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

жиры). Например, в США разрешено применять: токоферолы

кислоту — 0,01%.

Исследованиями авторов установлено, что в большинстве случаев антиокислители фенольного типа проявляют больший стабилизующий эффект в присутствии таких кислот как аскор­ биновая, лимонная, малеиновая. Явление усиления свойств антиокислителей называется синергизмом, а перечисленные кислоты — синергистами [124, 288]. До сего времени еще неясно, в чем проявляется синергизм этих кислот. Известно, что синергисты резко снижают каталитическое действие тяжелых метал­ лов и усиливают активность многих антиокислителей. Наиболее распространенной в литературе является гипохеза о том, что кислоты, обладающие синергетическим действием, выступают как доноры водорода, восстанавливая окисленную форму анти­ окислителя.

У нас в Советском Союзе изучением свойства синтетических антиокислителей занимались О. Котова и М. Залашко и др. [124, 162, 210, 217]. В молочный жир и масло исследователями

180

вводились производные галловой кислоты, нордигидрогваяретовая кислота, ионол, витамин Р и др.' Из всех испытанных анти­ окислителей наиболее активными оказались ионол и эфирьг галловой кислоты. Они увеличивают стойкость молочного жира и сливочного масла при добавлении в количестве 0,01%, причем эффект действия этих антиокислителей проявляется ярче в сли­ вочном масле, чем в чистом молочном жире. Антиокислители проявляют свое защитное действие в большей степени при вве­ дении их вместе с каротином. Н. В. Новотельнов и Э. Р. Ставрова [210] провели серию опытов с образцами сливочного масла, в которые был внесен препарат ферментированной вытяжки изплодов шиповника, -содержащий витамин Р (от 100 до 150 мг) и аскорбиновую кислоту (от 30 до 40 мг). Масло хранилось при 0°С в течение 7 месяцев. Результаты наблюдений показали,

в 2,5 раза. Кроме того, введение препарата Р с добавками аскорбиновой кислоты показало бактерицидный эффект — задер­ живалось развитие Вас. subtilis, Bact. fluorescens и других бак­ терий в масле.

РАСПАД БЕЛКОВ

При изготовлении многих молочных продуктов в молоковносят молочнокислые бактёрии и дрожжи; некоторые виды микроорганизмов попадают в него из окружающей среды. В про­ цессе своей жизнедеятельности микроорганизмы вырабатывают целый комплекс ферментов, в том числе различные' протеоли­ тические ферменты, состоящие из протеиназ (эндопептидаз) и пептидаз (экзопептидаз). Как известно, протеиназы катализи­ руют процессы разрыва пептидных связей белка с образованием высокомолекулярных пептидов (альбумоз и пептонов), полипеп-

—гидов различного состава и свободных аминокислот. Пептидазы катализируют процессы разрыва пептидных связей в различных пептидах с образованием аминокислот. Однако в настоящее время доказано, что определяющим фактором гидролиза белков при действии'протеиназ и пептидаз служит не величина моле­ кулы субстрата, а природа аминокислотных боковых цепей, и других групп, находящихся рядом с гидролизуемой связью. Например, протеиназы могут гидролизовать не только белки, но и пептиды с короткой цепью [283].

Протеолиз белков молока ферментами различных молочно­ кислых бактерий обнаруживается в первые часы и сутки их культивирования. Протеолитические ферменты молочнокислых бактерий состоят из CMeci-f протеиназ и пептидаз. Соотношение их различно у отдельных видов и штаммов [138]. Принято счи­ тать, что стрептококковые формы имеют более развитый комп­ лекс протеиназ и разлагают белки в основном до пептидов,

181

молочнокислые палочки обладают одинаково развитым комплексом протеиназ и пептидаз и гидролизуют белки преиму­ щественно до аминокислот [103, 138, 262]. Правда, состав про­ теолитических ферментов у 'отдельных видов молочнокислых бактерий неодинаков. Так, Str. lactis и Str. acetoinicus произво­ дят распад белков до низкомолекулярных пептидов и по коли­ честву образуемых свободных ■аминокислот занимают первое место. Str. diacetilactis обладают, способностью накопления растворимых белков и высокомолекулярных пептидов, а по об­ разованию аминокислот занимают последнее место [146, 147].

Термофильные (Lbm.. bulgaricum, Lbm. acidophilum, Lbm. helveticum) и мезофильные (Lbm. casei, Lbm. plantarinn) палочки обладают более высокой протеолитической активностью, чем молочнокислые стрептококки. - У культур бетабактерий, выде­ ленных из кефирных грибков, наблюдается слабая протеолити­ ческая активность [187].

Молочнокислые бактерии избирательно относятся к различ­ ным видам белков и фракций казенна молока. По казеиноли­ тической активности на первом месте стоит Str. diacetilactis,

на втором — Str. lactis и на третьем-— Str. acetoinicus [147, 148].

Протеолитические ферменты молочнокислых палочек способны разлагать казеин молока в меньшей степени, чем ферменты кокйовых форм, хотя имеются данные о том, что Lbm. helveticum гидролизует альфа- н бета-казеин, проявляя большую активность по отношению к первому [8].

Следовательно, направление и степень распада белков молока при выработке кисломолочных продуктов и сыров зави­ сят от вида используемых микроорганизмов и созданных усло­ вий для действия протеолитических ферментов. В простокваше протеолиз белков весьма незначителен, а по некоторым данным, его вовсе нет, так как при изготовлении ее используются молоч­ нокислые стрептококки, обладающие слабыми протеолитически­ ми свойствами. В кефире и кумысе протеолиз белков происходит в большей степени, так как наряду со стрептококковыми фор­ мами там участвуют палочки и дрожжи, у которых протеолити­ ческие свойства выражены сильнее.

В кисломолочных продуктах созданы неблагоприятные усло­ вия для протеолиза белков ферментами молочнокислых стреп­ тококков. Оптимум действия протеиназ молочнокислых стрепто­ кокков лежит при pH 6,0—7,0; при pH 5,0 интенсивность протео­ лиза снижается п'а 50% [456]. Свежее молоко имеет pH 6,8, в такой среде молочнокислые стрептококки быстро размножа­ ются. Для синтеза белков и ферментов они используют вначале свободные аминокислоты, находящиеся в молоке в очень малых количествах, затем подвергают протеолитическому распаду бел­ ки с помощью своих экзоферментов. Одновременно с этим для

182

молочнокислых стрептококков происходит усиленное накопление 'молочной кислоты, pH среды падает, т. е. создаются неблаго­ приятные условия для роста бактерий и при pH 4,5 и ниже они гибнут. По мнению ряда авторов (В. Богданов, А. Скородумова, А. Максимова), между протеолитической активностью молочно­ кислых стрептококков (Str. lactis, Str. acetoinicus и др.) и их энергией кнслотообразования существует прямая зависимость — культуры с высокой протеолитической активностью быстрее сквашивают молоко, с низкой—'Медленнее. Другие авторы (О. Палладина, Боттацци) прямую зависимость между кислото­ образующей и протеолитической активностью молочных культур отрицают. По данным М. Залашко и К. Мочаловой, такая зави­ симость -отсутствует у стрептококков одного вида, но существует у молочнокислых бактерий различных видов [125, 205].

Молочнокислые палочки могут расти в более кислой среде (pH 6,8—3,4 и ниже), оптимум действия их протеолитических ферментов лежит при pH 5,7—6,0. Таким образом, в кисломо­ лочных продуктах имеются более благоприятные условия для действия протеиназ молочнокислых палочек, чем для протеинаэ стрептококков, особенно в кефире и кумысе, в. которых не допу­ скается слишком высокая кислотность (не выше 120° Т). Кроме того, при приготовлении кефира и кумыса применяют дрожжи, обладающие большой протеолитической активностью. Дрожжи хорошо переносят кислую ' реакцию среды и их протеиназы действуют при еще более низком показателе концентрации водо­ родных ионов (pH 5,0). Следовательно, в кефире и' кумысе про­ исходит более сильный протеолитический распад белков по сравнению с протеолизом в простокваше. Так по данным Все­ союзного института животноводства, количество пептонов- в кефире через трое суток повысилось с 0,09 до 0,230%, а в ку­ мысе за 24 ч количество пептонного азота возросло на 0,0119% (Цитировано по Г. Инихову).

Еще более благоприятные условия для действия бактериаль­ ных протеиназ созданы в сырах, где протеолитический распад белков является ‘главным фактором, определяющим созревание продукта. В первый период созревания сыров, когда действуют молочнокислые бактерии, такой мощный регулятор динамики микробиологических процессов, как концентрация водородных ионов, достигает высоких показателей (pH сырной массы в этот период может достигать 4,5). В следующий период созревания: pH постепенно возрастает, достигая 5,5 (а в некоторых сырах 7,0 и выше), т. е. создаются оптимальные .условия для действия протеолитических ферментов. В протеолизе белков при созрева­ нии сыров участвуют бактериальные экзоферменты и эндофер­ менты. Первые проявляют свое действие только в начальный период и, по-видимому, их участие незначительно; вторые — эндоферменты освобождаются из бактериальной клетки после ее автолиза и осуществляют распад основной части белков.

183

Степень гидролиза белков сыра определяется комплексом протеиназ и пептидаз и величиной активной кислотности продукта.

Образующиеся при гидролизе белков аминокислоты могут претерпевать ряд изменений окислительно-восстановительного характера, сопровождающиеся образованием многочисленных карбонильных соединений в сыре. -Молочнокислые бактерии в нормальных условиях роста разлагают аминокислоты незначи­ тельно, но при созревании сыров, где имеет место автолиз бак­ териальных клеток с освобождением эндоферментов, действие которых до этого ограничивалось только рамками живой клетки, происходит более интенсивное их разложение. Способ­ ностью разлагать свободные аминокислоты обладают также пропионовокислые бактерии, принимающие участие в созревании некоторых сцров, и различные гнилостные бактерии.

Наиболее важным изменением аминокислот наряду с дру­ гими превращениями окислительно-восстановительного харак­ тера является дезаминирование аминокислот, вследствие кото­ рого освобождается аммиак. Дезаминирование . аминокислот может протекать несколькими, путями, основными из них явля­ ются окислительный, гидролитический и восстановительный. Окислительное дезаминирование осуществляется следующим путем:

Однако по современным представлениям окислительное дезами­ нирование протекает через промежуточные реакции: вначале происходит отнятие от аминокислоты водорода, а затем при­ соединение к образовавшейся иминокислоте воды с одновремен­ ным отщеплением аммиака:

—2Н

R -C H -C O O H ---- > R -C -C O O H ,

При окислительном дезаминировании образуются кетокислоты. Гидролитическое дезаминирование идет с присоединением воды

+ н 2о

R -C H -C O O H — >R -C H -C O O H + NH3\

184

В результате гидролитического дезаминирования образуются оксикислоты. Восстановительное дезаминирование происходит с Присоединением водорода и образованием жирных кислот

+2Н

R -C H -C O O H --- > R—СН2-СО О Н + NH3.

I

n h 2

Образующиеся при дезаминировании аминокислот жирные, кето- и оксикислоты используются микроорганизмами в самых разнообразных направлениях. Что же касается аммиака, то, по-видимому, он идет на образование различных аминокислот (путем прямого аминирования кетокислот), необходимых бакте­ риальной клетке для синтеза белка:

Наряду с прямым аминированием, в живой клетке протекает ферментативное аминирование, которое осуществляется путем переноса аминогруппы от аминокислоты на кетокислоту. Эта реакция была открыта в 1937 г. советскими биохимиками А. Браунштейном и М. Крицманом и получила название реакции переаминирования. Процесс переноса аминогрупп является обратимым и происходит при участии ферментов аминотранс^ фераз, активной группой которых является •фосфопиридоксаль:

185

Переаминироваиие имеет большое биологическое значение, так как вследствие его в микробной клетке образуются многие необходимые аминокислоты и удаляется вредный для клетки

.аммиак. Другой важной реакцией, приводящей к включению

•аммиака в органические соединения, является образование лмпда глютаминовой кислоты при использовании энергии АТФ

Г лю т ам и н

Азот глютамина по данным В. Кретовпча используется бакте­ риальной клеткой для синтеза различных азотистых соединений (пуринов, глюкозамина и других).

Кроме дезаминирования и переамннирования, аминокислоты в живых клетках подвергаются декарбоксилированию, в резуль­ тате которого .образуется углекислый газ и соответствующие амины:

I — I “ CHNH-, CH,NH,

I

СООН При декарбоксилировании из дикарбоновых аминокислот могут

образоваться соответствующие аминокарбоновые кислоты (С. Мардашев). Например, клубеньковые и некоторые молоч­ нокислые бактерии (Str. diacetilactis, Str. cremoris) при декар­ боксилировании глютаминовой кислоты образуют С 02 и у-ами-

Глютаминовая кислота

186

Образующиеся амины могут подвергаться далее окислитель­ ному дезаминированию с образованием альдегидов и аммиака, а альдегиды окисляться в кислоты

Биологическая роль декарбоксилирования аминокислот для многих микроорганизмов остается неясной. Возможно, что при' этом процессе образуются промежуточные - продукты,' идущие на синтез других нужных соединений. Процесс декарбоксилнрования характерен для гнилостных микроорганизмов, под влия­ нием которых происходит интенсивный распад аминокислот (особенно циклических). Например, при декарбоксилировании триптофана образуются индол и скатол, придающие гниющему продукту неприятный запах:

Распад белков в кисломолочных продуктах и сырах под. влиянием молочнокислых бактерий изучен еще недостаточно.

С практической точки зрения для повышения активности заквасок и интенсификации процесса выработки кисломолочных продуктов и сыров следует подбирать культуры молочнокислых бактерий с учетом их протеолитической активности. .Особенно тщательный отбор молочнокислых бактерий должен осуществ­ ляться в сыроделии. Использование протеолитически активных штаммов будет'способствовать интенсификации молочнокислого процесса, увеличению объема молочнокислой микрофлоры, уско­ рению протеолиза белков молока и улучшению качества сыров.

187

Г Л А В А V

БИОХИМИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ • В КИСЛОМОЛОЧНЫХ ПРОДУКТАХ

БРОЖЕНИЕ МОЛОЧНОГО САХАРА И КОАГУЛЯЦИЯ КАЗЕИНА

Все кисломолочные продукты по характеру биохимических

•процессов подразделяются на две группы *. К первой группе относят продукты, в основе приготовления которых лежит глав­ ным образом молочнокислое брожение, например, простокваша, ацидофилин, ацидофильное молоко. Ко второй группе относят продукты со смешанным брожением, при изготовлении которых происходит молочнокислое и спиртовое брожение — кефир, кумыс, курунга. Такое подразделение кисломолочных продуктов чисто условное, резкую грань между ними провести очень труд­ но, так как брожение молочного сахара в первой группе продуктов не ограничивается накоплением только молочной кислоты, а наряду с ней имеет место образование небольших количеств спирта, углекислого газа, летучих кислот, диацетила, характерных для продуктов второй группы [33, 242, 259].

Изменение молочного сахара и белков. Биохимическое изме­ нение молочного сахара при производстве кисломолочных про­ дуктов изображено на схеме (см. стр. 157). Как показано на схе­ ме, вначале молочный сахар под влиянием фермента лактазы расщепляется на две гексозы — глюкозу и галактозу. В даль­ нейшем глюкоза, подвергаясь воздействию ряда ферментов, содержащихся в клетках молочнокислых бактерий, превращает­ ся в пировиноградную кислоту. Такое превращение глюкозы в пировиноградную кислоту происходит через целый ряд проме­ жуточных реакций, подробно описанных в разделе «Брожение молочного сахара». Следовательно, пировиноградная кислота является одним из центральных промежуточных химических соединений брожения молочного сахара. При любом брожении (молочнокислом, спиртовом, маслянокислом и др.) химические превращения лактозы до образования пировиноградной кислоты идут одним и тем же путем. И только, начиная от -п-ировино- градной кислоты, пути разных типов брожений расходятся, что

* В данной главе рассматриваются только диетические и лечебные кис­ ломолочные продукты.

188

определяется видами микроорганизмов, участвующих в этих брожениях.

Молочнокислые бактерии, применяемые для приготовления кисломолочных продуктов типа простокваши, сбраживают лак­ тозу до молочной кислоты, как основного конечного продукта брожения, причем такое превращение молочного сахара свой­ ственно так называемым типичным формам (гомоферментативным) молочнокислых бактерий. Однако большинство молочно­ кислых бактерий, кроме молочной кислоты, способны к образо­ ванию летучих кислот — уксусной, пропиоиовой, масляной, а также спирта и диацетила. Поэтому биохимическое изменение молочного сахара, протекающее в кисломолочных продуктах типа простокваши, укладывается в рамки вышеприведенной схемы.

При изготовлении кефира, курунги, кумыса брожение лакто­ зы протекает также по приведенной схеме, но вследствие вне­ сения в молоко наряду с молочнокислыми бактериями молочных дрожжей, происходит значительное накопление этилового спирта и углекислоты, так как молочные дрожжи синтезируют ферменты — пируватдекарбоксилазу и алкогольдегидрогеназу, которые усиливают переход пировиноградной кислоты в спирт. Кроме того, молочные дрожжи способны вырабатывать спе­ циальный фермент галактовальденазу, катализирующий превра­ щение галактозы в глюкозу. Эта ферментативная реакция имеет очень важное значение для использования лактозы, потому что брожению подвергается только глюкоза (галактоза не сбражи­

кающим при изготовлении кисломолочных продуктов типа простокваши является молочнокислое брожение, а в кисломо­ лочных продуктах типа кефира и кумыса — молочнокислое и спиртовое брожение. Что же касается накопления летучих кислот и диацетила, то в данном случае их можно рассматри­ вать как побочные • продукты, образующиеся наряду с основ­ ными продуктами брожения, поскольку молочнокислые бактерии располагают ферментативной системой для превращения пировиноградной кислоты в летучие кислоты и диацетил.

Образование молочной кислоты при получении кисломолоч­ ных продуктов имеет большое значение. Прежде всего она оказывает влияние на сам процесс молочнокислого брожения, так как клетки молочнокислых культур вырабатывают молоч­ ную кислоту только до определенного предела кислотности, после чего отмирают. Предел накопления молочной кислоты зависит от вида используемых молочнокислых бактерий. Напри­ мер, Str. lactis может вырабатывать до 1,0 г молочной кислоты,

189