д н о с т ь

Как мы знаем, электропроводность есть величина обратная электрическому сопротивлению. Она характеризует свойство тела или раствора проводить электричество. Электропровод­

Молоко по своему химическому составу является сложной полидисперсной системой, в которой находятся свободные ионы, заряженные частицы и нейтральные молекулы. Все они в разной степени оказывают влияние на электропроводность молока.

По данным С. Перова, электропроводность молока обуслов­ ливается, главным образом, ионами Н+, К+, Na+, Са2+, Mg2_h, ОН”, С1~, РО]“, С3О3Н5- , Сб07Н|~. Молочный сахар по отноше­

нию к электропроводности не активен, так как его молекулы не распадаются на ионы и не имеют электрического заряда. Казеин и другие белки молока имеют электрический заряд, поэтому должны проводить электрический ток, но в силу боль­ ших размеров белцовые частицы передвигаются медленно, повы­ шают внутреннее трение раствора и практически уменьшают электропроводность. Жировые шарики молока имеют сложную белково-липоидную оболочку, обладающую незначительным электрическим зарядом, но они слишком крупны и еще в боль­ шей степени, чем белки и сахар тормозят передвижение ионов.

тропроводности молока зависит от ряда факторов (лактацион­ ный период, порода животного, болезни и др.), снижается при разбавлении водой и повышается при нарастании кислотности молока.

теплопроводностью и температуропроводностью.

Теплоемкость. Удельная теплоемкость, как мы знаем, опре­ деляется количеством теплоты в килокалориях, необходимых для нагревания единицы массы тела на один градус темпера­ туры и выражается в ккал/(кг• град). В СИ за единицу изме­ рения удельной теплоемкости принят джоуль на килограммкельвин (Дж/(кг-К) )■ Соотношение между единицами следую­

133

С увеличением содержания жира теплоемкость молока и сливок должна уменьшаться, так как теплоемкость жира значительно ниже, чем теплоемкость воды. Однако при определении тепло­ емкости молока и сливок в интервале от 10 до 20° С наблюда­ ется повышение теплоемкости с увеличением процента жира. Увеличение теплоемкости объясняется тем, что часть молочного жира при данных температурах находится в твердом состоянии, поэтому какое-то количество теплоты затрачивается на переход его в жидкое состояние (скрытая теплота плавления). При более высоких температурах, когда весь жир находится в жидком состоянии, теплоемкость понижается с увеличением количества жира.

Зависимость удельной теплоемкости молока и молочных продуктов от содержания в них жира и температуры определе­ ния по данным [68] приведена в табл. 24.

Удельную теплоемкость можно подсчитать (приблизительно) по формуле, предложенной проф. Головкиным Н. А. и проф. Чи­ жовым Г. Б. Величина удельной теплоемкости необходима при расчетах затрат тепла п холода на нагревайие п охлаждение молока и молочных продуктов.

Теплопроводность. Теплопроводность, как известно, характе­ ризует свойство молока передавать тепло'. Под коэффициентом теплопроводности понимают количество тепла, проходящее в единицу времени через единицу плоской поверхности при раз­ ности температур поверхностей веществ в' 1 градус. Внесистем­ ная единица измерения коэффициента теплопроводности — ккал/(м-ч-град). В СИ за единицу принят ватт на метр-кельвин

134

целого ряда факторов, из которых важное значение имеют химический состав, структура продукта, объемный вес и темпе­ ратура [131]. В табл. 25 приведены значения коэффициента теп­

135

Г Л А В А III

БИОСИНТЕЗ СОСТАВНЫХ ЧАСТЕЙ МОЛОКА И ВЛИЯНИЕ .НА ЕГО СОСТАВ РАЗЛИЧНЫХ ФАКТОРОВ

Образование составных частей молока происходит в эпители­ альных клетках альвеол молочной железы животного.. Вещества, из которых образуются составные части молока, доставляются кровью. Однако по химическому составу молоко значительно отличается от крови (табл. 27). Например, в крови нет казеина, лактозы, а содержание глобулина и альбумина в ней в несколь­ ко раз больше, чем в молоке, и белки крови и молока не иден­ тичны. И, наоборот, в молоке содержится в десятки раз больше нейтрального жира, причем жир молока по химическому составу отличается от жира крови. Из этого можно сделать вывод, что такие компоненты молока как казеин, лактоза и жир образуют­ ся в молочной железе путем сложной перестройки химических веществ, приносимых кровью.

Минеральные вещества переходят в молоко непосредственно из крови, причем такой переход нельзя отождествлять с про­ стым профильтровыванием их через стенки молочной железы;

137

надо полагать, что переход минеральных веществ из крови в молоко происходит избирательно. Доказательством этому может служить неодинаковый состав минеральных веществ плазмы крови и молока. В плазме крови преобладает натрий, кальция и калия в ней мало; в молоке, наоборот, больше каль­ ция п меньше натрия. Точно так же без всяких, по-видимому, изменений из крови в молоко поступают витамины, гормоны, иммунные, тела и ' некоторые ферменты.

Каким же образом происходит синтез основных составных частей молока в ' молочной железе? На основании большого экспериментального материала, полученного за последний пе­ риод времени учеными разных стран, можно говорить о хими­

Б И О С И Н Т Е З Л А К Т О З Ы

Лактоза состоит из молекул D-галактозы и D-глюкозы. Глю­ коза всегда находится в определенном количестве в крови, галазтозы же в крови нет, она, по-видимому, образуется в эпители­ альных клетках молочной железы в момент синтеза лактозы. Опыты с использованием «меченых» углеродных атомов (14С) подтвердили предположенное, что материалом для образования лактозы молока является глюкоза крови [404, 416]. Однако механизм преобразования глюкозы в галактозу и синтеза лак­ тозы нз составных частей окончательно не установлен. Сначала некоторые исследователи предполагали, что процесс превраще­ ния глюкозы в галактозу (и синтез лактозы) протекает с уча­ стием фосфорной кислоты АТФ [47, 289, 378]. Позже было уста­ новлено, что в реакциях участвуют более активные формы моносахаридов — их соединения с урндинднфосфатом [416]. Реакции перехода одной формы моносахарида в другую, а так­ же синтеза лактозы катализируются специальными уридииовыми ферментами и протекают по следующей схеме:

Глюкозо-1 -фосфат + УТФ -> УДФГ + Пирофосфат,

УДФГ УДФглюкозо-эпимераза - УДФГал,

УДФГал + Глюкозо-1-фосфат -> Лактоза + УДФ + Фосфат.

Последняя реакция катализируется ферментом лактозосинтетазой, которая по новой номенклатуре носит название УДФгалак- тоза-Б-глюкоза-1-галактозилтрансферазы (2.4.1.22). Для дей­ ствия синтетазы на этом последнем этапе необходимо присут­ ствие двух специфических белков Л и В. Как показали послед­ ние исследования, белком В является а-лактальбумин [307].

138

БИОСИНТЕЗ МОЛОЧНОГО ЖИРА

Синтез жира осуществляется в две фазы. В первой фазе про­ исходит образование жирных дислот и глицерина, во второй — из них синтезируется жир. Предшественниками жирных кислот молочного жира являются различные составные части крови, источником которых, в свою очередь, служит корм. Жир корма в кишечнике животных при участии желчных кислот эмульги­ руется, гидролизуется липазой, после чего в виде продуктов распада всасывается стенками кишечника, где он вновь ресинтезируется в жир, специфический для данного вида животного. Далее, ресинтезированный жир в виде тонкой эмульсии посту­ пает в лимфатическую систему, откладывается в виде жировой ткани, а затем по мере необходимости используется клетками организма, в том числе и клетками молочной железы. Кроме того, некоторая часть глицеридов в виде очень тонкой эмульсии может не подвергаться гидролитическому распаду, а непосред­ ственно проходит при помощи желчных кислот через стенки кишечника в лимфатическую систему.

Как показывают исследования, жир корма не может полно­ стью обеспечить синтез жира в молочной железе, так как в него входят главным образом жирные кислоты с высоким молеку­ лярным весом, имеющие не ниже 16 углеродных атомов. Молоч­

углеродных атомов'of 4 до 16. Следовательно, для образования молочного жира должны использоваться, помимо жира, и дру­ гие составные части корма. В настоящее время рядом исследо­ вателей [173, 207—209, 225, 270, 392] установлено, что источником жирных кислот с низким молекулярным весом (и некоторого количества высокомолекулярных кислот) является прежде всего уксусная кислота, которая образуется в рубце животных в ре­ зультате брожения углеводов. Как известно, жвачные животные поедают растительный корм с большим содержанием клетчатки, последняя задерживается в рубце желудка, где подвергается * брожению (до 60%) микрофлорой с образованием уксусной, пропионовой и масляной кислот. Кроме того, некоторое количе­ ство клетчатки проходит в толстые кишки, где также сбражи­ вается под влиянием микроорганизмов до уксусной и других кислот. Уксусная кислота (а также и другие кислоты) поступает' в кровь, затем доставляется в печень для синтеза необходимых (в основном, высокомолекулярных) жирных кислот и жира. Уксусная кислота может также доставляться в молочную желе­

зу, где из нее синтезируются низкомолекулярные' жирные кислоты.

По данным [270], молочный жир у жвачных, по сравнению с другими травоядными животными и человеком, отличается относительно высоким содержанием кислот с короткими цепями:

139