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

мало каротина, но количество витамина А в нем выше, чем в коровьем. Жировые шарики козьего молока мельче жировых шариков коровьего, что способствует лучшему усвоению его организмом. Лактация козы продолжается 7—8 месяцев. Молозивный период 3—4 дня.

Молоко овцы. Овечье молоко по сравнению с коровьим содержит в своем составе больше жира и белка, имеет более высокую титруемую кислотность и большую вязкость. В молоке овцы сравнительно большое количество казеина (в среднем около 4,5%). Высокое содержание казеина оказывает влияние на ряд свойств овечьего молока и прежде всего на кислотность, плотность и вязкость. Химический состав молока овцы подвер­ жен колебаниям и во многом зависит от породы, кормления, условий содержания и т. и.

Молоко буйволицы. Молоко буйволиц отличается от молока коров и других животных высоким содержанием жира и сухих веществ. Количество жира в нем может достигать 14,0%, сухих веществ.— 20,0% [2]. Молоко обладает хорошими вкусовыми качествами, имеет высокую калорийность (калорийность 1' кг молока буйволицы равна 1120—1660 ккал, т. е. в два раза выше, чем калорийность коровьего молока). Молоко буйволицы содер­ жит в два-три раза больше таких важных микроэлементов, как кобальт, железо, медь, цинк. В 1 л молока буйволиц содержится в среднем 0,16 мг витамина А (каротина в нем не обнаружено), 14,28 мг витамина С.

Молоко кобылицы. Химический состав и некоторые свойства молока кобылиц изучены в нашей стране наиболее полно по сравнению с молоком других животных (кроме коров) [27, 200, 281]. Молоко кобылиц имеет сладковатый, немного терпкий вкус, в свежем виде не потребляется, а идет на выработку кумыса. По „химическому составу кобылье молоко значительно

•отличается от молока коров и других животных. В нем содер­ жится в два раза меньше белков и жира, почти в полтора раза ■больше молочного сахаря, чем в коровьем. Белки кобыльего молока имеют высокую усвояемость. Общее количество белков в кобыльем молоке невысокое, причем на долю казенна прихо­ дится около 55% (по данным Г. Инихова, около 60%). Казеин высоко диспергирован, поэтому при изготовлении кумыса он не образует плотного сгустка, а выпадает в виде мелких хлопьев. Жировые шарики кобыльего молока по сравнению ■с жировыми шариками коровьего молока мельче, средняя вели­ чина их'составляет 2,1-мкм (Г. Инихов). Высокое содержание молочного сахара в молоке кобылиц создает условия для более энергичного спиртового брожения, поэтому в кумысе из кобыль­ его молока накапливается больше спирта, чем в кефире. Кобылье молоко содержит значительное количество витамина С (126,3—135,0 мг/л). Оно также богато и другими витаминами, например, тиамина в нем обнаружено 280 мкг/л, каротина до

250

1,29 мг/л. Однако рибофлавина в кобыльем молоке содержится 380 мкг/л, т. е. в 4—5 раз меньше, чем в коровьем .Кислотность кобыльего молока низкая — около 6°Т, а pH 6,6—7,0.

Химический состав кобыльего молока зависит от условий, кормления и содержания животных, порода не оказывает силь­

Молоко верблюдиц. Средний химический состав молока: верблюдиц приведен в таблице 31. Молоко верблюдиц содержит больше жира и молочного сахара по сравнению с коровьим: молоком. Количество белков в нем такое же, как и в коровьем

Молоко зебу. Химический состав и физико-химические свой­ ства'молока зебу изучены [48] (табл. 31). Зебу — довольно высо­ копродуктивные животные, у лучших животных удой за лакта­ цию (290 дней) составляет в среднем 958,5 кг при содержании, жира— 5,69%. Содержание жира в молоке меняется, постепен­ но возрастая к концу лактации. По данным [48] зебу Азербай­

15В

ГЛАВА IV

БИОХИМИЧЕСКИЕ ИЗМЕНЕНИЯ СОСТАВНЫХ ЧАСТЕЙ МОЛОКА

При получении, а также во время хранения в молоко попадают различные микроорганизмы, которые находят благо­ приятные условия для своего размножения. В процессе своей, жизнедеятельности микроорганизмы подвергают глубокому рас­ паду молочный сахар, белки и жир, причем воздействию бакте­ рий в первую очередь подвергается молочный сахар. Еще-

вбольшей степени изменяются_ составные части молока в про­ цессе изготовления молочных продуктов (кефир, простокваша,, ацидофилин, сыр, сливочное масло и др.), так как в этом случае

вмолоко вносят специально подобранные штаммы модочнокислых бактерий. Кроме того, ферменты, выделяемые некоторыми видами микроорганизмов часто являются причиной порчи молочных продуктов при их более или менее длительном хра­

нении.

БРОЖЕНИЕ МОЛОЧНОГО САХАРА

В основе изготовления целого ряда молочных продуктовлежит процесс распада молочного сахара под действием микро­ организмов, называемый брожением. Молочный сахар является в первую очередь источником энергии, которая необходима микроорганизмам для обмена веществ, а также источником, образования промежуточных соединений ряда синтетических, реакций.

Многочисленные исследования ученых [127, 166, 268] далиоснование сделать вывод, что основными типами брожения, могут считаться три: спиртовое, молочнокислое и маслянокис­ лое. Остальные типы брожения являются как бы их комбина­ цией. Например, пропиоиовокислое брожение и гетероферментативное молочнокислое брожение обычно протекающие присозревании сыров, могут рассматриваться как комбинация спир­ тового и гомоферментативного молочнокислого брожения. Исследование основных типов брожений привело к чрезвычайноважному выводу, что эти брожения до пировиноградной кислоты.

153-

идут с образованием одних и тех же промежуточных продук­ тов и по одному и тому же пути. Кроме этого, выяснено, что дыхание растений, животных и человека в .своей анаэробной части тождественны с начальной стадией брожения (Палла­ дии В. И. и Костычев С. П.).

При изготовлении целого ряда молочных продуктов могут протекать все три основных типа брожений. Наряду с ними имеют место пропионовокислое. брожение в сырах, уксуснокис­ л о е — в кисломолочных продуктах. Так как начальная стадия — до пировиноградной кислоты, у всех типов брожений одинакова, ■остановимся подробна на спиртовом брожении.

Спиртовое брожение. В настоящее время благодаря трудам Л. А. Иванова, А. Гардена, С. П. Костычева, К. Нейберта, А. Н. Лебедева, Г. Эмбдена, О. Мейергофа и Я. О. Парнаса ■процесс спиртового брожения изучен хорошо и может быть дан достаточно подробно. Исходным материалом для спиртового брожения являются гексозы, поэтому брожению в молоке пред­ шествует гидролитическое расщеплениемолочного сахара под

.влиянием фермента лактазы на-глюкозу и галактозу*:

Галактоза Глюкоза

В дальнейшем глюкоза под действием фермента гексокиназы воспринимает остаток фосфорной кислоты от аденозинтрифосфорной кислоты (АТФ) и превращается в фосфорный эфир (глюкозо-6-фосфат)

СН 2ОН

ОН ДТФ АДф ОН

* Некоторые авторы считают, что ферментативный гидролиз лактозы не

•является обязательным, лактоза может сбраживаться непосредственно путем

•фосфорилирования ее.

J54

Вторая гексоза молочного сахара — галактоза — подвергаться1 непосредственно брожению не может и должна перейти в глю­ козу:

1)Галактоза + АТФ->-галактозо-Гфосфат + АДФ,

2)Галактозой-фосфат + УДФГ ->■ УДФГал + глюкозо-1- фосфат,

3)УДФГалч=ьУДФГ.

Известно, что не все виды дрожжей способны сбраживать, молочный сахар в связи с недостаточностью некоторых специ­ фических ферментов, участвующих в вышеприведенных реак­ циях превращения галактозы в глюкозу [244].

Глюкозо-6-фосфат при участии фермента глюкозофосфатизомеразы превращается во фруктозо-6-фосфат, последний при по­ мощи фермента фосфофруктокиназы присоединяет еще один остаток фосфорной кислоты от АТФ и преобразуется во фрук­ тозо-1,6-дифосфат:

Таким образом, образование фруктозо-1,6-дифосфата является заключительной реакцией в подготовке гексоз для дальнейшегоих расщепления. В результате -этих реакций гексозы становятся менее устойчивыми и способными к дальнейшим ферментатив­ ным превращениям.

Следующий этап заключается в разрыве углеродной цепочки и из фруктозо-1,6-дифосфата образуются две фосфотриозы: 3-фосфоглицериновый альдегид и фосфодиоксиацетон. Эта реак­ ция расщепления катализируется ферментом альдолазой, содер­ жащемся в дрожжах, бактериях. В дальнейшем ферментатив­ ному преобразованию будет подвергаться 3-фосфоглицернновый альдегид и по мере его расходования фосфодиоксиацетон под действием фермента триозофосфатизомеразы переходит в 3-фос­ фоглицериновый альдегид

155

З-Фосфоглицериновый альдегид присоединяет еще одну мо­ лекулу фосфорной кислоты (за счет неорганического фосфата) и под действием дегидрогеназы фосфоглицеринового альде­ гида окисляется до 1,3-дифосфоглицериновой кислоты. Образо-ч давшаяся таким путем дифосфоглидериновая кислота передает один остаток фосфорной кислоты молекуле АДФ, превращаясь в 3-фосфоглицериновую кислоту (реакция катализируется фер-

.ментом фосфоглицераткиназой). Далее 3-фосфоглицериновая дислота при помощи фермента фосфоглицератмутазы переходит в 2-фосфоглицериновую кислоту:

Образовавшаяся 2-фосфоглицериновая кислота теряет моле­ кулу воды и под действием фермента фосфопируват-гидратазы (енолазы) переходит в фосфоенолпировиноградную кислоту.

.Далее фосфоенолипировиноградная кислота передает остаток фосфорной кислоты молекуле АДФ и превращается в нестойкую -енолпировиноградную кислоту, которая легко переходит в свою устойчивую форму:

Описанные реакции брожения глюкозы до образования пировиноградной кислоты, как уже отмечалось, в такой же последо­ вательности и при участии тех же ферментов происходят при

J56

анаэробном дыхании животных, растений и различных видов микроорганизмов. Дальнейшее • превращение пировиноградной кислоты может идти в разных направлениях, которые будут определяться специфическими особенностями данного организ­ ма и условиями среды. В аэробных условиях она полностью окисляется до воды и углекислого газа (дыхание) или же под­ вергается окислению до уксусной кислоты; в анаэробных усло­ виях из нее образуется целый ряд химических соединений характерных для того или другого типа брожения (см. схему).

Схема молочнокислого, спиртового, маслянокислого и пропионовокислого брожений лактозы

В рассматриваемом нами спиртовом брожении, пировиноградная кислота подвергается расщеплению под действием пируватдекарбоксилаз'ы на уксусный альдегид и углекислый газ. Уксусный альдегид далее вступает во. взаимодействие с НАД-Н2, образовавшимся ранее при окислении дифосфогли-

157

церинового альдегида в дифосфоглицериновую кислоту. В ре­ зультате происходит образование этилового спирта

Спиртовое брожение играет положительную роль при приго­ товлении кефира и кумыса, в состав заквасок которых входят дрожжи, сбраживающие лактозу.

Молочнокислое брожение. При молочнокислом брожении; разложение лактозы до образования пировиноградной кислоты, идет тем же путем, что и при спиртовом брожении, затем пировнноградная кислота подвергается не расщеплению на спирт и углекислый газ, а восстановлению до молочной кислоты. Восстановление катализируется лактатдегидрогеназой (активной группой которого является восстановленная форма НАД),

сн3

Многие виды молочных бактерий при сбраживании сахара, кро­ ме молочной кислоты, образуют целый ряд побочных химических веществ: органические кислоты (уксусная, пропиоиовая, янтар­ ная и др.), этиловый спирт, эфиры, углекислый газ и др. В за­ висимости от продуктов, накапливаемых в процессе брожения все молочнокислые бактерии подразделяют на гомоферментативные (типичные) и гетероферментативные (нетипичные) бак­ терии. Молочнокислые бактерии, образующие в качестве основ­ ного продукта молочную кислоту, относят к гомоферментативным, а бактерии, которые, кроме молочной кислоты, в значи­ тельных количествах образуют и другие продукты брожения — к гетероферментативным. Молочнокислое брожение является основным процессом при приготовлении кисломолочных продук­ тов, сыра, а молочнокислые бактерии — наиболее важной груп­ пой микроорганизмов для молочной промышленности.

Внимание ученых многих стран привлекает разложение лак­ тозы молочнокислыми ароматообразующими бактериями (Str.

158

diacetilactis и др.), в результате которого образуются диацетил, ацетоин и ряд летучих кислот, придающих специфический аромат закваскам и молочным продуктам (масло, сметана и др.). В на­ стоящее время нет единого мнения относительно источника образования диацетила. Ван-Бейнум, Петте, Банг и многие другие исследователи считают, что диацетил образуется в аэробных условиях из лимонной кислоты, согласно же Виртанену и Коппану, лимонная кислота играет только роль акцеп­ тора водорода, а днацетил образуется из лактозы [99]. Однако все исследователи согласны с тем, что в обоих случаях процесс образования диацетила идет через стадию'получения пировиноградной кислоты, механизм дальнейшего превращения послед­ ней в диацетил до конца еще неясен. Вероятно, диацетил может образоваться как непосредственно из одной лактозы, так и при совместном наличии лактозы и лимонной кислоты, химизм реакций зависит от вида микроорганизмов, которые принимают участие в этом процессе. Например, микроорганизмы Str. citrovorus, по утверждению Кренна, Валика, образуют диацетил из лактозы в присутствии лимонной кислоты, a Bact. aerogenes— из одного молочного сахара [363].

Если диацетил образуется непосредственно из лактозы, то биохимический процесс до стадии получения пировиноградной кислоты идет по ранее приведенной схеме. В дальнейшем, по мнению многих исследователей, пировиноградная кислота под действием фермента декарбоксилазы превращается в уксусный альдегид, две молекулы которого конденсируются в диацетил или ацетоин (ацетилметилкарбинол), почти всегда находящийся в ароматических веществах заквасок и масла:

159