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

Выделившийся при образовании диацетила водород может идти на образование 2,3-бутандиола: *

А < ° + с / ° + 2н-> с н о н .

Вышеописанные химические реакции протекают при участии коэнзима А и соответствующих дегидрогеназ. В том случае, если диацетил образуется из лимонной кислоты, процесс может идти следующим путем. Вначале лимонная кислота распадается на щавелевоуксусную и уксусную кислоты. Далее щавелево­ уксусная кислота декарбоксилируется с образованием пировиноградной кислоты, образовавшаяся пировиноградная кислота преобразуется в диацетил и ацетоин согласно вышеприведенным химическим реакциям:

СООН

В последние годы Мэн и Петте [99] при изучении образова­ ния диацетила в масле и заквасках установили, что вначале из пировиноградной кислоты образуется а-ацетомолочная кйс-

*2, З-Бутандиол может быть получен также при редуцировании ацетоина

идиацетила.'

160

лота, которая в анаэробных условиях при декарбоксилировании может превращаться в ацетоин, затем в диацетил:

СО + СО — £2*.- НО - С - СО - СН3 ~ С° 2->

а в аэробных — непосредственно в диацетил:

Реакция конденсации двух молекул пировиноградной кислоты с одновременным декарбоксилированием, как видно из приве­ денной реакции, приводит к образованию а-ацетомолочной кис­ лоты. Эта реакция свойственна только бактериям,, в дрожжах и животном организме ацетоин и - диацетил образуются через уксусный альдегид, т. е. не требуется получения промежуточного продукта — а-ацетомолочной кислоты.

А. Максимовой [186] установлено, что диацетил в заквасках может образоваться только при определенном окислительно­ восстановительном потенциале,. в сильно восстанавливающей среде с пониженным гН2 диацетил превращается в ацетоин:

СНз СНз

Бактерии Str. diacetilactis, образующие в больших количествах диацетил, обладают слабыми восстановительными свойствами,

так как создают в среде более высокий окислительно-восстано­ вительный потенциал (гН2 = 6,0). Str. citrovorus, Str. paracitrovorus и некоторые штаммы Str. diacetilactis обладают сильной редуцирующей способностью и образуют только ацетоин.

Маслянокислое брожение. Происходит в молоке и молочных продуктах под влиянием масляиокислых бактерий, сбраживаю­ щих как глюкозу, так и молочную кислоту. Конечными продук­ тами брожения являются масляная ' кислота, углекислый газ и молекулярный водород

_ СвНл О0 - CI13СН 2СН 2СООН -f 2СО, + 2Н,;

Маслянокпслое брожение является сложным процессом, но до образования пнровиноградной - кислоты оно идет аналогично спиртовому брожению. Образовавшаяся пировиноградная кис­ лота декарбокснлируется до уксусного альдегида. Две молеку­ лы уксусного альдегида посредством фермента карболигазы конденсируются в ацетальдоль, который путем внутримолеку­ лярной перегруппировки в дальнейшем превращается в масля­ ную кислоту

2СН3СНО Карб0Л11газа _ СН3СНОНСН2СНО - СН3СН2СН,С0ОН.

Ацетальдоль

спирта. Маслянокислое брожение — нежелательный процесс в молочной промышленности; маслянокислые бактерии являют­ ся причиной появления в кисломолочных продуктах неприятного запаха и вкуса и вспучивания сыров.

Пропионовокислоё брожение. Возбудителем брожения явля­ ются пропионовокислые бактерии, которые могут превращать "глюкозу, молочную кислоту и ее соли в пропионовую кислоту. В том и другом случае процесс идет через стадию образования пировиноградной кислоты. Если разложение начинается с глю­ козы, то процесс до образования пировиноградной кислоты идет аналогично спиртовому брожению. ЕсЛи оно начинается с мо­ лочной кислоты, то последняя дегидрируется ферментом лактатдегидрогеназой, превращаясь в пиро.виноградную кислоту:

162

В дальнейшем часть пировнноградной кислоты подвергается

Пропио'иовая кислота

Пропионовокислые бактерии мо'гут проявлять свое действие другим путем, который заключается в том, что дальнейшее превращение пировиноградной кислоты связано не с отщеплеш1ем"углекислого газа, а, наоборот, с его присоединением и об­ разованием щавелевоуксусной кислоты. Далее щавелевоуксус­ ная кислота восстанавливается до янтарной, а последняя декарбоксилируется с образованием пропионовой кислоты

Янтарная

кислота

Пропионовокислое брожение играет важную роль в процессе созревания сыров.

Другие виды брожения. Кроме перечисленных видов микро­ организмов (дрожжи, молочнокислые, маслянокислые и пропи­ оновокислые бактерии) в' молоке и молочных -продуктах нахо­ дятся другие микроорганизмы, например, бактерии группы кишечной палочки и уксуснокислые бактерии, которые вызы­ вают брожение сахара с образованием целого ряда разнообраз­ ных химических соединений. •

Например, бактерии группы кишечной палочки, часто встре­ чающиеся в молоке и молочных продуктах, сбраживают сахар,

163

с образованием большого количества кислот и газов. Химизм этого брожения сложен и разнообразен, однако первая фаза до образования пировиноградной кислоты идет аналогично спиртовому брожению. Во второй фазе пировиноградная кисло­ та подвергается различным превращениям с образованием молочной, уксусной кислот, этилового спирта, 2,3-бутандиола, углекислого газа и водорода:

С Н з

Бутиленгликоль (2,3-бутандиол)

В аэробных условиях бактерии группы кишечной палочки могут использовать молочную кислоту для дыхательных целей, окис­ ляя ее до С02 и Н20:

СН3 - СНОН - СООН + 2 0 2 ЗС02 + ЗН20.

164

Уксуснокислые бактерии, как типичные аэробы, появляются в молочных продуктах на поверхности, окисляют этиловый спирт в уксусную кислоту, поэтому часто являются’ спутниками дрожжей и в присутствии последних развиваются очень хорошо. Химизм уксуснокислого брожения схематически может быть представлен в следующем виде:

Наряду с окислением этилового спирта, уксуснокислые бактерии могут окислять другие спирты, сахара и некоторые кислоты.

ИЗМЕНЕНИЕ МОЛОЧНОГО ЖИРА

Во время хранения сливочного масла и других молочных продуктов, особенно при неблагоприятных условиях, молочный жир в них подвергается глубокому изменению с образованием ряда химических соединений, обладающих часто неприятным запахом. Изменение жира может протекать как под влиянием ферментов, выделяемых главным образом микроорганизмами, так н под действием кислорода воздуха. Действие этих факто­ ров может ускоряться повышенной температурой и солями тяжелых металлов (медь, железо, цинк и др.). В настоящее время установлено, что изменение жира при порче сводится, в основном, к двум химическим процессам: гидролизу и перекисному окислению.

Гидролитическое расщепление жира (омыление)

Гидролиз есть процесс расщепления жира на глицерин и жирные кислоты, связанный с повышением кислотности жира и иногда приводящий к его порче:

О

сн2- о - сII - •я

Если при гидролизе жира освобождаются высокомолекулярные жирные кислоты, не обладающие неприятным запахом и вкусом,

165

то имеет место только ощущение повышенной кислотности жира, т. е. произойдет, как принято называть «прокисание масла». Если при гидролизе будут освобождаться такие низко­ молекулярные жирные кислоты, как масляная, капроновая, каприловая, имеющие неприятный запах и вкус, то жир стано­ вится непригодным для употребления в пищу. Гидролиз жира вызывается главным образом ферментом липазой; однако он может протекать и без участия липазы при высокой температуре^хранения, сильной освещенности дневным светом и высо­ кой влажности.

Перекисное окисление жира (прогоркание)

Под перекисным окислением жира следует понимать его глубокий распад с образованием перекисей, альдегидов, кето­ нов, оксикислот, альдегидо-кнслот, дикарбоновых кислот, эфи­ ров и других соединений. Окисление очень часто связано с по­ явлением в жире неприятного прогорклого вкуса и запаха, вследствие чего продукт становится непригодным в пищу. Оно вызывается липолитическими ферментами, выделяемыми микро­ организмами, а -также происходит под действием кислорода воздуха и света.

Ферментативное окисление жира. Сливочное масло благода­ ря содержанию в нем белков, углеводов и воды, представляет собой продукт, благоприятный для размножения микроорганиз­ мов, выделяющих различные ферменты и в том числе ферменты, которые производят окисление свободных жирных кислот и гли­ церидов. Окисление жирных кислот при помощи ферментов проходит по типу р-окисления, причем в масле оно, вероятно, идет не до конца, а останавливается на стадии образования

* Все остатки жирных кислот типа RCO называются ацилами.

166

Затем от ацилкофермента А отнимаются два атома водорода дегидрогеназой флаГвиновой группы (с ФАД в качестве кофермента), а к образовавшемуся ненасыщенному ацилкоферменту А присоединяется вода с помощью гидротазы

Далее (5-оксиацилкофермент А дегидрируется с помощью дегид­ рогеназы (с НАД в качестве кофермента),. превращаясь

вp-кетоацилкофермент А. В микроорганизмах данная реакция прерывается действием диацилазы, котдрая освобождает кофермент А, а кетокислота далее декарбоксилируется, преобразуясь

вкетон:

•Кетоиное прогоркание по типу р-окисления жирных кислот происходит в сливочном масле под влиянием плесеней. . При этом образуются самые различные кетоны: амилметилкетон

(гептанон-2), гептилметилкетон (йонанон-2) и др.

При окислении непредельных жирных кислот в качестве конечных продуктов образуются дикарбоновые кислоты и угле-

167

водороды, промежуточными соединениями могут быть окси- и кетокислоты

а .к 9-му углеродному атому, тогда конечным продуктом будут пеларгоновые кислоты

Окисление жирных кислот с сопряженными и несопряженными двойными связями таких, как линолевая, линоленовая и*арахидоновая, может происходить под влиянием фермента липоксигеназы. Правда, этот фермент находится в растениях, однако в молоке на поверхности жировых шариков обнаружены цито­ хром с, а в высокомолекулярных глобулинах — фермент типа липоксигеназы, которые также катализируют окисление ненасы­ щенных жирных кислот [201, 221, 382]. Предполагается, что механизм такого окисления аналогичен неферментативному, т. е. процесс идет через цепные реакции (о цепных реакциях см. ниже).

Окисление жира кислородом воздуха. Окислению подвер­ гаются в первую очередь непредельные жирные кислоты. Изме­ нения, происходящие в этом случае в жире, приводят к порче и носят название окислительной порчи. Механизм реакций , такого окисления окончательно еще не выяснен. Из имеющихся

168

экспериментальных данных следует, что этот процесс идет через цепные реакции с образованием промежуточных продуктов перекисного типа [54, 128, 201, 265, 288]. Теория цепных реакции разработана Семеновым Н. H., в основе'которой лежит «перекисная теория окисления» А. H. Баха. Сёренов Н. Н. считает,

Такая активная перекись, сталкиваясь с неактивной молекулой, дает гидроперекись и новый свободный радикал

R - 0 - 0 - + RH + R - 0 - 0 - H + R+ .

Образовавшийся свободный радикал может являться центром новой цепной реакции и т. д.

При окислительной порче жиров реакции окисления в пер­ вую очередь подвергаются непредельные жирные кислоты. Образование перекисей при окислении непредельных жирных кислот можно представить в таком виде:

Из приведенных химических реакций видно, что при воздей- 'ствин на непредельную кислоту светом, теплом или другим видом энергии происходит отрыв атома водорода и образование свободного радикала, который легко соединяется с кислородом, давая перекисный радикал. Далее, перекисный радикал отры­ вает атом водорода от новой молекулы непредельной кислоты, образуя гидроперекись и новый свободный радикал, последний

169