Этапы и перспективы развития химии и физики молока. Роль отечественных ученых в развитии химии и физики молока. Химия, физика (и биохимия) молока как наука была создана в 20…30 годы XX в. профессором Г. С. Иниховым и профессором Я. С. Зайковским и продолжена другими учеными (П. Ф. Дьяченко, А. И. Овчинниковым, А. П. Белоусоаым, И. И. Климовским и др.)
Георгий Сергеевич Инихов (1886-1969 гг.).
Профессор Г. С. Инихов почти 60 лет жизни посвятил становлению отечественной школы химии и биохимии молока и молочных продуктов.
Г. С. Инихов в 1910 г, закончил физико – математический факультет Петербургского университета. Еще со студенческих времен он связал свою судьбу с молочной промышленностью - его дипломная работа на тему «Химический состав и свойства молока ярославских коров» была удостоена дипломом 1 степени.
По окончании университета Георгий Сергеевич уехал в город Курган - крупный маслодельный центр Западной Сибири, где стал заведовать молоч – но-испытатсльной лабораторией.
Здесь он изучал физико-химические числа молочного жира и влияние на них различных факторов, разработал методику контроля со – держания влаги в масле.
В 1916 г. он был приглашен в Вологодский молочно-хозяйствен – ный институт’ на должность заведующего опытной биохимической станцией, вскоре его избрали профессором кафедры «Биохимия мо лока и молочных продуктов», а затем - в 1924 г. (по 1930 г.) - ректором института.
В 1917 г, Г. С. Инихов разработал способ выработки сычужного фермента, который до этого ввозили из-за границы, позже по его плану в Москве был построен сычужный завод. Он много времени посвятил изучению механизма действия сычужного фермента на казеин молока и влиянию на его активность температуры, солей кальция, кислотности молока и других факторов. К этому времени Георгий Сергеевич становится известным специалистом в области биохимии молока и молочных продуктов.
В 1922-1924 гг. им были написаны и изданы первые в мире учебники «Химия молока и молочных продуктов» (для вузов) и «Анализ молока и молочных продуктов». 13 1934 г. им была издана «Биохимия молока» для пищевых вузов и в 1956 г. - для вузов молочной промышленности «Биохимия молока и молочных продуктов» для техникумов была им издана в 1935 г. (и переиздана в 1951, 1962 и в 1970 г.). Совместно с Н. Г1. Брио он Написал справочное руководство «Методы анализа молока и молочных продуктов». По его учебникам тогда обучались тысячи студентов всей страны и по ним училось не одно поколение специалистов молочной промышленности.
В 1930 г. Г. С. Инихов возглавляет научную работу Всесоюзного научно-исследовательского института молочной промышленности и продолжает вести активную педагогическую деятельность - заведует кафедрой и читает курс «Биохимия молока» в Московском институте инженеров молочной промышленности. С 1941 по 1952 г Г. С. Инихов заведует кафедрой органической химии и химии молока в Московском технологическом институте мясной и молочной промышленности, где до 1965 г. продолжает читать курс «Биохимия молока», Г. С. Инихов участвовал во многих съездах и конференциях молочной промышленности, был членом Национального комитета СССР по молочному делу, атакже ученых советов ряда институтов.
Януш Станиславович Зайковский (1887-1952 гг.). Профессор Я. С. Зайковский - крупный ученый и талантливый педагог, 40 лет жизни отдал служению молочной промышленности и сельскому хозяйству.
Я. С. Зайковский в 1912 г. окончил химико-технологический факультет Львовского политехнического института и поступил на работу в Агрономическую академию ассистентом кафедры обшей химии. В 1914 г ему была присуждена ученая степеньдоктора химических наук
Свою научно-исследовательскую дея тельность он начал в 1918 г. на опытной биохимической станции Вологодского мол очно-хозяйственного института. Здесь же в 1921 г. он избирается профессором кафедры аналитической химии. Всю свою творческую энергию он направляет на исследование ха рактера влияния химозина (сычужного фермента) на белки молока.
В 1924 г. Я. С. Зайковский перешел на работу п Ленинградский сельскохозяйственный институт. В Детско-Сельской зоотехнической опытной станции им изучается минеральный обмен в организме сельскохозяйственных животных.
В 1925 г. он был утвержден профессором неорганической химии Омского института сельского хозяйства и лесоводства. Организованная им зоотехническая лаборатория проводила о1ромную работу по изучению кормов и их влиянию на состав молока. В 1930 г. она реорганизуется в кафедру биохимии и химии молока, которую он возглавлял до последних дней жизни.
За сорок лет научной деятельности в области биохимии и химии молока Я. С. Зайковский опубликовал шестьдесят работ, имеющих важное научное и практическое значение. Большое внимание он уделял изучению сосгава и свойств казеина молока, разработал собственную теорию (теорию «пены») образования масла, изучил механизм кислотной и сычужной коагуляции казеина при производстве сыров, атакже занимался основами производства молочных консервов. Кроме того, им был разработан ряд новых методов исследования молока.
Я. С. Зайковский
Широкую известность получил трудЯ. С. Зайковского - «Химия и физика молока и молочных продуктов», который он переиздавал два раза (в 1938 и 1950 г.). В основу книги он положил материал лекций, которые читал в течение ряда лет студентам факультета молочной промышленности Омского сельскохозяйственного института (ныне Омский государственный аграрный университет).
Павел Федорович Дьяченко (1905-1995 гг.) много лет работал во ВНИМИ, затем в Московском технологическом институте мясной и молочной промышленности (в настоящее время МГУПБ),
За свою долгую жизнь П. Ф. Дьяченко многое сделал в области химии белков молока («Исследование белков молока», 1959 п; «Теория фосфоамидазного действия сычужного фермента», 1961 г.; «Исследование состава казеинаткальцийфосфатного комплекса молока», 1968 г. и др.). Им разработана технология получения казеинатов, термокальциевого ко преципитата и других белковых продуктов, методика определения буферной емкости молока и др. Он один из авторов учебника для вузов «Технология, молока и молочных продуктов», 1974 г.
Андрей Игнатьевич Овчинников (1907-196У гг.) сначала работал в Ленинградском институте инженеров молочной промышленности, затем в Ленинградском институте холодильной промышленности (ныне СПбГУПиПТ). Им написано более 20 научных статей («К вол – росу отермической коагуляции казеина», «Упрошенный метод определении кальция в молоке», «Влияние кальция на консистенцию сыра» и др.).
Александр Павлович Белоусов (1900-1989 гг.) плодотворно работал как в области сыроделия, так и маслоделия.
Вершиной его творчества следует считать написание им фундаментальной монографии «Физико-химические процессы в производстве масла сбиванием сливок» (1984 г.), Ириней Иванович Климовский {1903-1996 гг). Всю свою любовь и творческую активность отдал сыроделию. Широко известна его монография «Биохимические и микробиологические основы производства сыра» (1966 г.).
Большой вклад в развитие химии и физики молока внесли А. И. Чеботарев (1904-1991 гг.), 3. X. Диланян (1903-1994 гг.), Д. А. П>аников(1902-1965 гг.)и Н. Н. Липатов(1923-1994гг)идрутие ученые.
В настоящее время огромную иаучно-исследовательсхую работу в области химии и физики молока ведут коллективы сотрудников многочисленных вузов (городов Москвы, Санкт-Петербурга, Вологды, Ставрополя, Омска и др.).
Пищевая ценность молока и молочных продуктов.
Их роль в питании человека. Среди огромного количества продуктов животного и растительного происхождения наиболее ценными в пищевом отношении являются молоко и молочные продукты. «Между сортами человеческой еды, - писал великий ученый Иван Петрович Павлов, - в исключительном положении находится молоко… Как изумительно выделяется из ряда других сортов пища, приготовленная самой природой»
Высокая пищевая ценность молока заключается в том. что оно содержит все необходимые для человека питательные вещества {белки, липиды, углеводы, минеральные вещества, витамины и пр.) в хорошо сбалансированных соотношениях и в легкоперевариваемой форме.
Как известно, важная роль в питании человека принадлежит животным белкам. Именно с дефицитом полноценных животных белков связано снижение показателей здоровья населения многих стран - его физического и умственного развития, сопротивляемости отрицательным воздействиям, трудоспособности, продолжительности жизни и т. д.
По содержанию незаменимых аминокислот и пере варивае мости протеазами в желудочно-кишечном тракте белки молока относятся к белкам высокой биологической ценности. Вместе с тем пищевая ценность казеина несколько ограничена дефицитом серосодержащей аминокислоты цистина (аминокислотный скор метионина в сумме с цистином немного ниже 100%). Однако в сывороточных белках баланс дефицитных серосодержащих и других незаменимых аминокислот лучше, чем в казеине, следовательно, и выше их пищевая ценность. Поэтому добавление молочных белков в виде белковых концентратов к растительным белкам, содержащим недостаточное количество лизина и триптофана, улучшает их аминокислотный состав.
Необходимо отметить, что белки молока обладают рядом важных функциональных свойств, позволяющих использовать их концентраты и качестве ценных компонентов разнообразных комбинированных пищевых продуктов. К ним следует отнести их высокую водо – связывающую способность, вязкость, гелеобразование, эмульгирование, гтен ообразо в а н и е и ряддругих.
К функциональным молочным белкам относятся кислотный ка зеин, натриевые, калиевые и цитратные казелнаты, конрсишштаты, сывороточно-белковые концентраты. Все они широко используются в мясо-молочной, хлебопекарной и других отраслях пищевой промышленности в качестве белковых добавок и стабилизаторов структуры (производство плавлепых сыров, сметаны, йогурта, детских молочных продуктов, пудингов, кремов, хлеба, макоронных и мясных изделий). Все это позволяет повысить качество и биологическую ценность традиционных продуктов и создать принципиально новые виды пищевых продуктов.
Вместе с тем при дефиците животных белков сейчас стали широко применять соевые белковые продукты. Комбинированные мол очно-белковые продукты с ипользованием соевой основы (кефир, творог, творожные пасты, различные десерты и др.) рекомендуют для питания диабетикам, больным анемией, туберкулезом, язвой желудка и другими заболеваниями.
В последние годы появляется все больше данных, свидетельствующих о том, что казеин молока является источником целого ряда биологически активных пептидов. К ним относятся гдикомакропеп – тиды, отщепляемые от к-казеина под действием химозина и фосфо – пептиды, получаемые из 3-й казеина во время пищеварения. Они способствуют формированию белковых сгустков высокой степени дисперсности, а также проявляют антигастринную активность, то есть способность угнетать желудочную секрецию (или оказывают противоположный физиологический аффект). Кроме того, по предположению акад. А. М. Уголева и ряда зарубежных исследователей, они могут обладать болеутоляющим, успокаивающим действием.
Определенную ценность в питании человека представляют молочный жир и другие липиды молока. Как известно, биологическая цен – ностьжиров определяется содержанием полиненасыщенных жирных кислот, точкой плавления, леревариваемостью, количеством витаминов А, О, Е (а также трансизомеров ненасыщенных жирных кислот). По сравнению с животными жирами молочный жир лучше усваивается в организме человека, так как имеет низкую температуру плавления (28…3СГС) и находится в тонкодиспергироваипом виде, его коэффициент перевариваем ости составляет 97. ..99 >7%. По сравнению с растительными жирами он содержит сравнительно мало незаменимых жирных кислот. Вместе с тем присутствие в молочном жире дефицитной арахидоновой кислоты, жирных кислот с короткой цепью, а также значительных количеств фосфолипидов, витаминов А, О повышает его пищевую ценность.
В последнее десятилетие в России стало развиваться производство молочных продуктов с комбинированным или смешанным жировым составом (сливочного масла, сметаны, мороженого, сгущен – ного молока, творога, плавленого сыра и др.), дли получения которых используются растительные жиры. Однако качество и безопасность молочных продуктов с комбинированной жировой фазой, изготовленных в нашей стране или ввозимых из-за рубежа не всегда гарантированы. К сожалению, производители в целях экономии выбирают дешевые растительные масла (пальмовое, рапсовое и др.) или заменители молочного жира с высоким содержанием трансизомеров жирных кислот. Поэтому столь необходима разработка точных методов контроля фальсификации молочного жира и определения массовой доли немолочных жиров в продуктах со смешанным жировым составом.
Пишевую ценность молока наряду с белками и молочным жиром обусловливает лактоза. Один из компонентов лактозы - глюкоза является источником синтеза резервного углевода организма новорожденного - гликогена, а другой компонент - галактоза - необходим для образования гангликозидов мозга. Необходимо отметить ценные свойства лактозы - способность улучшать всасывание кальция кишечником человека. И, наконец, весьма важна огромная физиологическая роль щелочного производного лактозы - лактулозы, признанной в мире основным пребиотиком, используемым для функционального питания.
Как известно, продукты функционального питания предназначены для восстановления нормальной микрофлоры человека, состоящей из бифидобактерий и лактобактерий. которая способна противостоять заселению кишечника патогенными микроорганизмами. Именно нарушение нормальной микрофлоры кишечника, или дис- бактериоз, сопровождаемый выработкой гнилосгными микроорганизмами токсичных соединений (фенола, индола, скатола и др.), приводит к различным заболеваниям и снижению продолжительности жизни человека. Следовательно, использование лактулозы для обогащения молочных продуктов, предназначенных для питания не только детей, но и взрослых поможет решить проблему улучшения здоровья населения нашей страны.
Пищевая ценность молока и молочных продуктов в значительной степени заключается в высоком содержании в них кмьция (в молоке оно составляет 120 мт%, твороге - 150, в твердых сырах - 850…1100 т%>).
Кальций является важным компонентом костной ткани и зубов человека, составляющим около 99% всего поступающего кальция. Остальное его количество находится в составе клеточных и тканевых жидкостей, которое необходимо для свертывания крови, механизма мышечных сокращений, работы ферментов и т. д. При недостаточном поступлении кальция в организм человека у детей разрушаются зубы и наступает рахит, у взрослых - остеопороз {деминерализация костной ткани).
В коровьем молоке кальций хорошо сбалансирован с фосфором, их соотношение составляет 1:1… 1,3:1 (втворогеис^ре- 1:1,5…1:2). Для взрослых институт питания РАМН рекомендует их соотношение в пище равное 1:1,5, для детей - 2,3:1.
Как правило, поступающий с пищей кальций почти нерастворим в воде и плохо всасывается тонким кишечником. Исключение составляет кальций в составе молока и молочных продуктов, так как на процессы его абсорбции и усвоения положительно влияет лактоза, а также содержание его в составе фосфопептидоа, образующихся при про – теолитическом расщеплении казеина. Таким образом, главная часть кальпия (около 75%) в диете покрывается именно за счет молока, творога и сыров.
Вместе с тем молоко сравнительно бедно магнием и микроэлементами - железом, иодом, селеном (иногда - цинком), что может привести к нарушению работы сердечных мышц, анемии, физической и умственной отсталости детей, а также к сердечно-сосудистым заболеваниям и иммунодефициту. В настоящее время делаются попытки вносить в молоко кальций (до уровня 150… 180 мг%), а также железо, иод и селен.
Молоко и молочные продукты являются источником поступления в организм многих витаминов. Так, 50…70% потребности человека в рибофлавине и 20…70% в цианкобаламине удовлетворяется за счет молока и кисломолочных продуктов, а сливочное масло и сыры являются основным поставщиком витаминов А и О.
Таким образом, пищевая ценность молока бесспорна и оно должно являться незаменимым продуктом питания человека во все периоды его жизни. Весьма велика роль в питании и различных молочных продуктов - кисломолочных напи тков (простокваши, йогурта, кефира и др.), творога, сметаны, сыров, масла и пр.
Физиологические нормы потребления молока и молочных продуктов (в пересчете на молоко), рекомендуемые Институтом питания РАМН, составляют 1090 г в сутки и 392 кг в год.
По данным Департамента пищевой и перерабатывающей промышленности Минседьхоза РФ, фактическое потребление молока и молочных продуктов за последние годы резко снизилось. Так, если в 1990 г. оно составляло 386 кг в год, то в 1999 г. - 206 кг или около 53% к рекомендуемой норме. В 2000…2002 гг. производство молока надушу населения несколько выросло и составило 222…228 кг. По прогнозам Министерства сельского хозяйства России в 2005 г. оно должно составить 270.,.310 кг, в 2010 г. – 343…386 кг.
Молоко представляет собой коллоидный раствор жира в воде. Под микроскопом хорошо видно, что оно неоднородно: в бесцветном растворе (сыворотке) плавают жировые шарики.
В коровьем молоке обычно содержится от 3 до 6 % жиров (в основном это сложные эфиры глицерина и насыщенных карбоновых кислот - пальмитиновой, стеариновой), около 3 % белков, а ещё углеводы, органические кислоты, витамины и минеральные вещества.
Белок казеин в молоке присутствует в связанном виде - ковалентно присоединённые к аминокислоте серину фосфатные группы образуют соли с ионами кальция. При подкислении молока эти соли разрушаются, и казеин выделяется в виде белой творожистой массы. В желудке человека под действием особых ферментов происходит процесс, называемый «створаживанием казеина». Створоженный казеин выпадает в осадок и медленнее выводится из организма, а потому полнее усваивается. Казеин высоко питателен: в нём есть почти все аминокислоты, необходимые человеку для построения собственных белков. В чистом виде он представляет собой безвкусный белый порошок, не растворимый в воде. Помимо него в молоке содержатся и другие белки, например лактальбумин. При кипячении этот белок превращается в нерастворимую форму, образуя на поверхности кипячёного молока характерную белую плёнку - пенку.
Входящий в состав молока сахар лактоза С 12 Н 22 О 11 изомерен сахарозе. В организме человека под действием фермента лактазы этот сахар расщепляется на моносахариды глюкозу и галактозу, которые легко усваиваются. За счёт этого, например, грудные дети пополняют запасы углеводов. Интересно, что у многих людей (в основном у представителей монголоидной расы) организм в зрелом возрасте утрачивает способность расщеплять лактозу.
Проходя через пищеварительный тракт, лактоза не усваивается, а становится питательной средой для развития различных болезнетворных микроорганизмов, что приводит к общему недомоганию. Именно поэтому народы Дальнего Востока (японцы, китайцы) практически не употребляют в пишу молочные продукты.
В промышленных условиях молоко подвергают тепловой обработке, цель которой - подавить развитие микроорганизмов и продлить срок его хранения. Для этого молоко пастеризуют - выдерживают 30 мин при 65 °С, а также используют кратковременную термообработку - нагревают в течение 10-20 с до 71 °С. По сравнению с пастеризацией термообработка лучше сохраняет питательные вещества, в первую очередь витамины. Чтобы молоко не расслаивалось на сливки и сыворотку, его гомогенизируют - пропускают под давлением через небольшие отверстия. Жировые шарики дробятся, уменьшаются в размерах, а молоко становится более вязким.
Значительная часть молока идёт на переработку - для производства сливочного масла, сыра и кисломолочных продуктов (кефира, ряженки, простокваши, сметаны).
Чтобы получить кефир, молоко сквашивают - выдерживают в течение 8-10 ч при 20-25 °С, добавляя затравку молочнокислых бактерий. Под их действием лактоза распадается до молочной кислоты:
Именно молочная кислота определяет специфический вкус кефира. По мере того как она накапливается в растворе, происходит коагуляция (свёртывание) казеина, который выделяется в свободном виде. Поэтому кефир имеет более густую консистенцию, чем молоко. Молочнокислое сбраживание лактозы сопровождается спиртовым брожением, из-за чего в кисломолочных продуктах, в частности в кефире, есть небольшое количество алкоголя (до 0,03 %). В кисломолочных продуктах содержатся также микроорганизмы, которые подавляют развитие болезнетворных бактерий и тем самым улучшают пищеварение.
Творог тоже получают сквашиванием молока молочнокислыми бактериями. Его главной составной частью является белок казеин.
Чтобы приготовить сливочное масло, от молочной сыворотки необходимо отделить капельки жира, входящие в состав молока. Для этого сбивают сливки - верхний, более жирный слой, образующийся при отстаивании молока.
Казеин входит также в состав сыров. Их делают, добавляя в молоко бактериальную закваску и специальные ферменты, а затем подогревая смесь до определённой температуры. В выделившийся сгусток вновь вводят ферменты и подогревают. При этом происходит частичное изменение структуры и состава казеина. Затем смесь раскладывают по формам и длительное время - до шести месяцев - выдерживают при низкой температуре (не выше 1 5 °С). Во время созревания казеин под действием ферментов распадается на полипептиды и свободные аминокислоты. Часть аминокислот окисляется кислородом воздуха, при этом образуются аммиак, альдегиды, а также кетокислоты, придающие сыру характерный аромат.
Скисание молока - привычный пример денатурации белка.
ВВЕДЕНИЕ
Преломляю хлеб. Тянусь к солонке.
Трапезу, Господь, благослови!
Сколько в молоке живого сока,
Сколько к жизни истиной любви!
Молоко – продукт повседневного спроса. Молоко и его производные употребляют в пищу люди всех возрастов, национальностей. Авторы проекта решили выяснить, насколько же полезны молочные продукты, предлагаемые российскими производителями.
ЦЕЛЬ:
определить состав и качество различных видов молока
ЗАДАЧИ:
* Экспериментальным путем определить состав молока;
* Доказать наличие в молоке полезных веществ необходимых для человека;
* Изучить потребность в употреблении молока среди обучающихся начальной школы;
* Составить рекомендации по употреблению молока и молочных продуктов.
ГЛАВА 1. БИОЛОГИЧЕСКАЯ ЦЕННОСТЬ МОЛОКА
1.1 Биологическая ценность
Молоко представляет собой биологическую жидкость сложного химического состава. Оно служит полноценной пищей для новорождённых, а также необходимым продуктом питания для человека в любом возрасте. Молоко – высококалорийный продукт. Древние философы называли его “источником здоровья”, “соком, жизни”, “белой кровью”. Великий русский физиолог И. П. Павлов сказал, что “молоко – самая лёгкая пища при слабых и больных желудках и при массе других тяжёлых заболеваний” /1, с. 18/.
С давних времён молоко используется и как лечебное средство от многих болезней: при лечении сердца, почек и других органов. Помогает лечить отравления солями тяжёлых металлов, кислотами и щелочами, йодом и бромом.
Какая хозяйка не употребляет молоко? Даже если никто из ваших домашних его не пьёт, то уж сыр, творог или сметану вы едите наверняка!
Кроме того, молоко требуется добавлять во многие блюда. Так, молочные каши гораздо вкуснее, чем сваренные на воде. А ведь с давних времён молочным продук–там приписывались поистине сверхъестественные свойства!
В сказках молоко нередко служит средством обретения “вечной молодости”. Для этого нужно искупаться в молоке. Так же отмечено, что женщина, которая умывает лицо молоком, будет долго выглядеть молодой и привлекательной. Если принимать молочные ванны, ваша кожа станет мягкой и бархатистой, а тело нальётся силой и бодростью. Этим пользовалась царица Египта, Клеопатра /7/.
Молочная сыворотка (пахта) входит в состав некоторых кремов, но полезнее применять ее в натуральном виде. Ежедневно протирать ею лицо и шею. После этой процедуры посмотрите на себя в зеркало и скажите: “Я прекрасна”!
1.2 Химический состав молока
Установлено, что молоко содержит свыше ста ценнейших компонентов, многие из которых природа не повторила ни в одном из других продуктов. В него входят все необходимые для жизнедеятельности организма вещества: белки, жиры, углеводы, минеральные соли, витамины. Эти компоненты молока хорошо сбалансированы, благодаря чему легко и полностью усваиваются. Усвояемость молока и молочных продуктов колеблется от 95 до 98%. Молоко также способствует усвоению других пищевых продуктов.
Молоко состоит из воды (в среднем 87,5%) и сухого вещества (12,5%) /1, с. 218/.
В состав натурального молока входит 25 наименований жирных кислот, 20 аминокислот, более 30 макро– и микроэлементов и много других биологически активных веществ. Особое значение молока состоит в том, что оно даёт человеку полноценный белок животного происхождения, биологическая ценность которого значительно превышает ценность белка говядины, свинины и яиц. По количеству незаменимых аминокислот, которые не образуются в организме человека, а должны поступать с пищей, коровье молоко превосходит другие продукты питания.
Корма оказывают влияние на качество молока, сливок, на консистенцию молочного жира. Так, зеленыe подножные корма придают кремовато – жёлтый цвет молоку, сливкам, маслу. Кормовая капуста, силос, морковь и травяная мука способствуют сохранению цвета молока и в зимний период.
Hекоторые корма (брюква, турнепс, кочанная и кормовая капуста, ботва, сахарная свекла и силос) могут придавать молоку неприятный вкус и запах, особенно при скармливании их в больших количествах.
Витаминов в молоке около тридцати. В снабжении организма витаминами особенно важную роль играют именно молочные продукты. Наиболее важные из них:
витамин А (ретинол), В (тиамин), Вг (рибофлавин), С (аскорбиновая кислота), Д (кальциферол), Е (токоферол), Н (биотин), РР (никотиновая кислота)
/2, с. 56/.
ГЛАВА 2. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ
2.1 Исследование качества молока по данным на упаковке
Не все молочные продукты имеют одинаковый состав и являются одинаково полезными для здоровья. Для начала мы определили состав молочных продуктов, исходя из данных на упаковке.
Цель:
определить качество молочных продуктов в бытовых условиях.
Задачи:
– На основе данных на упаковке выявить наличие вредных для здоровья веществ;
– Определить состав молочных продуктов;
– составить памятку покупателю.
Предположение:
не все молочные продукты имеют одинаковый состав и являются одинаково полезными для здоровья.
МОЛОКО бывает:
* НОРМАЛИЗОВАННОЕ;
* ВОССТАНОВЛЕННОЕ;
* ГОМОГЕНИЗИРОВАННОЕ;
* ПАСТЕРИЗОВАННОЕ;
* ПИТЬЕВОЕ.
Нормализованное – то есть разбавленное, доведённое до определённого процента жирности.
Восстановленное – восстановлено путём соединения порошка и воды.
Гомогенизированное – в состав молока добавлены растительные жиры
Пастеризованное – обеззараженное путём кратковременного нагревания
В итоге на основании данных на упаковке продукта определили лучшее и худшее по качеству молоко.
Лучшее качество
Худшее качество
2.2 Определение органолептических показателей качества молока
Для проведения экспериментальной части работы мы купили в магазине молоко с различным процентным содержанием белка и жира, а также взяли молоко, которое пьют дети нашей школы.
Молоко для эксперимента:
Определение внешнего вида молока.
Для определения внешнего вида молока мы налили его в химический стакан до середины объёма. Внимательно рассмотрели молоко и отметили, что в нем отсутствуют различные загрязнители и примеси, а также отметили, его однородность.
Определение цвета молока.
Мы налили в стакан 50-60 мл молока. Поднесли к стакану белый лист бумаги и сравнили образцы. Мы увидели, что молоко во всех стаканах имеет разные оттенки белого цвета (данные в таблице).
Определение консистенции молока.
Для определения консистенции молока налили его в пробирку до середины объё-ма. Закрыли пробирку и слегка встряхнули её, чтобы намокли стенки. Дали молоку стечь и в течение 1-2 минут и затем определили, что стенки пробирок покрылись молоком неоднородно.
Определение запаха молока.
Налили в пробирку молока чуть больше половины её объёма, закрыли пробкой. Затем энергично взболтали и понюхали молоко.
Запах определяли многократными короткими вдыханиями.
Мы определили, что в каждой пробирке молоко имеет разный запах.
Определение вкуса молока.
Мы налили в стакан 10-20 мл молока. Затем брали глоток молока в рот, и держали его некоторое время. После каждой пробы молока мы полоскали рот водой и между отдельными определениями делали небольшие перерывы. Тем самым мы определили, что молоко имеет вкус от сладковатого до безвкусного.
2.3 Определение физико-химических показателей молока
2.3.1 Определение рН среды молока.
Вещества, содержащие в молоке, имеют амфотерную природу, т.е. проявляют свойства и кислот и оснований, поэтому индикатор не должен менять свой цвет.
Но опыт показывает, что универсальный индикатор при опускании его в молоко, изменяет цвет на бледно-зеленый. Это говорит о том, что данное молоко имеет слабо - щелочную среду. Таким образом мы узнали, что в молоко добавляют соду, для того чтобы оно дальше не скисало, а именно сода (NaHCO 3) и дает молоку слабо – щелочную среду. Соду добавляют в молоко как консервант.
2.3.2. Определение наличия молочной кислоты.
Все знают, что прокисшее молоко имеет кислый вкус. Можно ли это подтвердить и химическим путем? Мы надвое суток оставили молоко в тепле. В нем появился осадок (простокваша), а универсальный индикатор изменил цвет на красный, что говорит о наличие в молоке молочной кислоты (СН3-СН-СООН)/ОН
2.3.3. Определение наличия белка.
Белок определяют с помощью цветных реакций:
КСАНТОПРОТЕИНОВОЙ: при добавлении к белку концентрированной азотной кислоты и нагревании образуется желтый осадок.
БИУРЕТОВОЙ: добавлением к белку (молоку) выпадает осадок Сu(ОН) 2 – синего цвета, появляется фиолетовое окрашивание.
2.3.4 Определение наличия углеводов.
В молоке млекопитающих содержится лактоза (молочный сахар), который является дисахаридом и состоит из молекулы глюкозы и галактозы.
СН 22 О 11 + Н 2 О = С 6 Н 12 О 6 + С 6 Н 12 О 3
В молоке 4 – 6 % лактозы. Она обладает слабо выраженной сладостью.
Для доказательства наличия углеводов в молоке, мы нагревали его вместе с Сu(OH) 2 – осадком голубого цвета и получили осадок красного цвета, что и является подтверждением наличия глюкозы.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
1. Научились определять химические свойства молока.
2. Изучили полезные свойства молочных продуктов.
3. Составили практические рекомендации по потреблению данного продукта и его производных.
На основании исследования данных на упаковке продукта определили, что лучшим из приобретённых нами образцов было молоко «Молочное изобилие» Энгельсского молокозавода, а худшим образцом – снежок «Молочное изобилие» того же производителя.
На основании определения органолептических показателей качества молока изучения физико – химических показателей определили, что лучшим образцом является молоко «Кошкинское».
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Горбатов. Биохимия молока и молочных продуктов, - М. : Легкая промыш-ленность, 1984г.,344с
2. ГОСТ 23454 – 79. Молоко. Метод определения ингибирующих веществ, М. : изд – во стандартов, 1989. – С.374 – 380.
3. Практикум по биологическим основам сельского хозяйства: Уч. Пособие для студентов биол. Спец. Пед. Ин – тов / И.М. Ващенко, К.Н. Ланге, М.П. Меркулов, Под.ред. И.М.Ващенко, - М.: просвещение, 1982 – С.359 – 370
4. «Качество молочных продуктов» Н.В.Барабанщиков (Изд. «Колос»,1980);
5. «Молочно – кислые продукты » В.П. Кугенев (Москва, Изд. Университета дружбы народов)
6. Энциклопедия для детей. Дополнительный том. Личная безопасность.- М., Аванта+, 2001 – 448 с., илл.
7. материалы журнала «Вокруг света»
8. www.vokrugsveta.ru,
9. www.prodpit.ru,
10. www.parents.ru/nutrition.html
11. Химия. 10: учеб. для общеобразоват. учреждений/ Х46 О.С. Габриелян, Ф.Н.Маскаев, С.Ю.Пономарев, В.И. Теренин - 4-е изд., стереотип.- М. Дрофа, 2003
12. Химия. 11: учеб. для общеобразоват. учреждений/ Х46 О.С. Габриелян, Г.Г. Лысова -4-е изд., стереотип.- М. Дрофа, 2004
РАБОТУ ВЫПОЛНИЛИ
обучающиеся 8г класса
Ляхов Иван, Полинский Артём, Торгашова Дарья
Муниципальное общеобразовательное учреждение
«Средняя общеобразовательная школа № 33»
города Энгельса Саратовской области
РУКОВОДИТЕЛИ
учитель биологии Гранкина Людмила Васильевна,
учитель географии Соленкова Наталья Николаевна,
учитель биологии Чермашенцева Анжела Сергеевна
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Оренбургский государственный университет»
Кафедра технологии переработки молока и мяса
О.В. БОГАТОВА, Н.Г. ДОГАРЕВА
ХИМИЯ И ФИЗИКА МОЛОКА
Рекомендовано Ученым советом государственного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Оренбургский государственный университет» в качестве учебного пособия для студентов, обучающихся по программам высшего профессионального образования по специальности «Технология молока и молочных продуктов»
Оренбург 2003
ББК 36.95я73 Б 73
УДК 637.1 (0758)
Рецензент кандидат сельскохозяйственных наук, профессор В.С. Антонова
Богатова О.В., Догарева Н.Г.
Б73 Химия и физика молока: Учебное пособие.-Оренбург: ГОУ ОГУ,
Данное пособие содержит цикл лекций по дисциплине "Химия и физика молока", охватывающий основные разделы курса в соответствии с требованиями утвержденной программы.
Учебное пособие предназначено для студентов, обучающихся по программам высшего профессионального образования по специальности 271100
Догарева
© ГОУ ОГУ, 2004
Введение
Биологическая химия, или биохимия – наука, изучающая химический состав организмов и химические процессы, лежащие в основе их жизнедеятельности.
Одной из важнейших составных частей биологической химии, занимающейся изучением биохимических процессов, протекающих в сырье растительного и животного происхождения при его хранении и переработке, является техническая биохимия, в частности биохимия молока, мяса, зерна и т. д.
В основе производства молочных продуктов лежат биохимические превращения основных составных частей молока. В связи с этим в курсе биохимия молока и молочных продуктов значительное место отведено изучению состава молока с рассмотрением химической природы, структуры, биологической ценности, функциональных свойств, а также биохимических изменений компонентов молока в процессе его хранения и переработки. При описании процессов, протекающих в молоке уделяется внимание как чисто биохимическим, так и связанным с ними химическим и физико–химическим процессам. Молочные продукты формируются в результате совместного прохождения указанных процессов, и не всегда представляется возможным установить границу, где заканчиваются одни и начинаются другие. Поэтому дисциплина называется «Химия и физика молока». При изучении биохимии молока и молочных продуктов используют достижения смежных наук, таких как органическая, физическая и коллоидная химия, физиология, животноводство, биохимия питания и др. Вместе с тем, биохимия молока служит научной основой для последующего изучения технологии и микробиологии молока и молочных продуктов.
Этапы и перспективы развития химии и физики молока Большое влияние на развитие биохимии молока как науки о молоке
оказали исследования великих русских ученых И. П. Павлова и И. И. Мечникова. И. П. Павловым (1849-1936 гг.) впервые дано научное объяснение легкой переваримости и усвояемости составных частей молока и молочных продуктов, ему принадлежит всем известное определение пищевой ценности молока как продукта, приготовленного самой природой. И. И. Мечников (18451916 гг.), занимаясь вопросами долголетия, первым обратил внимание на исключительно ценные диетические и лечебные свойства кисломолочных продуктов, которые подтверждены и полностью объяснены в настоящее время.
Начало систематическому изучению свойств молока и молочных продуктов было положено А.А. Калантаром - основоположником отечественного молочного дела. А.А. Калантар (1859-1937 гг.) организовал первую в России молочную лабораторию при Едимоновской молочной школе, в которой занимался изучением процесса производства швейцарского сыра, применением при его выработке солей кальция, разработкой формул для расчета сухих веществ молока и т.д. А.А. Калантар активно участвовал в общественной жиз-
ни страны, вел большую педагогическую работу сначала в Едимоновской школе, затем в Московской сельскохозяйственной академии имени К. А. Тимирязева и Ереванском зооветеринарном институте.
Биохимия молока (химия молока) как наука была создана в советское время профессорам Г.С. Иниховым и Я.С. Зайковским. Г.С. Инихову принадлежат многочисленные исследования по изучению состава и свойств молока и молочных продуктов, разработке методов контроля качества сырья и готовых продуктов и т. д. Им написаны (1922-1926 гг.) первые учебники «Химия молока» и «Анализ молока». В дальнейшем его учебники по биохимии молока и молочных продуктов для техникумов и вузов и практические руководства по методам анализа молока и молочных продуктов переиздавались много раз. Г.С. Инихов большое внимание уделял педагогической работе. Много лет он работал в Вологодском молочном институте и Московском технологическом институте мясной и молочной промышленности, где подготовил много кандидатов и докторов наук.
Научно-педагогическую деятельность профессор Я.С. Зайковский начал в Вологодском молочном институте, затем много лет работал в Омском сельскохозяйственном институте. Его работы были посвящены изучению состава, физико-химических свойств молока, химизма сычужного свертывания, развитию теории маслообразования и др. Широкую известность получил труд Я.С. Зайковского «Химия и физика молока и молочных продуктов», изданный в 1930 г. и переизданный в 1938 и 1950 гг.
Значительный вклад в развитие биохимии молока внес профессор С.В. Паращук (1873-1950 гг.). Им проведена большая работа по изучению влияния кормов на состав и свойства молока и масла, свойств сычужного фермента и пепсина. Он разработал основы технологии детских лечебных и диетических молочных продуктов и впервые в СССР организовал их производство. Много лет он занимался подготовкой инженеров-технологов в Ленинградском институте инженеров молочной промышленности, в котором с 1931 по 1949 г. заведовал кафедрой технологии молока и молочных продуктов.
Развитию биохимии молока и молочных продуктов способствовали также работы А.П. Белоусова, Н.П. Брио, Д.А. Граникова, Р.Б. Давидова, 3.X Диланяна, П.Ф. Дьяченко, М.М. Казанского, И.И. Климовского, М.С. Коваленко, А.И. Овчинникова, А.И. Чеботарева и др.
В настоящее время огромную научно-исследовательскую работу в области биохимии молока ведут коллективы сотрудников Всесоюзного научноисследовательского института молочной промышленности (ВНИМИ), Всесоюзного научно-исследовательского института маслодельной и сыродельной промышленности (ВНИИМС) НПО «Углич», Украинского научноисследовательского института мясной и молочной промышленности (Укр- НИИ-мясомолпром) н ученые ряда высших учебных заведений.
В последние годы биохимия молока как наука переживает период бурного развития. Этому во многом способствовало применение таких современных методов биохимических исследовании, как газожидкостная и тонкослойная хроматография, электрофорез, спектроскопия, электронная микро-
скопия и ряд других.
Успехи в развитии биохимии молока позволили усовершенствовать существующие технологические процессы, разработать новые направления переработки молока, повысить пищевую, биологическую ценность и вкусовые достоинства молочных продуктов. В связи со всевозрастающим влиянием биохимии молока на технологию получения и переработки молока становится очевидным важность изучения этой дисциплины для специалиста молочной промышленности. Только глубокое знание основ биохимии молока позволит ему понять сущность биохимических процессов, происходящих при производстве и хранении молочных продуктов, критически подойти к выбору технологических режимов обработки и переработки молока, условий хранения молочных продуктов, более рационально использовать сырье, предотвратить возникновение различных пороков и т.д.
Пищевая ценность и роль молока в питании человека Среди огромного количества различных продуктов животного и расти-
тельного происхождения наиболее совершенными, т.е. наиболее ценными в пищевом и биологическом отношении, являются молоко и молочные продукты. Молоко единственный пищевой продукт, который обеспечивает организм млекопитающих всеми необходимыми питательными веществами. И.П. Павлов указывал на три основных свойства молока как пищевого продукта: легкая усвояемость, способность к возбуждению органов пищеварения и лучшее усвоение азота молока по сравнению с азотом других продуктов. Перевариваемость молока и молочных продуктов колеблется от 95 до 98 % Павлов писал: «Молоко – это удивительная пища, созданная самой природой».
Высокая питательная ценность молока обусловлена не только содержанием в нем белковых веществ, жира, углеводов, минеральных солей и благоприятным их соотношением, но и специфическим составом указанных компонентов. Фактически нет другого пищевого продукта, который по питательной ценности равен молоку. В 1 л молока содержится: 32 г белка, что соответствует количеству его в четырех-пяти куриных яйцах, 32 г молочного жира, что соответствует 36 г сливочного масла, 48 г молочного сахара, что эквивалентно калорийности 12 кусков сахара, а также минеральные соли и почти все известные витамины, необходимые организму человека любого возраста.
Как известно, важная роль в рациональном питании принадлежит животным белкам. По переваримости и сбалансированности аминокислотного состава белки молока относятся к наиболее биологически ценным. Их переваримость (усвояемость) составляет от 96 до 98 %.
Важно отметить, что основной белок молока - казеин - легко «атакуется» и переваривается в нативном неденатурированном состоянии с помощью протеолитических ферментов пищеварительного тракта.
Сравнение состава незаменимых аминокислот белков молока с составом «идеального» белка свидетельствует о практическом отсутствии у них аминокислот, лимитирующих биологическую ценность белков.
Лимитирующими биологическую ценность белков считаются те ами-
нокислоты, скор которых составляет менее 100 %. Аминокислотный скор показывает процентное содержание каждой аминокислоты в исследуемом белке по отношению к их содержанию в «идеальном» белке. Один грамм «идеального» белка по шкале ФАО/ВОЗ (принятой в 1973 г.) содержит (в мг): изолейцина - 40, лейцина - 70, лизина - 55, серосодержащих аминокислот (метионин+цистин) - 35, ароматических (фенилаланин+тирозин) - 60, треонина - 40, триптофана - 10, валина - 50.
Некоторый дефицит серосодержащих аминокислот, в основном цистина, отмечен для казеина, но ими богаты сывороточные белки молока. Сывороточные белки характеризуются также высоким содержанием двух других наиболее дефицитных аминокислот: лизина и триптофана. Поэтому введение сывороточных белков молока в пищевые продукты, особенно растительного происхождения, способствует резкому увеличению их биологической ценности, что связано с улучшением степени сбалансированности аминокислотного состава.
Определенную ценность в питании человека представляет жир молока. По сравнению с жирами животного происхождения он лучше усваивается в организме человека. Этому способствуют, во-первых, относительно низкая температура плавления жира (от 28 до 33 °С); во-вторых, нахождение его в молоке в тонкодиспергированном виде. Коэффициент переваримости молочного жира составляет от 97 до 99 %. Молочный жир содержит сравнительно мало незаменимых полиненасыщенных жирных кислот. Однако при употреблении 0,5 л молока покрывается около 20 % суточной потребности человека в этих кислотах. Присутствие же в молочном жире дефицитной арахидоновой кислоты, жирных кислот с короткой цепью, а также значительных количеств фосфолипидов и витаминов (А, D, Е) повышает его биологическую ценность. Кроме того, соотношение жира и белка в молоке близко к оптимальному.
Важным компонентом молока является лактоза. В отличие от других Сахаров она относительно плохо растворима в воде, медленно всасывается в кишечнике и тем самым стимулирует развитие в нем молочнокислых палочек, которые, образуя молочную кислоту, подавляют гнилостную микрофлору и способствуют лучшему всасыванию кальция и фосфора. Особенно важна роль лактозы в питании грудных детей.
Большое значение в питании человека имеют минеральные вещества. Прежде всего следует отметить высокое содержание в молоке и молочных продуктах кальция и фосфора, выполняющих ряд важных функций в организме человека. Оба элемента находятся в молоке в хорошо сбалансированных соотношениях, что обусловливает их сравнительно высокую усвояемость. Так, отношение между кальцием и фосфором в молоке составляет 1:1 - 1,4:1 (в твороге и сыре 1:1,5-1:2), в то время как в мясе и рыбе оно равно соответственно 1:13 и 1:11. Около 80 % суточной потребности человека в кальции удовлетворяется за счет молока и молочных продуктов.
Вместе с тем молоко сравнительно бедно некоторыми микроэлементами: железом, медью, марганцем, йодом, фтором. В настоящее время делают-
ся попытки вносить в молоко соединения йода и фтора, при производстве же продуктов детского питания к молочной основе обычно добавляют соли железа.
Молоко и молочные продукты являются постоянным источником почти всех витаминов. Особенно богаты они относительно дефицитным в пищевых продуктах рибофлавином - около 50 % суточной потребности человека в витамине удовлетворяется за счет молока и молочных продуктов.
Биологическую ценность молока дополняют разнообразные ферменты, гормоны, антитела, антибиотики и другие биологически активные вещества.
Таким образом, пищевая и биологическая ценность молока бесспорна, и оно должно являться незаменимым продуктом питания человека во все периоды его жизни. Недаром по древней легенде Геракл в младенчестве питался именно молоком, хлынувшим по воле Зевса с Олимпийских высот. Разлившееся после этого по всей вселенной молоко образовало Галактику или Млечный путь. «Источником здоровья», «белой кровью» называли молоко древние философы.
Весьма велика роль в питании и различных молочных продуктов - кисломолочных продуктов, сыров, масла и др. Кисломолочные продукты наряду с высокой пищевой и биологической ценностью обладают весьма важными диетическими свойствами, поэтому особенно рекомендуются для питания детей, лиц пожилого возраста и больных. Подобно молоку они содержат все основные пищевые вещества в хорошо сбалансированной форме, вследствие чего легко перевариваются в желудочно-кишечном тракте и быстро усваиваются организмом человека. Вместе с тем многие из них содержат белки в мелкодисперсном, частично расщепленном состоянии, что способствует особенно легкой их переваримости. Благодаря накоплению углекислоты, молочной кислоты и других вкусовых веществ кисломолочные продукты возбуждают аппетит, стимулируют выделение желудочного сока, улучшают обмен веществ. Наличие в их составе живых микроорганизмов, способных приживаться в кишечнике и подавлять гнилостную микрофлору, приводит к торможению гнилостных процессов и прекращению образования ядовитых продуктов распада белка - фенола, индола, скатола и др.
Творог благодаря высокому содержанию ценной аминокислоты - метионина - обладает липотропным и антисклеротическим действием и применяется при заболеваниях печени, почек и сердечно-сосудистой системы. Он также является одним из важных источников легкоусвояемых белков, кальция, фосфора, а ацидофильно-дрожжевой творог - витаминов В1 и В12 .
Ацидофильные кисломолочные продукты (ацидофильное молоко, ацидофилин, ацидофильная паста и ацидофильно-дрожжевое молоко) обладают антибиотическими свойствами и применяются при лечении желудочнокишечных заболеваний: язвенных колитов, гастритов, детской диспепсии и др.
Высокая пищевая и биологическая ценность сыров, как и творога, обусловлена содержанием большого количества легкоусвояемых белков и продуктов их ферментативного распада, минеральных веществ (кальция и фос-
фора), витаминов, органических кислот и т. д. Благодаря острому вкусу и специфическому аромату сыры возбуждают аппетит и способствуют активному выделению желудочного и кишечного сока. Вместе с тем традиционные высокожирные сыры (швейцарский, советский, голландский и пр.) имеют высокую энергетическую ценность.
Масло сливочное наряду с высокими органолептическими показателями (специфические вкус и аромат, пластичная консистенция) и хорошей усвояемостью организмом человека характеризуется подобно сырам высокой энергетической ценностью, но менее сбалансированным химическим составом.
Исключительно высокая пищевая и биологическая ценность молока и молочных продуктов делает их незаменимыми в питании людей различных возрастных категорий. В целях более рационального использования молочных продуктов работники молочной промышленности должны решить задачу дальнейшего расширения ассортимента низкожирных продуктов для питания лиц пожилого возраста и тучных, диетических и лечебных продуктов, предназначенных для людей, страдающих непереносимостью отдельных компонентов молока, и т.д. Но уже сейчас, каждый человек может подобрать молочные продукты, отвечающие требованиям рационального питания, его физическим потребностям, вкусам и привычкам.
Физиологически обоснованная норма потребления молока и молочных продуктов составляет 434 кг в год на 1 человека. Однако фактическое потребление молочных продуктов за последние годы резко снизилось. Так, если в 1990 году оно составляло 386 кг в год, то в 1996 году – только 206 кг в год или около 53 % к рекомендуемой норме.
Традиции потребления молока и молочных продуктов в России уходят корнями в глубокую древность. Кроме того, молоко является одним из архетипов в русском народном сознании – символом здоровья, благополучия, изобилия. Достаточно вспомнить, например, «молочные реки с кисельными берегами» в русских народных сказках, выражение «кровь с молоком» как синоним хорошей физической формы, а также старинные дамские рецепты красоты – умывание молоком и молочные ванны. Сегодняшнее катастрофическое снижение уровня потребления молока и молочных продуктов имеет много причин (экономические, социальные и др.). Одна из них пропаганда американского образа жизни. Молодежь выбирает пепси, в котором за три дня растворяется железный гвоздь. Кстати, уровень заболеваемости остеопорозом среди американцев, взращенных на газированных напитках, один из самых высоких в мире. Американцы быстро поняли свою ошибку и теперь у них даже в школах стоят автоматы по продаже пакетов с молоком, а по телевизору то и дело крутят ролики, где молодое поколение вместо пива выбирает молоко. Таким образом перед специалистами молочной промышленности стоит весьма важная роль в улучшении структуры питания населения страны за счет увеличения потребления молочных продуктов, ассортимент которых постоянно должен расширяться.
1 Молоко и его состав
1.1 Химический состав молока
Молоко представляет собой биологическую жидкость, которая образуется в молочной железе млекопитающих и предназначена для вскармливания новорожденного.
Молоко имеет сложный состав. В нем насчитывается более ста различных компонентов. Обычно в широкой практике химический состав молока характеризуют по важнейшим веществам, количество которых не является строго постоянным. Оно изменяется в зависимости от различных факторов. В среднем же молоко имеет следующий состав (процент):
Вода - 87,5;
- сухое вещество – 12,5. В том числе:
а) молочный жир – 3,8; б) белки 3,3 (казеин – 2,7, альбумин – 0,5, глобулин – 0,1); в) молочный сахар – 4,7;
г) минеральные вещества – 0,7.
Отклонение в составе молока объясняются влиянием многих факторов
– порода скота, кормление его, стадии лактации, возраст, состояние животного, сезонов года и др. причинами.
Наиболее ценной частью молока является сухой остаток. При производстве молочной продукции стремятся к максимальному его сохранению. Сухим остатком называется все то, что остается после высушивания молока
при температуре от 102 до 105 ° С. В него входят все составные части молока, за исключением воды и веществ, улетучивающихся при высушивании. Наиболее изменчивой частью сухого остатка является жир, поэтому в практике чаще пользуются показателем сухого обезжиренного остатка (СОМО). Сухие вещества находятся в молоке в тонкодисперсном и растворенном состоянии, т.е. в наиболее благоприятном для усвоения виде; жир – в виде тонкой эмульсии, белки – в виде коллоидных растворов, молочный сахар – в молекулярном состоянии, минеральные соли – в коллоидном молекулярном и ионном состоянии.
Чем более тонко и равномерно диспергирована та или иная составная часть молока, тем меньше варьирует ее содержание: так содержание жира подвержено большим изменениям чем содержание белковых веществ. Наиболее постоянные по количественному содержанию части молока – лактоза и соли.
Наибольший удельный вес в молоке занимает вода.
В молоке содержится от 86 до 89 % воды, большая часть которой (от 83 до 86 %) находится в свободном состоянии, а меньшая часть (от 3 до 3,5 %) - в связанной форме. Свободная вода является растворителем органических и неорганических соединений молока (лактозы, минеральных элементов, кислот, ароматических веществ и пр.). Как растворитель свободная вода участвует во всех биохимических процессах, протекающих в молоке при вы-
работке молочных продуктов. Ее легко можно удалить, сгущая, высушивая и замораживая молоко.
Связанная вода по своим свойствам значительно отличается от свободной воды. Она не замерзает при низких температурах (-40 °С), не растворяет электролиты, имеет плотность, вдвое превышающую плотность свободной воды, не удаляется из продукта при высушивании и т. д. Связанная вода в отличие от свободной недоступна микроорганизмам. Поэтому для подавления развития микрофлоры в пищевых продуктах свободную воду полностью удаляют или переводят в связанную, добавляя влагосвязывающие компоненты (сахар, соли, многоатомные спирты и пр.).
Основную часть связанной воды составляет адсорбционная вода, которая удерживается молекулярными силами около поверхности коллоидных частиц (белков, фосфолипидов, полисахаридов). Особая форма связанной воды – химически связанная вода. Эта вода кристаллогидратов, или кристаллизационная вода. Она в составных частях молока почти не встречается за исключением молочного сахара, который кристаллизуется с одной молекулой воды (C12 H22 O11 ·H2 O)
1.2 Влияние различных факторов на химический состав молока. Изменение состава молока в период лактации
Лактацией называется процесс образования и выделения молока, а также время, в течении которого корова лактирует. Лактация коровы продолжается в среднем 305 дней и за это время состав и свойства молока наиболее существенно изменяются три раза, в связи с чем и различают три этапа лактации: молозивный, когда корова выделяет молозиво, основной, когда корова продуцирует нормальное молоко, соответствующее качеству натурального, и стародойный период, когда корова продуцирует молоко незадолго перед сухостоем.
Молозивный период продолжается от 7 до 10 дней после отела коровы. Молозиво существенно отличается от нормального молока но имеет специфический вкус и запах, более вязкую консистенцию, цвет – светло желтый, повышенную плотность (в среднем от 40 до 50 ºА). Для молозива характерна повышенная кислотность, особенно в первые сутки (от 30 до 50 ºТ), затем резко снижающаяся и составляющая (от 22 до 25 ºТ) к концу молозивного периода. В молозиве в 2 раза больше сухих веществ (25 % вместо 12,5 % в нормальном молоке).
Повышение сухих веществ происходит за счет увеличения белков, причем белков сывороточных, имеющих огромное значение для новорожденного теленка. Содержание альбумина в молозиве может достигать от 10 до 12 %, а глобулина от 8 до 15 %. При чем иммунные глобулины в первом удое составляют в среднем 70 % всех сывороточных белков. В молозиве в 1,5-2 раза больше минеральных веществ, значительно больше витаминов. Молозиво обладает прекрасными бактерицидными свойствами, защищающими организм новорожденного от болезней и различных пищевых растройств. В нем повышенно количество соматических клеток. Молозиво обла-
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯРОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
КЕМЕРОВСКИЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ
ПИЩЕВОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ
Т.А.ОСТРОУМОВА
ХИМИЯ И ФИЗИКА МОЛОКА
животного происхождения в качестве учебного пособия
для студентов высших учебных заведений, обучающихся
по направлению 655900 – Технология сырья и продуктов
животного происхождения по специальности
271100 – Технология молока и молочных продуктов
Кемерово 2004
УДК: 637.1.
Печатается по решению Редакционно-издательского совета Кемеровского технологического института пищевой промышленности
Рецензенты: Заведующий кафедрой технологии продуктов питания Алтайского государственного технического университета им. И. И. Ползунова, д-р.техн.наук, профессор М. П. Щетинин
Директор ГНУ Сибирский научно-исследовательский институт сыроделия СО РАСХН,
д-р.техн.наук. А. А. Майоров
Остроумова Т. А.
Химия и физика молока: Учебное пособие. -
Кемеровский технологический институт пищевой
промышленности. - Кемерово, 2004.- 196 с.
ISBN 5-89289-250-6
Представлена характеристика компонентов молока, их структура, состав, особенности биосинтеза, физико-химические, химические, органолептические и технологические свойства. Изложены вопросы равновесных отношений между различными фазами молока как единой полидисперсной системы. Проведен анализ изменений составных компонентов в процессах получения , хранения, транспортирования, обработки молока и выработки молочных продуктов.
Предназначено для студентов специальности 271100 – Технология молока и молочных продуктов.
Ил.- 12, табл.- 3, библ.назв.- 12
ISBN-5-89289-250-6 © Кемеровский технологический
институт пищевой промышленности
О Г Л А В Л Е Н И Е
Введение…………………………………………………. 6
Тема 1. Роль отечественных ученых в развитии науки
«Химия и физика молока»…………………….. 7
Тема 2. Современное состояние молочной промышлен-
ности, основные направления развития техно-
логии молочных продуктов и задачи исследова-
ний в области химии и физики молока………… 10
Тема 3. Роль молока и молочных продуктов в питании
человека. Экономические аспекты рациональ-
ного использования молока в производстве
молочных продуктов……………………………. 12
Тема 4. Общая характеристика химического состава
молока……………………………………………. 15
4.1. Общая характеристика составных компо-
нентов молока………………………………. 15
4.2. Сравнительная оценка состава молока ко-
ров с молоком других сельскохозяйствен-
ных животных и с женским молоком……… 21
4.3. Влияние зоотехнических факторов на сос-
тав и свойства молока………………………. 26
Тема 5. Белки молока…………………………………….. 34
5.1. Современная номенклатура белков молока.
Характеристика фракций казеина и сыво-
роточных белков……………………………. 35
5.2. Структура белков…………………………… 45
5.3. Состав белков: элементарный и аминокис-
лотный……………………………………….. 53
5.4. Физико-химические свойства белков……… 55
5.5. Химические свойства белков………………. 62
5.6. Биосинтез белков в молочной железе……… 64
Тема 6. Липиды молока ………………………………….. 66
6.1. Значение липидов. Классификация………… 67
6.2. Глицеридный состав молочного жира……… 69
6.3. Жирнокислотный состав молочного жира…. 72
6.4. Физико-химические свойства молочного
жира…………………………………………… 76
6.5. Химические свойства молочного жира……… 79
6.6. Фосфолипиды, стерины и другие липиды…… 82
6.7. Биосинтез липидов…………………………….. 84
Тема 7. Углеводы молока……………………………………. 90
7.1. Общая характеристика углеводов молока. Зна-
чение лактозы…………………………………… 90
7.2. Структура лактозы, ее изомерные формы и
физические свойства……………………………. 91
7.3. Химические свойства лактозы…………………. 95
7.4. Биосинтез лактозы………………………………. 97
Тема 8. Минеральные вещества молока……………………… 98
8.1. Общая характеристика минеральных веществ.
Солевой состав молока………………………….. 98
8.2. Солевое равновесие молока. Факторы, влияю-
щие на солевое равновесие……………………… 100
8.3. Роль макро- и микроэлементов в молоке и мо-
лочных продуктах………………………………… 103
Тема 9. Биологически активные и другие вещества молока… 106
9.1. Витамины молока и их биологическая роль……. 107
9.2. Характеристика ферментов молока. Использо-
вание свойств ферментов в оценке качества
молока……………………………………………… 111
9.3. Гормоны и газы…………………………………… 118
Тема 10. Молоко как полидисперсная система………………. 120
10.1. Общая характеристика дисперсных систем…… 120
10.2. Молоко как коллоидная система………………. 122
10.2.1. Структура мицелл казеина, обусловливаю-
щая коллоидное состояние золя…………….. 122
10.2.2. Условия дестабилизации коллоидного сос-
тояния золя и формирование геля при раз-
личных способах коагуляции…………… … 126
10.2.3. Совместное осаждение казеина и сывороточ-
ных белков при термокальциевом и термо-
кислотном способах коагуляции…………….. 130
10.3. Молоко как эмульсия жира в плазме…………… 131
10.3.1. Факторы агрегативной устойчивости жиро-
вой эмульсии…………………………………… 131
10.3.2. Факторы нарушения устойчивости жировой
эмульсии……………………………………….. 136
10.4. Молоко как истинный раствор…………………. 140
Тема 11. Физико-химические, органолептические и техноло-
гические свойства молока…………………………… 143
11.1. Плотность ………………………………………. 145
11.2. Титруемая кислотность………………………… 146
11.3. Активная кислотность и буферные свойства… 147
11.4. Окислительно-восстановительный потенциал.. 151
11.5. Вязкость и поверхностное натяжение………… 152
11.6. Осмотическое давление и температура замер-
зания…………………………………………….. 154
11.7. Электропроводность и теплофизические
свойства…………………………………………. 155
11.8. Органолептические свойства………………….. 156
11.9. Технологические свойства…………………….. 158
Тема 12. Физико-химические изменения молока при его
хранении и обработке………………………………. 162
12.1. Изменения при хранении в условиях низких
температур и транспортировке………………. 164
12.2. Изменения при механических воздействиях… 166
12.3. Изменения при тепловой обработке………….. 168
Тема 13. Физико-химические и биохимические изменения
составных частей молока в процессе его перера-
ботки и при хранении молочных продуктов………. 174
13.1. Изменения составных компонентов молока
при сгущении и сушке………………………… 175
13.2. Биохимические изменения составных ком-
понентов молока при его переработке………. 178
13.2.1. Брожение молочного сахара. Виды броже-
ния……………………………………………… 178
13.2.2. Роль продуктов брожения в формировании
вкуса, аромата и консистенции молочных
продуктов………………………………………. 186
13.2.3. Протеолиз и формирование органолепти-
ческих показателей…………………………… 189
13.2.4. Изменения липидных компонентов………… 191
Библиографический список……………………………………. 195
В В Е Д Е Н И Е
«Химия и физика молока» является дисциплиной специального цикла, формирующего профессиональные знания инженера-технолога молочной промышленности. Наряду с другими эта дисциплина обеспечивает теоретическую базу для изучения технологии молока и молочных продуктов.
Цель настоящего курса – освоение основ химии и физики молока в объеме, необходимом для решения производственных задач отрасли и в исследовательской деятельности.
Основными задачами курса являются приобретение теоретических знаний, практических умений и навыков для дальнейшего использования их в профессиональной деятельности : в проведении анализа состава и свойств молока, выборе направлений их улучшения и корректировки, выборе и обосновании технологических параметров обработки и переработки молока, обосновании экономической целесообразности использования молока на производство тех или иных молочных продуктов.
В результате изучения дисциплины Вы должны знать и уметь:
химический состав, физико-химические и органолептические свойства молока;
характеристику компонентов молока, их структуру, состав, физико-химические свойства, обусловливающие питательную, биологическую ценность и технологические свойства молока как сырья для молочной промышленности;
способы корректировки состава молока, необходимые в производственных условиях ;
влияние различных факторов: зоотехнических и технологических на состав и свойства молока;
роль молока и его отдельных компонентов в обеспечении рационального питания человека;
равновесные отношения между различными фазами молока как единой полидисперсной системы;
физико-химические изменения молока при его хранении и обработке;
физико-химические процессы при производстве различных групп молочных продуктов;
теоретические основы методов исследования состава и свойств молока;
применять теоретические знания в конкретных производственных ситуациях;
проводить исследования состава и свойств молока;
теоретически обосновывать выбор технологических параметров обработки и переработки молока.
Тема 1. РОЛЬ ОТЕЧЕСТВЕННЫХ УЧЕНЫХ В РАЗВИТИИ НАУКИ «ХИМИЯ И ФИЗИКА МОЛОКА»
Становление науки «Химия и физика молока» непосредственно связано с организацией сначала кустарного, а затем промышленного производства молочных продуктов.
Организация промышленного производства молочных продуктов диктовала необходимость развития теоретических знаний в области состава и свойств молока, научных объяснений и обоснований технологических процессов, а также подготовки профессиональных кадров.
