Химический состав молока

Молоко состоит более чем из 300 ком­понентов, основные из которых вода, бел­ки, жир, лактоза, микроэлементы, вита­мины, ферменты, гормоны и др.

Вода — среда, в которой растворены или распределены все остальные компо­ненты молока, образующие устойчивую коллоидную систему, позволяющую подвергать молоко различным технологиче­ским процессам. 95-97% воды находит­ся в свободном состоянии. Эту воду мож­но удалить при нагревании молока. В ней растворены лактоза, минеральные веще­ства, кислоты. Кроме того, различают воду связанную (2,0-3,5%), набухания и кристаллизационную. Способностью свя­зывать воду обладают белковые вещества, полисахариды, фосфатиды, так как они имеют гидрофильные группы. Вода набу­хания содержится в лиофильных колло­идах с мицеллярным строением (в бел­ках). Кристаллизационная вода связана с молекулами лактозы.

После высушивания навески молока при температуре 103-105°С до постоян­ной массы остается сухое вещество (су­хой остаток), в состав которого входят все компоненты молока, за исключением воды. Компоненты сухого вещества обус­ловливают пищевую ценность молока и его технологические свойства при произ­водстве молочных продуктов.

Белки. Содержание белков в молоке коров в среднем составляет 3,3%. 78-85% белков представлены казеином, остальная часть сывороточные белки, к которым относятся (£-лактальбумин, β-лактоглобулин, альбумин, иммуноглобулины, протеозо-пептоны и лактоферрин. К белкам молока относятся также ферменты, не­которые гормоны (пролактин), белки обо­лочек жировых шариков и белковые ве­щества микробных клеток.

Казеин [NH₂R(COOH)₄(COO)₂Ca] в мо­локе находится в количестве 2,7% в кол­лоидном состоянии. Он является гетеро­генным белком, и в зависимости от со­держания фосфора, серы и способности к свертыванию кислотой или сычужным ферментом его можно разделить на аль­фа-, бета-, гамма- и каппа-фракции. Нефракционированный казеин содержит уг­лерода 53%, водорода— 7,1%, азота — 15,6%, кислорода — 22,6%, серы — 0,8%, фосфора — 0,9%. Гамма-форма казеина не изменяется под действием сычужного фермента, тогда как альфа- и бета-фор­мы осаждаются с образованием сгустка (параказеина). Каппа-фракция изучена слабо.

При рН свежего молока казеин име­ет отрицательный заряд. Равенство поло­жительных и отрицательных зарядов (изоэлектрическое состояние) наступает в кислой среде при рН 4,6-4,7. Казеин относится к фосфопротеинам (содержит фосфор) и имеет свободные аминные и карбоксильные группы. Карбоксильных групп в казеине почти в 2 раза больше, чем аминных, поэтому в нем кислотные свойства преобладают над основными. В молоке казеин соединен с кальциевы­ми солями и образует казеинфосфаткальциевый комплекс.

Казеин обладает амфотерными свой­ствами — кислотными и щелочными. Свободные аминогруппы казеина взаимо­действуют с альдегидами, например с формальдегидом, на чем основано опре­деление содержания белков в молоке ме­тодом формольного титрования. Казеин можно выделить и воздействием слабых кислот. В этом случае казеинфосфаткальциевый комплекс распадается на чистый казеин и соль кислоты, в реакцию с ко­торой он вступил. Такая реакция наблю­дается при естественном скисании моло­ка, когда под действием молочнокислых микроорганизмов происходит разложение лактозы с образованием молочной кисло­ты. Эту реакцию можно представить в следующем виде:

NH₂- R-(COOH)₄(COO)₂Ca +

+ 2СН₃СН(ОН)СООН ->

-> (СН₃СН(ОН)СОО)₂Са +

+ NH₂-R- (СООН)₆.

При этом способе осаждения казеина получается осадок в виде мелких хлопь­ев, кислых на вкус.

Сывороточные белки. После осаждения казеина из обезжиренного молока

сычужным ферментом или кислотой в сыворотке остается 0,5 - 0,8% белков. Основными из них являются β-лактоглобулин, £-лактальбумин, альбумин сыворотки крови, иммуноглобулины, протеозопептоны, лактоферрин. Сывороточные белки по содержанию незаменимых аминокислот биологически более полноценны.

β-лактоглобулин составляет около 50% всех белков сыворотки. При пасте­ризации он подвергается денатурации. Биологическая роль его не выяснена.

£-лактальбумина в молоке 2-5% от общего количества его белков. Он тонкодиспергирован, не коагулирует в изоэлектрической точке в силу большой гидратированности, не свертывается под действием сычужного фермента, термоста­билен. Необходим для синтеза лактозы из галактозы и глюкозы.

Иммунные глобулины составляют 1,9-3,3% общего количества белков молока. В молозиве их количество повышается и достигает 90% всех сывороточных бел­ков. Они выполняют функцию антител. Из молока коров выделено 3 группы им­муноглобулинов: I, А и М. В количествен­ном отношении преобладают иммуногло­булины группы I. Протеозопептоны составляют около 24% сывороточ­ных белков и 2-6% всех белков молока, относятся к наиболее термостабильным сывороточным белкам. Они не осаждаются при нагревании до 100°С в течение 20 минут. Количество их увеличивается в процессе хранения молока при низких плюсовых температурах (3-5°С). Биоло­гическая роль этих белков не выяснена.

Лактоферрин — красный железосвязывающий белок, по свойствам напоми­нающий трансферрин крови. Обладает бактериостатическим действием. В моло­ке коров его содержится 0,1-0,4 мг/мл, в молозиве — 1-6 мг/мл.

Небелковые азотистые вещества молока представляют собой промежуточные и конечные продукты азотистого обмена и поступают в молоко из крови. К ним относятся пептиды, аминокислоты, мочевина, аммиак, креатин, креатинин, оротовая, мочевая и гиппуровая кислоты. Они составляют около 5 % всего содержания азота в молоке.

Ферменты. Из молока здоровых жи­вотных выделено более 20 истинных фер­ментов. Одни из них секретируются в клетках молочной железы (щелочная фосфатаза, лактосинтаза, лизоцим), дру­гие переходят в молоко из крови живот­ных (альдолаза, каталаза, протеиназа). Кроме истинных, в молоке присутствуют ферменты, вырабатываемые микрофлорой молока. Ферменты, находящиеся в моло­ке и молочных продуктах, имеют боль­шое практическое значение. На действии ферментов классов оксидоредуктаз, гидролаз, трансфераз и других основано про­изводство кисломолочных продуктов и сыров. Протеолитические и липолитические ферменты вызывают изменения, при­водящие к снижению пищевой ценности и возникновению пороков молока и мо­лочных продуктов. По активности неко­торых ферментов можно судить о сани­тарно-гигиеническом состоянии сырого молока и эффективности его пастериза­ции. К оксидоредуктазам относят редуктазы, оксидазы, пероксидазу и каталазу.

Редуктазы накапливаются в сыром молоке при размножении в нем бактерий. Поэтому бактериальную обсемененность молока можно определить по про­должительности восстановления добавлен­ного к молоку резазурина или метиленового голубого. Оксидазы вырабатываются клетками молочной железы (ксантиноксидаза) и микрофлорой молока (оксида­зы аминокислот). Ксантиноксидаза ката­лизирует окисление пуриновых основа­ний — гипоксантина и ксантина — до мочевой кислоты, а альдегидов — до карбоновых кислот. Пероксидаза синтезиру­ется клетками молочной железы и час­тично освобождается из лейкоцитов, об­ладает антибактериальными свойствами; инактивируется при температуре около 80°С, что используют в молочной про­мышленности для контроля эффективно­сти пастеризации молока.

Каталаза переходит в молоко из кле­ток молочной железы, а также выраба­тывается микрофлорой молока и лейкоцитами. В молоке здоровых животных каталазы содержится мало, а в молозиве и молоке больных животных ее количе­ство резко увеличивается. В связи с этим определение активности каталазы исполь­зуют в качестве метода обнаружения мо­лока, полученного от больных животных (мастит и др.).

К гидролазам и ферментам других классов относят липазы, фосфатазы, β-галактозидазу, лизоцим, протеиназы, рибонуклеазу и др.

Липазы представлены нативной и бак­териальной липазами, А-, В-эстеразами, холинэстеразой и липопротеидлипазой. Они способствуют гидролизу жира с вы­делением низкомолекулярных жирных кислот, что приводит к прогорканию мо­лока. Истинные липазы разрушаются при температуре 74-80°С, бактериальные — при 85-90°С.

Фосфатазы: в молоке содержатся ще­лочная фосфатаза, секретируемая клет­ками молочной железы и микроорганиз­мами, а также фосфопротеидфосфатазы, неорганическая пирофосфатаза и АТФаза. Щелочная фосфатаза катализирует гид­ролиз эфиров фосфорной кислоты с обра­зованием неорганического фосфора. Инактивируется она при температуре 72-74°С и выше. Это свойство положено в основу метода контроля эффективности пастеризации молока и сливок.

Лактаза (β-галактозидаза) синтезиру­ется молочнокислой микрофлорой (бак­териями и дрожжами). Катализирует ре­акцию гидролитического расщепления лактозы на моносахариды — глюкозу и галактозу. Амилаза связана с лактоглобулиновой фракцией белка молока. Коли­чество ее повышается при заболеваниях животных. При пастеризации инактивируется. Лизоцим катализирует гидро­лиз полисахаридов клеточных стенок не­которых видов микробов. Он обусловли­вает бактерицидные свойства молока, термостабилен в кислой среде. В молоке коров его количество составляет около 13 мкг в 100 мл.

Протеиназы в молоко, видимо, пере­ходят из крови, а также синтезируются микроорганизмами и лейкоцитами. Они катализируют гидролиз белков молока, в основном казеина. Микрофлора молока (гнилостные бактерии, микрококки) синтезируют протеиназы, вызывающие поро­ки вкуса молока и молочных продуктов. Молочнокислые бактерии вырабатывают кислые протеиназы, имеющие важное значение при производстве кисломолоч­ных продуктов и сыров. Рибонуклеаза переходит в молоко из крови. Она ката­лизирует расщепление рибонуклеиновой кислоты на нуклеотиды.

Трансферазы (истинные и бактериаль­ные) катализируют переаминирование аминокислот в клетках молочной желе­зы. Лиазы (истинные и бактериальные) в молоке представлены альдолазой, игра­ющей важную роль в углеводном обмене молочной железы и микроорганизмов; карбоангидразой, катализирующей про­цесс дегидратации угольной кислоты; декарбоксилазами, имеющими важное зна­чение при производстве кисломолочных продуктов. Изомеразы играют важную роль в обмене веществ в клетках молоч­ной железы и при брожении лактозы.

Липиды молока представлены молоч­ным жиром и жироподобными вещества­ми — фосфолипидами и стероидами.

Молочный жир — производное спир­та глицерина и жирных кислот. Среднее содержание его в молоке составляет 3,8%. В молочном жире обнаружено около 150жирных кислот с числом атомов углеро­да от С₄ до С₂₆ (насыщенные, моно- и по­линенасыщенные).

В парном или нагретом молоке жир находится в состоянии эмульсии, а в ох­лажденном — в виде суспензии. В 1 мл коровьего молока содержится от 1 до 12 млрд жировых шариков диаметром 0,1-20 мкм. Поверхность жирового ша­рика окружена лецитино-белковой оболоч­кой. Температура плавления молочного жира 28-36°С, температура застывания — 18-23°С, коэффициент преломления — 1,453-1,455.

Из насыщенных жирных кислот в молочном жире в большом количестве содержатся пальмитиновая, миристиновая и стеариновая, а из ненасыщенных — олеиновая, пальмитолеиновая, линолевая и миристолеиновая.

Из фосфолипидов в молоке имеется лецитин, кефалин, сфингомиелин, цереброзиды. Суммарное их количество — око­ло 0,06%. Фосфолипиды входят в состав оболочек жировых шариков, а также на­ходятся в связи с белковой фазой и плаз­мой молока. Из стероидов в молоке при­сутствует холестерин (в комплексе с бел­ками и в плазме молока) и эргостерин (входит в состав оболочек жировых ша­риков). В молоке стероидов 0,01-0,014%.

Лактоза в молоке коров составляет в среднем 4,7%, находится в молекуляр

ном состоянии и представляет собой дисахарид, состоящий из глюкозы и галак­тозы. По сравнению с сахарозой лактоза в 5 раз менее сладкая и хуже растворима в воде.

Минеральные вещества. Минераль­ный состав молока во многом зависит от минерального состава кормов. Минераль­ных веществ в молоке содержится в сред­нем 0,7%. Их подразделяют на макро- и микроэлементы. Макроэлементы содер­жатся в относительно больших количествах — 10-100 мг/кг, их концентрация в молоке сравнительно постоянна; мик­роэлементы — в количествах, измеряе­мых микрограммами, концентрация их значительно варьирует в зависимости от кормления животных, условий первич­ной обработки и хранения молока.

К макроэлементам относят калий, натрий, кальций, магний, фосфор, хлор и серу. Калий, натрий, кальций и маг­ний находятся в молоке в основном в виде солей фосфорной и лимонной кис­лот. Около 95% калия и натрия присут­ствует в истинном растворе в виде легкодиссоциирующих солей, остальное их количество связано с казеином и нахо­дится в коллоидном состоянии. Каль­ций имеется в молоке в основном в кол­лоидной форме (около 30% — в виде коллоидного фосфата кальция и около 40% — в виде казеинаткальцийфосфатного комплекса). На долю истинного рас­твора приходится около 30% всего каль­ция.

Магний находится в молоке в истин­ном растворе (73-82%), остальное его количество входит в состав коллоидного фосфата магния и связано с казеином.

Фосфор в молоке представлен следу­ющими соединениями (%): неорганиче­скими солями в виде истинного раство­ра — 37, органическими эфирами в виде истинного раствора — 7, казеинкальцийфосфатным комплексом — 20, неоргани­ческими солями в виде коллоидного рас­твора — 38,5, липидами — 1,5. Сера вхо­дит главным образом в состав белков.

Из микроэлементов в молоке содер­жатся алюминий, барий, бор, бром, вана­дий, железо, йод, кадмий, кобальт, крем­ний, литий, марганец, медь, молибден, никель, селен, серебро, стронций, сурь­ма, фтор, хром, цинк. Распределение их между составными компонентами моло­ка изучено недостаточно. Известно, что алюминий, медь, марганец, молибден, никель, цинк и йод связаны с белками молока, а бор — с жировой фазой. Около 90% всей меди молока связывается с казеином и сывороточными белками, 10% — с жировыми шариками (2-3% — с оболоченными белками, остальные 7-8% — с фосфолипидами).

Большая часть железа соединяется с £-казеином, остальная с β-казеином и лактотрансферрином. Марганец связыва­ется с сывороточными белками, олово — с β-казеином. С белками молока соеди­няется йод (около 30%), а около 60% его количества находится в небелковых орга­нических соединениях. 40% йода при­сутствует в сыворотке молока в виде не­органических соединений и около 5% связано с жиром.

Витамины содержатся в молоке в раз­личных количествах, что обусловлено поступлением их в организм коровы с кормом, интенсивностью синтеза микро­флорой рубца и степенью разрушения при обработке и хранении молока. Среднее содержание витаминов в 100 г молока со­ставляет (мг): жирорастворимых — А — 0,02-0,2; D - 0,002; Е - 0,06; К — 0,032; водорастворимых — В₁ — 0,05; В₂ - 0,2; В₆ - 0,1-0,15; В₁₂ - 0,1-0,3; РР - 0,05-0,4; В₃ - 0,28-0,36; С - 0,5-2,8; Н — 0,00001-0,00003.

Гормоны в молоко поступают из кро­ви. Они принимают участие в образова­нии и выделении молока (пролактин, тироксин, лютеростерон, фолликулин, окситоцин, адреналин, инсулин и др.).

Газы составляют 60-80 мл в 1 л мо­лока, из них двуокиси углерода (угле­кислого газа) — 50-70%, азота — 20-30%, кислорода — 5-10%.

Химический состав молока представ­ляет собой сложную полидисперсную си­стему. На его показатели оказывает вли­яние кормление и содержание животных, состояние здоровья, породность и многие другие факторы. Все это необходимо учи­тывать при ветсанэкспертизе молока и молочных продуктов.