Химический состав молока

Гетероферментативные:  Leuc. citrovorum, dextranicum, brevis —  пентозофосфатным путем.

Механизм гомоферментативного  молочнокислого брожения:  глюкозы ® жировые кислоты ® молочная кислота (из 1 моль глюкозы образуется 2 моль молочной кислоты). Молочная кислота может существовать в двух изомерах   L (+) и D (-). Большинство штампов молочнокислых и Lbm.  bifidum преимущественно  продуцируют   (+)— молочную кислоту. Болгарские палочки и лейконосгоки — в основном D(-) форму  Lbm. helveticum, Lbm. plantarum и Lbm. acidoplibum — оба изомера в почти одинаковых количествах. Следовательно, соотношение между этими изомерами в кисломолочных продуктах будет зависеть от вида используемых для заквасок молочнокислых бактерий.

Побочные продукты — летучие  и нелетучие органические кислоты, глицерин, спирты, ацетон, ацетоин, диацетил, бутиленгликоль и пр.

Гетероферментативное молочнокислое  брожение. Бактерии этой группы __________и _____________ не могут сбраживать глюкозу  по глюколитическому пути, а по пентозофосфатному, то есть из каждого моль глюкозы образуются моль молочной кислоты, моль этанола и СО2. Бифидобактерии сбраживают глюкозу до уксусной и молочной кислоты  (уксусной в 1,5 раза больше, чем молочной).

Спиртовое брожение  имеет место при выработке кефира, кумыса, курунги и других кисломолочных продуктов. Возбудителем являются дрожжи, они сбраживают глюкозу с образованием этанола, углекислоты и других веществ: изобутил, глицерин, уксусная, янтарная, пропионовая кислоты, ацетоин и диацетил.

На первой стадии: глюкозу  ® в _______ кислоту, затем она подвергается декарбоксирированию, образуется СО2 и  уксусный альдегид, из него образуется этанол.

С6Н12О6  ® 2С2С2Н5ОН + 2СО2 .

Пропионовокислое брожение — возбудителем являются пропионовокислые бактерии, которые превращают глюкозу  или молочную кислоту в пропионову и укусусную кислоту, одновременно образуется небольшое количество янтарной кислоты.

Суммарное уравнение:

3С6Н12О6  ®  4СН3СН2СООН + 2СН3СООН + 2СО2 + 2Н2О.

Важную роль играет это  брожение в процессе созревания сыров  с высоким вторым нагреванием.

Маслянокислое брожение происходит под действием маслянокислых  бактерий, сбраживает глюкозу и молочную кислоту. Известно несколько типов  этого брожения, которые различаются  по образуемым продуктам. При одном типе образуются масляная, укусусная кислоты, углекислота и Н2.

2С6Р12О6  +  2Н2О ® СН3СН2СН2СООН  ® 2СН3СООН + 4СО2 + 6Н2

При другом типе — образования  бутилового, изопропионового спиртов, этанола и ацетона, которые обладают резким, неприятным запахом, а также  образуется большое количество газов.

Это брожение — нежелательный  процесс в производстве молочных продуктов, вызывает пороки сыров: вспучивание, неприятный вкус и запах.

Уксуснокислое брожение. Под  действием уксуснокислых бактерий этиловый спирт окисляется в уксусную кислоту, уксуснокислые бактерии как  типичные аэробы появляются на поверхности  молочных продуктов и часто являются спутниками дрожжей.

Уравнение:                                                   +Н2О                        +1/2 О2

СН3СН2ОН  ® СН3СНО   ®  СН3СН(ОН2)  ®   СН3СООН + Н2О                       

             -2Н

Механизм образования  диацетила и ацетоина. Это четырехуглеродные  соединения, являются продуктами метаболизма  различных микроорганизмов: молочнокислых  бактерий, дрожжей и др. Предшественниками  их являются пируват, который образуется из цитрата. Цитрат под действием  цитритазы в присутствии Мп или  Мз расщепляется на уксусную и щавелевоуксусную кислоты, последняя превращается в  пируват: 

СН2 — СООН                                СООН                       

                        

МП2+  Мз2+ СН2      +   СН2

Н - С    — СООН      ———®         

 СН2  — СООН                         С =О                   СООН                        

  лимонная кислота                                   СООН                       

                                                 щавелевоуксусная кислота

СООН           

             —СО2                         СН3

СН2     —®               

С = О                          С = О

СООН                         СООН                       

                         пируват

Утилизация пирувата в  ацетоин и диацетил начинается с  его декарбоксирирования до активной формы ацетальдегида:

СН2           

                   тиаминпирофосфат Мз2+

С = О  —————————®  СН3 — СНОН — ТПФ + СО2

СООН                                     ________ацетальгид - ТПФ            

При синтезе ацетоина этот комплекс вступает в реакцию с  другой молекулой пирувата, образуя a -ацетомолочную кислоту, которая  при декарбоксилировании переходит  в ацетоин. Ацетоин может обратимо восстанавливаться в бутиленгликоль, который может перейти в бутанон  и далее в бутанол:                       

                                                             СН3

СН3                 СН3                                                       С = О                         

— СО2

СНОН  +        С = О    —®                                                        ——®                       

                           —ТПФ                       

                                                 НО—С — СООН

ТПФ            СООН                       

                                                          СН3                               

                                                                 -ацетомолочная кислота                   

 

CH3                                               CH3

C = O               HA1D × H2             CHOH

CHOH               HAD                     CHOH

CH3                                               CH3

ацетоин                                           2-3 бутиленгликоль

Возможен второй путь образования  ароматообразующих веществ.  Ацетоина — восстановлением диацетила. Дрожжи и бактерии Е. соli продуцируют ацетоин из активного и свободного ацетальдегида без образования промежуточного продукта — a-ацетомолочной кислоты.                   СН3                                    

 СН3                           СН3                         

 О   +   СНОН - ТПФ   ®      С = О                

 С                                                    СНОН + ТПФ                         

 Н                                           СН3

Для синтеза диацетила  ароматообразующим  молочнокислым бактериям требуется ацетальдегид, ТПФ и ацетил КоА.                                               

 ТПФ  и ацетил КоА                                                   

 О        СН3

СН3 - СНОН - ТПФ + СН3 -  С    ®   С = О  + ИS - КоА + ТПФ                                             

SКоА    С = О                                                          

 СН3                                                                  

 диацетил

Дрожжи и в меньшей  степени молочнокислые бактерии образуют диацетил путем спонтанного  окисления ацетоина:           

 СН3                                      СН3           

 С = О           — 2Н              С = О           

 СНОН                                  С = О           

 СН3                                      СН3

В аэробных условиях при высоком  окислительно-восстановительном потенциале диацетил образует молочнокислые бактерии непосредственно из a-ацетомолочной кислоты при ее спонтанном окислительном декарбоксилировании. 

                       СН                                                       СН3                       

                            + 12 О2

С = О                    ——®                         С = О

НО — С — СООН  — СО2                 С = О           

             СН3                                                     СН3           

 

Ароматообразующие бактерии продуцируют диацетил в меньших  количествах по сравнению с ацетоном. Так, Sts diacetilactis максимально накапливает 12 мг/кг (некоторые штаммы  до 50 мг/кг)  диацетила и около 500 мг/кг ацетоина; лейконосгоки — соответственно 5 и 85 мг/кг. Это объясняется дефицитом ацетил КоА для синтеза диацетила, а также  восстановлением диацетила в ацетон под действием диацетилредуктазы, активность этого фермента зависит от температуры, рН.

Для максимального образования  аромата (в заквасках и кисломолочных  продуктах) целесообразно  подбирать смешанные культуры молочнокислых бактерий с низкой диацетилредуктазной   активностью и слабыми редуцирующими свойствами, и поддерживать рН среды ниже 5,5 (оптимальные условия для накопления диацетила рН - 4,5 - 4,7, температура  21-25°С). Образованию диацетила способствуют добавление в молоко 0,2% цитрата и аэрация (перемешивание) закваски. Для сохранения накопившегося диацетила необходимо закваску и готовый продукт быстро охладить до 5-8°С.

11. Влияние тепловой обработки  молока на казеин

1). Структурные изменения  казеина.

2). Факторы термоустойчивости  молока.

3). Механизм и кинетика  тепловой коагуляции казеина.

4). Влияние различных температур  на технологические свойства  молока.

Чисто тепловая денатурация  казеина наступает только при  температурах порядка 130оС в течение 2-88 мин. Такое тепловое воздействие  изменяет состав и структуру  ККФК. От него отщепляются засушенные гликомакропептиды, органический Р и Са, на поверхности мицелл казеина осаждаются денатурированный b-лактоглобулин, коллоидный фосфат Са и т. д. Перечисленные изменения вызывают как дезагрегацию, так и агрегацию мицелл казеина. В результате преобладания последнего увеличиваются размер частиц казеина и вязкость молока.

Изменение структуры и  размера мицелл казеина влияет на технологические свойства молока, например, на скорость получения сычужного  сгустка. После тепловой обработки  продолжительность сычужного свертывания  молока увеличивается в несколько  раз по сравнению с сычужным свертыванием сырого молока. Такое явление объясняется  комплексообразованием денатурированного b-лактоглобулина с   -казеином в результате чего ухудшается его атакуемость сычужным ферментом. Основным видом связи, который способствует образованию комплексов белков, считают дисульфидные мостики, но отрицается и участие других видов связи гидрофобных и кальцисных мостиков. Образование  комплексов происходит в очень узком интервале рН — (6,7-7). Электронно-микроскопические исследования продуктов тепловой ассоциации b-лактоглобулина с   -казеином, а также с казеиновыми мицеллами показывают, что первые представляют собой волокнистые, лапшевидные частицы, а на поверхности казеиновых мицелл видны выросты, напоминающие шипы, усики и т. д. Казеиновые мицеллы как бы окружаются своего рода оболочкой из сывороточных белков, которая по мнению ряда авторов может повысить термоустойчивость казеиновых мицелл. Так если нативные казеиновые мицеллы имели температуроустойчивость 58 единиц по этанолу, то мицеллы, покрытые оболочками из денатурированного b-лактоглобулина — 82 единицы, а в случае потери поверхностью мицелл комплексов b-лактоглобулина —   -казеин она составляет всего 46 единиц.

Видимо, степень взаимодействия b-лактоглобулина с казеином влияет на развитие казеиновых мицелл. Многими  авторами отмечено повышение среднего размера казеиновых мицелл после  тепловой обработки молока в результате ассоциации казеина с денатурированным b-лактом, а также отложения на поверхности мицелл коллоидного  фосфата кальция.

Пастеризация молока при  температуре 72-80оС вызывает незначительное увеличение размера белковых частиц — на 1-4%; УВТ-обработка на 7-25%, а  стерилизация с выдержкой в два  и более раза. Некоторые авторы показывают, что в процессе тепловой обработки наряду с увеличением  размера крупных казеиновых мицелл происходит значительное повышение  количества очень мелких частиц, которые  свидетельствуют о дезинтеграции  мицелл. Мелкие белковые частицы представляют собой свободные субмицеллы, хотя другие исследователи считают, что  это денатурированные сывороточные белки, которые не смогли прикрепиться к казеиновым мицеллам. Казеин при нагревании взаимодействует с лактозой, то есть вступает в реакцию Майра, в результате которой образуются астероциклические азотосодержащие соединения коричневого цвета (меланаидины).

Термоустойчивость белков молока (или температуро___). Под ней понимают свойство молока сохранять агрегативную устойчивость белков и других компонентов  при тепловом воздействии. Ее обычно выражают количеством времени в  минутах, необходимым для коагуляции белков при определенной заданной температуре, например, при 130 или 140оС.

Термоустойчивость молока в  первую очередь определяется величиной  рН, хотя между нет прямой зависимости. По характеру изменения термоустойчивости  молоко делят на два типа — А  и Б. Оба типа молока имеют максимум термоустойчивости при рН 6,5-6,7. При  повышении рН до 6,7-6,9 молоко типа А  становится менее термоустойчивым. У молока типа В это свойство отсутствует. Дальнейшее увеличение рН сопровождается повышением термоустойчивости того и другого типа молока. Снижение рН молока, особенно в результате микроброжения  углеводов, отрицательно сказывается  на его температуроустойчивости. Образование  молочной кислоты вызывает уменьшение отрицательного заряда мицелл казеина  и нарушение солевого баланса  молока: часть коллоидных солей кальция  переходит в ионно-молекулярное состояние, а фосфаты кальция  приобретают лучшую растворимость  и большую степень диссоциации. например, гидрофосфат кальция может  переходить в дегидрофосфат, который  по сравнению с первой солью образует повышенное количество ионов кальция.

2СаHPO4 + 2C3H6O3 ® Ca (H2PO4)2 + (C3H5O3)2 Ca,

Ca (H2PO4)2 ® Ca2+ + 2H2PO4  —

термоустойчивость казеина  зависит от солевого равновесия, размера  и химического состава мицелл казеина. Солевой состав молока, то есть соотношение солей кальция  и магния, с одной стороны, и  фосфатов и нитратов — с другой. Установлено, что ККФ комплекс устойчив к действию высоких температур только при определенном содержании кальция.