Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Биохимия пищевых продуктов и их метаболизм. Учебно-методическое пособие
.pdf
ладают выраженным вкусом и запахом и могут положительно
или отрицательно влиять на вкус молочных продуктов.
Третья стадия включает реакции полимеризации и конденсации карбонильных соединений при участии аминокомпонентов. В результате образуется смесь азотсодержащих циклических соединений типа производных пиразина, пиррола, пиридина и др. Циклические полимеры имеют различную молекулярную массу (1000...5000), нерастворимы в воде, окрашены
в коричневый цвет.
Разрушение аминокислот происходит в присутствии дикарбонильных соединений. Ими могут быть и промежуточные
продукты реакции Майара. В результате одновременного декарбоксилирования и переаминирования аминокислота превращается в альдегид, а дикарбонильное соединение - в аминокетон:
R-СНNН2-СООН + R-СО-СО-R1 ®
® RСНО + СО2 + R-СНNН2-СО-R
.
1
Образующиеся из аминокислот альдегиды (ацетальдегид,
пропионовый, изовалериановый, изомасляный и др.) принимают участие в формировании запаха продукта, а также взаимодействуют с аминокомпонентом. Аминокетоны, конденсируясь,
могут переходить в гетероциклические азотистые соединения
(возможно, пиразины).
Вследствие образования меланоидинов меняются вкус и
цвет молока и молочных продуктов. Основная часть блокированного лизина представлена фруктозолизином, который не расщепляется пищеварительными ферментами и не усваивается организмом человека, то есть во время тепловой обработки имеет место
снижение биологической ценности молочных продуктов. Незначительную часть потерь лизина в молочных продуктах может составлять лизиноаланин, который образуется при взаимодействии
лизина с дигидроаланином во время стерилизации молока и который, вероятно, обладает токсичностью.
-СН2-(СН2)3-NН-СН2-СО-(СНОН)3-СН2ОН
Фруктозолизин
-СН2-(СН2)3-NН-СН2Лизиноаланин
211
Относительно неустойчивы к тепловым воздействиям и
серосодержащие аминокислоты - метионин и цистеин (цистин).
В результате некоторых видов тепловой обработки они также
становятся частично недоступными для переваривания пищеварительными ферментами.
Соли. В процессе тепловой обработки молока изменяется
в первую очередь состав солей кальция. Эти изменения могут
иметь необратимый характер. В плазме молока нарушается соотношение форм фосфатов кальция: часть гидрофосфатов и дигидрофосфатов кальция, находящихся в растворенном состоянии, переходит в плохо растворимый фосфат кальция:
3СаНР04 ® Са3(Р04)2 + Н3Р04,
3Са(Н2Р04)2 ® Са3(Р04)2 + 4Н3РО
4.
Образовавшийся фосфат кальция агрегирует и осаждается
на мицеллах казеина. При этом происходит необратимая минерализация казеинаткальцийфосфатного комплекса, что приводит к нарушению структуры мицелл и снижению термоустойчивости молока. Часть фосфата кальция выпадает на поверхности теплообменных аппаратов, образуя вместе с денатурированными сывороточными белками отложения так называемый
молочный камень и молочный пригар.
Таким образом, в результате пастеризации, УВТобработки и стерилизации в молоке снижается количество растворенного кальция (на 11...50%), что ухудшает способность
молока к сычужному свертыванию. Поэтому при выработке
творога и сыра в пастеризованное молоко вносят для восстановления солевого баланса растворимые соли кальция в виде
СаСl2.
Липиды. Тепловая обработка не влияет существенно на
жир молока. При пастеризации триацилглицерины молочного
жира химически почти не изменяются. Длительная выдержка
при высоких температурах и стерилизация молока приводят к
незначительному гидролизу триацилглицеринов и изменению
их жирнокислотного состава. При этом увеличивается количество в молоке диацилглицеринов (1,2- и 1,3-форм) и снижается
на 2...3% содержание в триацилглицеринах ненасыщенных
жирных кислот (вследствие их перехода при разрушении двой-
212
ных связей в насыщенные и частичного окисления в альдегиды
и кетоны). При длительном хранении стерилизованного молока
происходит дальнейший гидролиз триацилглицеринов и окисление ненасыщенных жирных кислот с накоплением разнообразных альдегидов и кетонов.
В процессе высокотемпературной тепловой обработки
молока и сливок также происходит образование лактонов и метилкетонов из соответствующих освободившихся окси- и кетокислот по схеме:
При тепловой обработке молока подвергаются изменениям оболочки шариков жира. Даже при низких температурах нагревания наблюдается переход белков и фосфолипидов с поверхности шариков жира в плазму молока. При пастеризации
дисперсность жира повышается, изменяется состав оболочек нарушенные аддитивные оболочки шариков жира быстро восстанавливаются за счет адсорбции казеина и сывороточных
белков молочной плазмы, и в результате денатурации белковых
компонентов оболочек жировых шариков они теряют способность склеиваться, и отстой сливок замедляется.
213
Витамины и ферменты. Тепловая обработка в той или
иной степени приводит к потерям витаминов. Они зависят от
температуры нагревания и продолжительности выдержки. Наибольшие потери витаминов происходят при стерилизации молока в упаковке. УВТ-обработка способствует большему сохранению витаминов.
Незначительным разрушениям при тепловой обработке
подвергается витамин А и его провитамин - каротин (пастеризация и стерилизация разрушают его на 10...16%, УВТобработка - не более 7%). Практически не снижается при пастеризации количество рибофлавина. Более значительны при
всех видах тепловой обработки потери аскорбиновой кислоты они составляют 10…30%.
При тепловой обработке инактивируется большая часть
нативных и бактериальных ферментов молока. Наиболее чувствительны к нагреванию амилаза, щелочная фосфатаза, каталаза и нативная липаза. Они инактивируются при нагревании
до 75...80°С. Сравнительно устойчивы к нагреванию кислая
фосфатаза, ксантиноксидаза, плазмин, пероксидаза, бактериальные липазы и протеазы. Пероксидаза теряет свою активность при нагревании молока до температуры выше 80°С, остальные термостабильные ферменты - при температуре выше
85...90°С.
При пастеризации и УВТ-обработке возможны случаи неполного анактивирования термостабильных ферментов молока.
Ферменты, сохранившие свою активность, могут вызывать в
молоке и молочных продуктах нежелательные биохимические
процессы, в результате которых ухудшается вкус, снижаются
качество и пищевая ценность продуктов. Наибольшую опасность представляют липазы и протеазы бактериального происхождения: липазы способствуют прогорканию молочных продуктов, протеазы могут вызывать свертывание УВТ-молока.
Некоторые ферменты молока (фосфатаза, липаза, пероксидаза, ксантиноксидаза и др.) обладают свойствами реактивации - самопроизвольной регенерации их активности, утраченной вследствие тепловой обработки и восстановленной в процессе хранения молочных продуктов.
214
3.3. Биохимические процессы, протекающие
при выработке молочных продуктов
В основе изготовления целого ряда молочных продуктов
лежат процессы глубокого распада молочного сахара под действием микроорганизмов, называемые брожением. Вместе с
тем процессы брожения сахара могут быть причиной порчи
молочных продуктов (излишняя кислотность, вспучивание творога, сметаны, сыра и т.д.). Существует несколько типов брожения лактозы, различающихся составом конечных продуктов.
Начальным этапом почти всех типов брожения является
расщепление молочного сахара на глюкозу и галактозу под
влиянием фермента лактазы (α-галактозидазы). Далее брожению подвергается глюкоза. Галактоза не сбраживается или
ферментируется слабо, обычно при участии уридиндифосфатглюкозы она переходит в глюкозо-1-фосфат (который после
изомеризации в глюкозо-6-фосфат включается в схему превращения глюкозы):
Галактокиназа
Галактоза + АТФ Галактозо-1-фосфат + ДЦФ,
Гексозо-1 –фосфат-
уридилилтрансфераза
Галактозо-1-фосфат + УДФГ
УДФГал + Глюкозо-1-фосфат,
УДФ-Глюкозо-
4-эпимераза
УДФГал УДФГ.
Некоторые микроорганизмы могут сбраживать непосредственно лактозу, переводя ее в фосфорные эфиры.
Все типы брожения до образования пировиноградной кислоты идут с получением одних и тех же промежуточных продуктов и по одному и тому же пути - пути Эмбдена-МейергофаПарнаса. Дальнейшие превращения пировиноградной кислоты
могут идти в разных направлениях, которые будут определяться специфическими особенностями данного микроорганизма и
условиями среды. Конечными продуктами брожения могут
быть молочная, уксусная, пропионовая, масляная кислоты,
спирты, ароматические вещества, диоксид углерода и другие
соединения. Всем истинным процессам брожения свойственно
общее правило: восстановленная на первой стадии форма НАД
215
(за счет окисления 3-фосфоглицеринового альдегида) снова
окисляется на второй стадии, передавая водород любому акцептору. Это может быть пировиноградная кислота, ацетилфосфат, ацетальдегид, диацетил, ацетоин и т.д.
3.3.1. Молочнокислое брожение
Молочнокислое брожение глюкозы является основным
процессом при изготовлении заквасок, сыра и кисломолочных
продуктов, а молочнокислые бактерии - наиболее важной группой микроорганизмов для молочной промышленности. Процесс
молочнокислого брожения каждой гексозы молочного сахара
выражается суммарным уравнением
С6Н12О6 + 2ФН + 2АДФ 2С3Н6О3 + 2АТФ + Н2О.
Наряду с молочной кислотой могут образовываться и побочные продукты брожения.
Молочнокислые бактерии по характеру продуктов сбраживания глюкозы относят к гомоферментативным или гетероферментативным. Гомоферментативные бактерии, как показывает их название, образуют главным образом молочную кислоту (более 90%) и лишь незначительное количество побочных
продуктов. Гетероферментативные бактерии около 50% глюкозы превращают в молочную кислоту, а остальное количество в этанол, уксусную кислоту и СО2. Однако провести резкую
границу между гомо- и гетероферментативными молочнокислыми бактериями по образующимся продуктам брожения иногда бывает трудно. Так, отмечены факты образования отдельными штаммами гомоферментативных молочнокислых бактерий (Str. thermophilus и др.) от 8 до 30% побочных продуктов, а
гетероферментативные бактерии под воздействием ряда факторов могут вести себя как гомоферментативные.
Более характерным признаком при делении молочнокислых
бактерий на группы является путь сбраживания глюкозы (Квасников Е.И. и Нестеренко О.А., Степаненко П.П.). Гомоферментативные бактерии (молочнокислые стрептококки Lac. lactis, Lac.
cremoris, Lac. diacetylactis и др., термофильные и мезофильные
молочнокислые палочки Lbm. bulgaricum, Lbm. acidophilum, Lbm.
casei subsp. Rhamnosus и др.) сбраживают глюкозу по гликолитическому пути Эмбдена-Мейергофа-Парнаса), гетероферментатив-
216
ные (Leu. cremoris, Leu. dextranicum, Leu. mesenteroides, Lbm.
brevis) - пентозофосфатным путем (а бифидобактерии - фруктозо-
фосфатным путем).
Гомоферментативное молочнокислое брожение. Механизм гомоферментативного молочнокислого брожения глюкозы к настоящему времени изучен подробно и представлен на
рис.14. Превращение глюкозы в пировиноградную кислоту в
результате ряда последовательных реакций происходит при
участии десяти ферментов.
В заключительной реакции пировиноградная кислота восстанавливается до молочной кислоты под действием фермента
лактатдегидрогеназы. Роль восстановителя при этом играет
НАД•Н2, образовавшийся в реакции окисления 3-фосфоглицеринового альдегида.
Следовательно, при гомоферментативном молочнокислом
брожении из 1 моля глюкозы образуются 2 моля молочной кислоты (с одновременным синтезом 2 молей АТФ).
При сбраживании глюкозы молочнокислыми бактериями
могут образоваться два оптических изомера молочной кислоты:
левовращающий D(-)-лактат и правовращающий L(+)-лактат
СООН СООН
½ ½
Н ¾*С¾ ОН НО¾*С¾ Н
½ ½
СН
3
СН
3
D-Лактат L-Лактат
Изомеры отличаются расположением водородных атомов
и гидроксильных групп у асимметрического атома углерода,
отмеченного звездочкой, - первый лактат имеет группу -ОН
справа и называется D-изомером (от лат. dexter - правый), второй имеет ее слева и поэтому назван L-изомером (от лат. laevus
- левый).
Большинство штаммов молочнокислых лактококков, термофильный стрептококк и бифидобактерии преимущественно
продуцируют L (+)-молочную кислоту, Lbm. bulgaricum и лейконостоки - в основном D(-)-форму, Lbm. helveticum, Lbm.
plantarum и Lbm. acidophilum.
217
Рис. 14. Гликолитический путь расщепления глюкозы
молочно-кислыми бактериями (ферменты, катализирующие ре-
ак-ции: 1 – гексокиназа; 2 – глюкозофосфатизомераза;
3 – фосфофрук-токиназа; 4 – альдолаза; 5 – триозофосфатизо-
мераза; 6 – лицераль-дегидфосфатдегидрогеназа; 7 – фосфо-
глицераткиназа; 8 – фосфогли-церомутаза; 9 – енолаза; 10 – пи-
руваткиназа; 11 – лактатдегидро-геназа)
218
L-лактат является промежуточным продуктом обмена ве-
ществ в человеческом организме и легко превращается в пировиноградную кислоту, которая окисляется до СО2 и Н2О в цикле трикарбоновых кислот или используется для синтеза гликогена. D-лактат, наоборот, очень медленно распадается в организме, а новорожденные его вовсе не утилизируют. Поэтому
продукты для вскармливания грудных детей не должны содержать D-форму молочной кислоты (или же содержать ее мало).
Следовательно, для приготовления детских кисломолочных
смесей следует сочетать штаммы микроорганизмов, образующие L(+) или DL-молочную кислоту, например, бифидобактерии и ацидофильную палочку (а при производстве йогурта термофильный стрептококк и болгарскую палочку).
Молочная кислота может быть не единственным конечным продуктом гомоферментативного молочнокислого брожения. Ход брожения часто изменяется в зависимости от конкретных условий (наличия СО2, кислорода, рН, температуры
среды и т.д.). Возможные метаболические пути превращения
глюкозы гомоферментативными молочнокислыми бактериями
(а также другими бактериями и дрожжами) представлены схемой на рис. 15. Как видно из приведенной схемы, в качестве
побочных продуктов могут образовываться летучие и нелетучие органические кислоты, глицерин, ацетальдегид, спирты,
ацетон, ацетоин, диацетил, диоксид углерода и др.
Например, некоторые виды молочнокислых бактерий
сбраживают часть глюкозы в этанол, уксусную и муравьиную
кислоты (рис. 15, путь б).
Данный путь сбраживания глюкозы характерен для таких
нетипичных молочнокислых бактерий, как кишечная палочка
Е. соli. Суммарная реакция брожения глюкозы этими бактериями имеет следующий вид:
С6Н12О6 + Н20 + 3ФН + 3АДФ С 2 Н5ОН + СН3СООН +
2Н2 + 2СО2 + 3АТФ.
Часть глюкозы может превращаться в янтарную, пропионовую, яблочную и другие органические кислоты (путь в). Могут образовываться ацетон, изопропиловый и бутиловый спирты, а также масляная кислота (путь г). Возможно также превращение глюкозы в ароматические вещества:
219
Рис. 15. Возможные варианты превращения глюкозы по пути
Эмбдена-Мейергофа-Парнаса (по Мецлеру, с изменениями):
ацетоин, бутандиол-2,3, диацетил (пути д и е)
Однако эти вещества образуются из глюкозы лишь в небольших количествах. Более значительное их количество образуется при сбраживании лимонной кислоты (см. дальше).
Гетероферментативное молочнокислое брожение. Бактерии группы лейконостоков и гетероферментативные молочнокислые палочки (Lbm. plantarum, lbm. brevis и др.) не могут
сбраживать глюкозу по гликолитическому пути, для ее расщепления они используют пентозофосфатный (фосфоглюконатный,
или гексозомонофосфатный) путь. Это объясняется отсутстви-
220
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]