Технико-технологические основы производства молока и молочных продуктов (теория и практика). Учебное пособие

Рис. 1. Трехмерная структура лизоцима куриного яйца

Высокие концентрации лизоцима имеют место в барьерных органах - печени, селезенке, почках, легких, что не противоречит представлениям о его участии в естественном противоинфекционном иммунитете. Лизоцим также обнаружен в репе, брюкве, хрене, редьке, капусте, соке дынного дерева, у фигового дерева, в цветах примулы и в некоторых видах фикусов. Лизоцим у бактерий впервые был выявлен А. Флемингом. Способность к лизоцимообразованию и лизоцимовыделению была выявлена у многих видов бактерий: сарцины, сенной палочки, лактобацилл, кишечной палочки, стафилококка и других микробов. Лизоцимоподобные вещества вырабатываются некоторыми актиномицетами. Лизоцим – белок с молекулярной массой около14 000; единственная полипептидная цепь состоит из129 аминокислотных остатков и свернута в компактную глобулу. Трехмерная конформация полипептидной цепи поддерживается4 дисульфидными (—S— S—) связями. (В лизоциме молока человека их 3, в яичном белке гуся – 2); чем больше дисульфидных групп, тем он более устойчив, но менее активен.)

Глобула состоит из двух частей, разделённых щелью; в одной части большинство аминокислот(лейцин, изолейцин, триптофан и др.) содержит гидрофобные группы, в другой - преобладают аминокислоты (лизин, аргинин, аспарагиновая кислота и др.) с полярными группами.

Благодаря взаимодействиям между карбоксилами мурамидазы и атомами, образующими гликозидную связь, а также искажению валентных углов субстрата происходит активация и раз-

21

рыв связи. Это ведет к разрушению оболочки бактериальной клетки.

Условия деятельности лизоцима: оптимальное рН – от 5,0 до 7,0, концентрация фермента 0,01…0,1 мг/см3 гидролизуемой смеси. Повышение температуры на 10 °С увеличивает активность фермента в 2…2,5 раза, активность максимальна при 60 °С, выше этой температуры фермент обратимо инактивируется. В сухом виде лизоцим устойчивее, чем в растворе, активность его сохра-

няется даже после двухчасовой стерилизации воздухом при 160 °С. Гамма-облучение инактивирует лизоцим, разрушая вторичную и третичную структуру белка. Специфическими ингибиторами лизоцима являются гепарин, низкомолекулярные продукты гидролиза, сахариды, близкородственные субстрату лизоцима, ионы магния и кобальта.

Очень важна и иммунологическая роль лизоцима. Лизоцим участвует в антимикробной защите, активизирует фагоцитарную активность нейтрофилов, повышает бактерицидную активность кожи, сыворотки крови, стимулирует выработку антител.

Лизоцим является одним из важнейших факторов неспецифической защиты организма. Лизоцим ЖКТ (эндогенный и алиментарный) имеет большое значение как неспецифический иммуномодулятор, что проявляется, в первую очередь, в регуляции факторов местного иммунитета и функции лимфоидных образований кишечника, гипосенсибилизирующем эффекте.

Как фермент лизоцим входит в состав пищеварительного сока и имеет особое значение для детей раннего возраста. К важнейшим функциям лизоцима ЖКТ относят его регулирующий эффект в отношении кишечной микрофлоры.

Особый интерес для конструирования комплексных лизоцимосодержащих алиментарных защитных систем представляет взаимодействие лизоцима с важнейшими представителями нормобиоценоза кишечника – бифидобактериями и лактобациллами.

По полученным in virto данным лизоцим в широком диапазоне концентраций (от 50 до 8 мг/см3) стимулирует рост бифидобактерии B. Bifidum штамма 1, входящего в состав препаратов бифидумбактерина и бифилиза, и улучшает адгезивные свойства некоторых других штаммов лиобактерий.

22

Дефицит лизоцима в пищеварительном тракте приводит к снижению антиадгезивных и бифидогенных свойств пищеварительных секретов, нарушениям процесса пищеварения с появлением и усилением активности токсических и агрессивныхве ществ. Восполнение дефицита лизоцима пищеварительного тракта путем его введения в составе биопрепаратов или продуктов питания является физиологичным и перспективным путем повышения эффективности лечения и профилактики нарушений мик-

роэкологии кишечника и иммунобиологической реактивности организма.

Применение лизоцима в комплексном лечении и профилактике инфекционно-воспалительных и гнойно-септических заболеваний личной локализации оказалось достаточно эффективным. Получены хорошие результаты применения лизоцима для профилактики постинкубационных осложнений, антианемического действия.

Острая токсичность лизоцима не определена; крысы переносят 4 г на 1 кг массы тела. Многократные внутривенные инъекции лизоцима в количестве 0,5 г на 1 кг массы тела в течение 4 недель переносились кроликами лучше, чем инъекции яичного альбумина. Иммунологические исследования на морских свинках, кроликах и человеке показали, что лизоцим имеет меньший сенсибилизирующий потенциал, чем другие белки куриного яйца.

Поэтому JECFA считает допустимым использование лизоцима в пищевой технологии. Лизоцим разрешен в различных странах в качестве добавки к твердому сыру. В США лизоцим обладает статусом «добавки, традиционно считающейся безопасной» (GRAS). Мурамидаза гидролизует гликозидные связи муреина клеточной мембраны междуN-ацетилмураминовой кислотой и N-ацетилглюкозамином гликополисахарида и вызывает тем -са мым лизис ряда грамположительных и грамотрицательных бактерий. Возникающая у некоторых грамотрицательных бактерий устойчивость по отношению к лизоциму связана, по-видимому, с присутствием ионов кальция, которые стабилизируют липополисахаридный слой, так как лишь после их удаления с помощью этилендиаминтетраацетата муреин становится доступен разру-

23

шающему действию лизоцима. Перекись водорода, глицин и аскорбиновая кислота усиливают действие лизоцима.

В концентрации 1 мкг/см3 лизоцим не вызывает лизиса молочнокислых бактерий и микроорганизмов группы кишечной палочки. Против бактерий вида Clostridium tyrobutyricum, которые часто ответственны за вспучивание твердого сыра, лизоцим достаточно эффективен. При пониженном значении рН лизоцим эффективно действует против Listeria monocytogenes. При взаимодействии лизоцима с перилальдегидом получают соединения с высокой антибактериальной активностью, например, против бактерий вида Е. coli и вида S. aureus.

Увеличение сроков годности молочных продуктов является актуальной проблемой. Интерес к использованию бактериостатиков в консервировании пищевых продуктов, например для борьбы с вспучиванием твердых сыров, возник в 70-е годы на волне возрастающей неприязни к нитратам. К молоку добавляют примерно 500 единиц на 1 см3, что соответствует примерно 2,5 г кристаллического лизоцима на 100 дм3 молока. Около 90 % из этого количества лизоцима остаётся в сыре и считается действующим. Минимальная эффективная концентрация лизоцима в значительной степени зависит от бактериологического качества используемого молока.

По некоторым данным, добавление лизоцима к сырому фаршу увеличивает срок годности сарделек. Правда, при концентрации поваренной соли свыше 1,2 % лизоцим теряет активность. Так как лизоцим действует против бактерий родаClostridium, следует подумать об использовании его в копченой рыбе для подавления роста бактерий вида Clostridium botulinum и выработки ими токсинов.

Для определения количества и активности лизоцима в пищевых продуктах используют реакцию лизисаMicrococcus luteus под его влиянием.

Использование лизоцима для обогащения пищевых -про дуктов является весьма перспективным, однако требует дополнительного изучения.

24

1.6. Применение фермента трансглютаминазы в производстве творога

Проблема повышения эффективности производства, конкурентоспособности отечественных молочных продуктов – одна из важных задач отрасли. При этом выпускаемые в России молочные продукты не должны уступать по вкусовым и питательным свойствам, а также по устойчивости в хранении продуктам импортного производства.

Одним из основных показателей качества творога и -тво рожных продуктов является консистенция, которая формируется в ходе технологического процесса и зависит от многих факторов. Наиболее распространенный способ улучшения консистенции– добавление загустителей, стабилизационных систем. В конечном итоге традиционные кисломолочные продукты с этими добавками не могут быть отнесены к таковым.

Ферменты являются участниками как традиционных, так и новых технологических процессов, применяемых в производстве пищевых продуктов. Большинство производимых в настоящее время ферментов, используемых в различных отраслях, в том числе пищевых технологиях, относятся к классу гидролаз. Новое направление в пищевой энзимологии– модификация структуры белков.

К ферментам, обладающим такими свойствами, относится трансглютаминаза (ТГ). Известно, что проблема потери белков сыворотки при производстве творога не решена во многих странах мира. Связывание сывороточных белков с помощью трансгютаминазы позволяет не только увеличить выход творога, но и повысить его биологическую ценность.

Трансглютаминаза – широко распространенный в природе фермент, катализирующий 3 типа реакций: ацильного переноса, образования ковалентных связей между аминокислотными остатками лизина и глютамина в белках и реакцию дезаминирования.

(рис. 2).

25

Рис. 2. Схема реакции связывания между глутаминовым и лизиновым остатками белков

В результате связывания остатков пептидов или белков глутамина и лизина образуются высокомолекулярные соединения, содержащие ε-(γ-глутамил)-, лизиновые внутри- и межмолекулярные изопептидные связи. Образование этих связей оказывает влияние на структуру и функциональные свойства белков.

При сквашивании молочной смеси при производстве творога сывороточные белки адсорбируются на казеиновых мицеллах, не позволяя образовывать прочные связи. Удалить сывороточные белки из мицеллы казеина без ее разрушения невозможно, сывороточные белки при получении творога(b-лактоглобулин и a-лактоальбумин) переходят в сыворотку.

При производстве творога сывороточные белки не подвергаются действию сычужного фермента и частично участвуют в образовании сгустка только за счет тепловой коагуляции. Трансглютаминаза позволяет более полное включение сывороточных белков в сгусток. Фермент добавляется в нормализованную смесь одновременно с закваской, что позволяет не вносить изменения в технологический процесс (табл. 5).

26

Установлено, что усвояемость творога с трансглютаминазой (82 %) несколько выше усвояемости контрольного образца творога (80,5 %).

Способность связывать белки обусловливает следующие преимущества применения трансглютаминазы при производстве творога: не требуется дополнительное внесение сухого обезжиренного молока для повышения массовой доли белка, понижается синерезис при хранении продукта, консистенция творога становится зернистая, плотная, структура лучше восстанавливается при хранении и транспортировке, а также за счет удержания сывороточных белков повышается биологическая ценность и увеличивается выход продукта.

1.7. Использование антиоксидантов для обогащения молочных продуктов

Разработка и производство конкурентоспособных молочных продуктов с высокой потребительской, биологической ценностью и длительным сроком хранения является одним из перспективных направлений инновационного развития молочной промышленности.

Молочные продукты, являясь многокомпонентными системами, в значительной степени подвержены окислению. Наиболее уязвимы в этом отношении липиды. При хранении пищевых продуктов они существенно изменяются, что вызывает ухудшение биологической и пищевой ценности и снижение органолептических показателей последних. В первую очередь окисляются необходимые человеку полиненасыщенные жирные кислоты, уменьшается содержание жирорастворимых витаминов.

тепла, света, ионов металлов переменной валентности.

27

идр.), употребления загрязненной воды и пищи (пестициды, гербициды, красители, консерванты, тяжелые металлы и др.), воздействия различных видов излучения(ультрафиолетовое, радиационное, электромагнитное), нервного, эмоционального и физического перенапряжения. Из-за ухудшения экологической обстановки возникают все новые и новые источники свободных радикалов.

Эффективная защита от разрушительного действия свободных радикалов обеспечивается антиоксидантами, которые способны их нейтрализовать.

При избытке свободных радикалов и недостатке антиоксидантов в организме баланс нарушается в пользу свободных радикалов и происходит переокисление липидов мембран, белков, углеводов, нуклеиновых кислот и других макромолекул клетки, что

иявляется основной причиной преждевременного старения и развития многих заболеваний. Этот патологический процесс получил название оксидантного или окислительного стресса.

Антиоксиданты, поступающие с пищей, – это аскорбат (витимин С), токоферолы (витамин Е), каротиноиды (бетакаротин), полифенолы, защитная роль которых в настоящее время хорошо изучена.

28

Человеческий организм не способен синтезировать необходимый комплекс антиоксидантов, поэтому для защиты от преждевременного старения и заболеваний значительная их часть должна поступать с пищей, богатой антиокислительным комплексом.

Содержащиеся в молочном жире антиоксиданты (витамины А, Е, каротин) обусловливают стойкость молока и молочных продуктов. Однако антиокислительная активность их в процессе технологической обработки молока и хранения готового продукта снижается. Наиболее целесообразно использовать антиокислители при выработке молочных продуктов с повышенным сроком хранения.

Одним из современных этапов эволюции учения о БАД является аспект применения природных хемопротекторов и хемопревенторов, которые содержатся в растениях, употребляемых в пищу (овощи, фрукты, ягоды) и не употребляемых (лекарственные растения). Сюда относятся биофлавоноиды, алкалоиды, фенольные соединения и др. Эти соединения осуществляют биорегуляцию и стимуляцию физиологических функций организма, поддерживают клеточные связи и гомеостаз. Применение их в профилактическом и лечебном питании очень важно и укладывается в рамки концепции функционального питания.

Для торможения автокаталитического окисления в пищевой промышленности используются дигидрокверцетин, кверцетин, рутин, β-каротин и синтетические антиоксиданты.

Естественный антиокислитель - дигидрокверцетин. Он широко распространен в растительном мире, нетоксичен, проявляет Р-витаминную активность, т. е. увеличивает пищевую ценность, замедляет окислительную порчу жира на длительный период. Дигидрокверцетин — мелкокристаллический порошок от светложелтого до желтого цвета без запаха и вкуса. Сроки годности молочных продуктов произведенных с его применением увеличиваются в 2–4 раза.

Биофлавоноиды участвуют в поддержании нормальной проницаемости и структуры кровеносных сосудов, в предупреждении их склерозирования. Эти соединения способствуют нормализации давления крови за счет спазмолитического действия на

29

гладкую мускулатуру кровеносных сосудов, оказывают противоотечное и антиоксидантное действие. Биофлавоноиды способны ингибировать окисление липопротеидов низкой плотности и эндогенного витамина Е, а также образовывать хелатные комплексы с ионами металлов и связывать свободные радикалы.

В этом аспекте поиск новых видов антиоксидантов, препятствующих перекисному окислению липидов в молочных продуктах, как никогда актуален. Были проведены исследования по определению антиоксидантной активности различных веществ

обыкновенной, яблочный пектин, β-каротин и лизоцим (табл. 6).

Таблица 6

Антиоксидантная активность растворов антиоксидантов

ПоказаАнтиокислительная активность растворов антиоксидантов, (мВ) тель

«Origanox» обладает сильной антиокислительной способностью и применяется в пищевой промышленности для продления времени хранения и повышения качества продукции. Основные свойства «Origanox»: сильный антиоксидант; водорастворимый; полностью натуральный; нетоксичный; эффективен в очень

30