ГЛАВА 1. Молоко как сырье для выработки молочных продуктов
1.1 Состав молока
Среди множества источников информации наиболее точным определением для молока является это:
Молоко – это физиологическая жидкость, образующаяся в результате сложных процессов, которые протекают в молочной среде, оно состоит из воды и сухого остатка, включающего в себя жир, фосфатиды (фосфолипиды), стерины и другие азотистые вещества, а также белки, молочный сахар, минеральные соли, и еще микроэлементы, газы, витамины, ферменты, гормоны [1].
Для большего понимания из чего же состоит молоко, стоит углубиться в отдельные его составляющие, чтобы мы лучше могли узнать об их пользе.
1.1.1 Молочный жир
Одним из основных составляющих в молоке является жир. Именно его массовую долю всегда пишут на различных упаковках молока, лежащих на наших прилавках магазинов. И в основном по этому основному критерию мы всегда выбираем нужно ли нам молоко что пожирнее или наоборот менее жирное.
Жир, находящийся в молоке, предстает в виде эмульсии или суспензии, имеющей форму мелких шариков.
По своему химическому составу он является сложным эфиром глицерина и жирных кислот.
Температура, при которой молочный жир уже начинает плавиться, то есть переходит в жидкое состояние, колеблется в среднем от 28 до 36°С, а температура затвердевания имеет значения примерно от 18 до 23°С.
В молочном жире также есть витамины, которые растворены, такие как A, D, E.
Кроме молочного жира в молоке находятся липоиды, жиры входящие в класс липидов, фосфатиды и стерины. Лецитин, являющийся одним из фосфатидов, находится в составе оболочек жировых шариков. В фосфатидах содержится фосфор, который необходим нам для обмена веществ в организме. Можно еще отметить, что к стеринам относится холестерин и эргостерин, из этих веществ, как известно, под действием ультрафиолетовых лучей может образовываться витамин D [1].
1.1.2 Белки в молоке
Для лучшего понимания как же работают методы определения белка в молочных продуктах стоит узнать побольше о белках молока, входящих в его состав. Какой из белков преобладает в составе или же они находятся в равных пропорциях, в чем их особенность?
Число белков в молоке колеблется от 2,8 до 4,6%. Отвечая на выше-заданный вопрос в составе больше всего преобладает казеин, составляющий 82%, затем идет альбумин - 12%, и глобулина - 6%, однако в зависимости от периода лактации данные значения белков могут быть не стабильны [1].
Казеин – это особый белок, который считается основным белком входящим в состав молока всех млекопитающих и является основной белковой группой коровьего молока. Он один из представителей белков фосфопротеидов (это белок, который содержит в себе в качестве простетической группы остаток фосфорной кислоты). Ценный пищевой белок, содержащий все незаменимые необходимые нам аминокислоты. Это белый аморфный порошок, не имеющий ни запаха, ни вкуса, плотность которого составляет 1,26—1,3 кг/м3. В состав его молекулы входит азот, углерод, кислород, сера и фосфор. Хоть сам по себе казеин является аморфным порошком, в самом молоке данный белок находится в виде растворимой соли кальция [2].
В процессе молочнокислого брожений из-за образования молочной кислоты и под действием солей и ферментов белок казеин, содержащийся в молоке, начинает свертываться и выпадает в осадок. В производстве сыров и творога казеин производят осаждение сычужным ферментом [3].
Следом за казеином по количеству содержания идет альбумин. Он, как и все белки, находится в растворенном состоянии. Если молоко нагреть до 70 °C этот белок выпадет в осадок и больше не может раствориться, потому что денатурирует.
Кислород, углерод, водород, азот, и сера входят находятся в его составе. В этом белке содержится в достаточно большом количестве, то, чего нет в остальных белка, это триптофан составляющий, примерно 7%.
Следующий белок, очень похож на альбумин. Глобулин достаточно близок к нему по химическому составу к альбумину. В слабокислой среде и при температуре 72 – 75 °C он начинает свертываться.
Оба белка являются белками плазмы крови, а также носителями важных иммунных свойств. В молочной железе (молозиве) их количество значительно больше.
Кроме указанных белковых веществ, можно отметить также белок, который находится в оболочках самих жировых шариков — это структурные элементы оболочек этих шариков. При процессе технической обработки они обеспечивают стабильность. Этими белками обычно являются гликопротеины. В них может содержаться от 15 до 50% углеводов. В секреции жира принимает участие фермент ксантиноксидаза. Гликопротеин, который является гидрофобным, считается очень важным компонентом оболочки жировых шариков. Во время тепловой и механической обработок он остается на поверхности шариков, так как он прочно встроен во внутренний слой оболочки [4].
1.1.3 Молочный сахар
Молочный сахар, или лактоза по-другому, довольно уникальна, потому что содержится только в молоке. Если сравнивать его по вкусу, то он не такой сладкий как свекловичный сахар. Лактоза, как и все белки в молоке, находится в растворенном состоянии. Всем известные молочнокислые бактерии, благодаря которым производятся молочнокислые продукты, как раз таки питаются той самой лактозой, и из-за которых весь молочный сахар сбраживается, после чего остается молочная кислота, а после из-за этого сворачивается белок в молоке образуя осадок. Если говорить подробнее, то молочная кислота отщепляет от казеина кальций, который в итоге выпадает в тот самый осадок. Например, этот процесс используют при производстве творога, простокваши, сметаны и других продуктов.
Молоко при долгом нагревании и высокой температуре (больше 100°С) может изменит цвет, это происходит из-за того, что белок и молочный сахар взаимодействует друг с другом, образуя меланоидиновые соединения [1].
1.2 Свойства молока
Молоко обладает определенными физическими свойствами, которые на прямую зависят от его состава.
Одно из основных физических свойств для всех веществ является плотность. Масса молока при 20 °С, заключенная в единице объема (кг/м3), называется плотностью молока. Она складывается из значений плотноти (кг/м3) ее составных частей: молочный жир — 922, белки — 1391, молочный сахар —1610, соли — 2857, а еще зависит от температуры самого молока. Молоко по своему составу остается не постоянным и зависит от разных факторов, поэтому его плотность может колебаться примерно от 1026 до 1032 кг/м3.
Натуральность молока мы как раз можем определить благодаря его плотности. Если добавить в молоко больше воды, то плотность уменьшится (10% добавленной воды снижает плотность в среднем на 3 кг/м3). Снятие сливок или разбавление обезжиренным молоком (плотность которого составляет 1033—1035 кг/м3) вызывает повышение плотности [5].
Температура кипения и замерзания: молоко кипит при 100,2°С, а замерзает при минус 0,57° С [6].
1.2.1 Кислотность молока
Кислотность выражается в градусах Тернера °Т — это количество миллилитров 0,1 н. раствора едкого натра или калия, необходимого для нейтрализации 100 мл молока (индикатор фенолфталеин). Кислотность молока является его основным показателем свежести. Обычно для свежевыдоенного молока составляет в среднем 16-18 °Т. На долю участия белков в создании титруемой кислотности молока приходится 3-4 °Т. Если хранить молоко какое-то время, то титруемая кислотность увеличивается за счет образования молочной кислоты из лактозы, как говорилось ранее, которой питаются молочнокислые бактерии и сбраживают ее. Изначально в парном молоке нет молочной кислоты, но, все таки, оно имеет немного слабокислую реакцию вследствие содержания некоторых веществ, которые могут обладать кислыми свойствами [1].
1.2 Классификация молочных продуктов
Разобравшись с составом молока и его свойствами, мы можем узнать о молочных продуктах гораздо больше: в чем заключается их особенность и как они, собственно, производятся из молока.
1.3.1 Продукты сепарации молока
Сепарацией в производстве молока называют отделение одних структурных компонентов молока от других, в данном случает отделение сливок, жирной части молока, от воды. Эти продукты должны быть всем знакомы, так как есть почти в каждом доме:
• сливки – отделённые от основной массы молочные жиры. Как правило, в сыром молоке сливки собираются в верхней части сосуда, так как они обладают меньшей плотностью;
• сливочное масло – это те же самые сливки, только взбитые. По своему составу они абсолютно одинаковые отличаются лишь своей консистенцией. Поэтому масло более плотное и твердое, в отличие от сливок.
• сыворотка, используется при изготовлении сыров и при приготовлении многих домашних блюд. Она остаётся после сворачивания и процеживания молока. В этой части молока как и были растворены все белки и жиры.
Продукты сепарации сохраняют основные свойства молока так как не изменяют свой химический состав. Следующий молочные продукты называются кисломолочными и производятся, как раз-таки, в ряде некоторых химических реакций.
1.3.2 Кисломолочные продукты
В молоке есть огромное количество кисломолочных бактерий, которые с временем съедают весь молочный сахар, из-за чего, как нам всем известно, молоко скисает. Полученные кисломолочные продукты обладают даже большей пользой, так как усваиваются нашим организмом гораздо проще.
Кисломолочных продуктов на самом деле огромное множество разновидностей, но самыми известными являются:
простокваша – самый простой продукт, представляющий собой просто закисшее молоко без всяких добавок. Это – самый древний из известных человеку кисломолочных продуктов;
творог. По сути, творог – эта та же простокваша, из которой отжата жидкая часть молока – сыворотка;
сыр – молочное изделие, получаемое после термической обработки творога. У сыра есть множество видов. Сыры бывают разные: свежие, мягкие с корочкой, с голубой плесенью, прессованные и многие другие. Также они отделяются друг от друга своей технологией производства, таким образом можно их подразделить на мягкие, твердые, рассольные и переработанные (плавленые) сыры;
сметана – прокисшие сливки вместе с закваской. Закваску добавляют для того, чтобы жирные сливки лучше окислились;
кефир и йогурт – близкие друг к другу продукты, получаемые сквашиванием молока, из которого предварительно были удалены сливки. Только при приготовлении кефира используют целый набор бактерий, дрожжей, палочек и кефирных «грибков», а при получении йогурта всё дело доверяют обычным молочнокислым бактериям;
ряженка – довольно популярный продукт молочнокислого брожения топлёного молока;
айран – йогурт, в который вместо подсластителей и ароматизаторов добавляют соль;
Помимо продуктов сепарации молока и кисломолочных изделий, также существуют высокотехнологичные молочные продукты, которые пользуются большой популярностью среди потребителей.
1.3.3 Высокотехнологичные молочные продукты
Разумнее всего всю эту группу разбить на виды, отличающиеся способом приготовления.
Например:
• продукты тепловой обработки молока. Это топлёное молоко, пастеризованное молоко и мороженое. Если последние два употребляются, как правило, самостоятельно, то топлёное молоко чаще всего используется для приготовления ряженки;
• продукты концентрации молока. Получаются, как правило, выделением из молока воды. Это сгущённое молоко и сухое молоко [7].
1.3 Польза молока и молочных продуктов
Итак, зная какое великое разнообразие молочных продуктов лежит у нас на прилавках магазинов, стоит узнать какую же пользу в себе может хранить молоко и молочные продукты.
Молоко само по себе является идеально сбалансированным продуктом, где идеальное соотношение между белками, жирами и углеводами, что позволяет ему хорошо усваиваться. Поэтому оно необходимо для развития не только молодого, но и для поддержания нормального физиологического состояния взрослого организма. Один литр молока удовлетворяет суточную потребность взрослого человека в животном жире, кальции, фосфоре; на 53% - в животном белке; на 35% - биологически активных не заменимых жирных кислотах и в витаминах А, С, тиамине; на 12,6% - в фосфолипидах и на 26% - в энергии. А также молоко способствует созданию кислой среды в кишечном тракте и подавлению развития гнилостной микрофлоры.
Поэтому молочные продукты широко используются как лечебное средство при интоксикации организма ядовитыми продуктами гнилостной микрофлоры [8].
Все входящие в состав молока вещества легко и практически полностью усваиваются организмом. К примеру, белок усваивается на 96%, жир — на 95%, углеводы — на 98%.
Ежедневное потребление молока и молочных продуктов способствует резкому увеличению присутствия кальция в организме (кальций содержится в молоке в легкоусвояемой форме), что, безусловно, необходимо для детей во время их интенсивного развития.
Пищевая ценность и польза молока значительно возрастают при употреблении в виде кисломолочных продуктов, так как могут оказывать большее влияние на организм при кишечно-желудочных заболеваниях.
Белки, содержащиеся в молочных продуктах, представляют особую ценность и являются важными органическими веществами в биологическом смысле. Я хочу сосредоточиться на них в своей работе. Белки расщепляются из-за чего образуются аминокислоты, которые идут на строительство клеток организма, а также ферментов, защитных органов, гормонов и так далее. Некоторые аминокислоты легко образуются в организме из других кислот, но есть и такие, которые должны поступать только с пищей. Эти аминокислоты (лизин, изолейцин, триптофан, фенилаланин, метионин, лейцин, треонин и валин) называются незаменимыми. Количество всех незаменимых аминокислот в сывороточных белках молока значительно выше не только по сравнению с белками растительных продуктов, но и со многими белками мяса и рыбы [1].
Однако лактоза, или молочный сахар, по-другому, содержащийся в молоке, может оказывать также и негативные свойства для некоторых людей, у которых есть ее непереносимость. Что же это такое?
Непереносимость молока – это следствие нарушения работы фермента лактаза, который перестаёт расщеплять лактозу должным образом. Нерасщеплённая лактоза не усваивается человеческим организмом, что может вызвать некоторый ряд проблем со здоровьем:
• Лактоза накапливается в кишечнике, что вызывает диарею, метеоризм, неконтролируемое выделение газов и вздутие живота.
• Накопление в кишечники лактозы становится средой для размножения патогенных бактерий.
• В некоторых случаях стенки кишечника слишком быстро усваивают лактозу — это вызывает выделение токсинов. Эти токсины способны вызвать отравление организма, что по симптомам напоминает пищевую аллергию.
Однако не стоит расстраиваться, ведь нужно понимать различие между непереносимостью и аллергией на само молоко. При непереносимости лактозы допустимо незначительное употребление в пищу продуктов с её содержанием. Обычно непереносимость лактозы связанна с нехваткой в организме человека фермента лактаза, или с его малой активностью. Частично решить эту проблему можно употреблением продуктов с повышенным содержанием этого фермента [9].
?
ГЛАВА 2. МЕТОДЫ ОПРЕДЕЛЕНИЯ БЕЛКОВ В МОЛОЧНЫХ ПРОДУКТАХ
Ознакомившись с основными понятиями о белках и кислотности в молоке, мы сможем лучше разобраться с методами физико-химического анализа определения белков в молочных продуктах. В основном обычно при определении белков в молоке и молочных продуктах контролируют массовую долю белков (общий белок), включающих казеин и сывороточные белки.
Существуют четыре основных метода определения массовой доли белка в молоке и молочных продуктах:
• Метод формольного титрования
• Колориметрический метод
• Рефрактометрический метод
• Метод Кьельдаля
Есть соответствующие ГОСТы, например, ГОСТ 25179 [10] устанавливает методы определения массовой доли белка в колориметрическом методе и методе формольного титрования. ГОСТ 53951 [11], а также ГОСТ 23327 [12] регулируют измерение массовой доли белка по Кьельдалю.
В сыром коровьем молоке согласно ФЗ «Технический регламент на молоко и молочную продукцию» [13] массовая доля белка должна быть в пределах 2,8-3,6%, но не менее 2,8%. Базисная норма массовой доли белка составляет 3,0%.
2.1 Метод формольного титрования
Распространенным методом определения содержания белка в молоке является формольное титрование. Кислотность молока не должна превышать 20 °Т. Однако довольно часто на молочных предприятиях используются методы контроля распределения белка в нормализованных смесях после пастеризации и даже в готовом питьевом молоке, которое подверглось различным термообработкам (пастеризации или стерилизации).
Сама сущность метода заключена в том, что при нейтрализации карбоксильных групп моноаминодикарбоновых кислот белков раствором едкого натра (гидроксида натрия), количество которого ушло на нейтрализацию равно пропорционально массовой доле белка в молоке.
Для проведения самого метода, должен быть подготовлен потенциометрический анализатор (рН-метр). Бюретка (ГОСТ 2925) [14], вместимостью не менее 5 см3, у которой цена деления не более 0,05 см3, с заполнением раствором гидроксида натрия (по ГОСТ 4328) [15] с молярной концентрацией 0,1 моль / дм3, который был приготовлен по ГОСТ 25794.1-83 [16]. Для определения поправки обычно к результатам измерения массовой доли белка методом формольного титрования проводят одновременное измерение массовой доли белка в одном и том же образце молока методом формольного титрования и методом Кельедаля.
Измерения как по ГОСТ 23327 [12], так и методом формольного титрования проводят шесть раз и определяют среднеарифметические значения.
В стакан наливают 20 см3 молока, а затем помещают туда стержень магнитной мешалки, все вместе устанавливают на нашу магнитную мешалку, включают ее двигатель и погружают измерительные электроды потенциометрического анализатора в молоко. Титруют раствор гидроксида натрия в стакан с молоком до точки эквивалентности равной 9 единицам рН, подавая раствор по каплям, начиная с рН 4 и делают 30-секундную выдержку после достижения точки эквивалентности, определяемой по потенциометрическому анализатору (pH=9). Определяют количество раствора щелочи, затраченной на нейтрализацию молока, до внесения формальдегида, и вносят в стакан 5 см3 формальдегида.
По истечении 2-2,5 продолжают титрование и, по окончании всего процесса, определяют общее количество раствора, пошедшего на нейтрализацию.
Параллельно проводят контрольный опыт по нейтрализации смеси 20 см3 воды и 5 см3 раствора формальдегида.
Массовую долю белка Х1, %, вычисляют по формуле:
Х1=(V2-V1-V0) 0,96+K;
где в данной формуле V2 является общим количеством раствора, пошедшим на нейтрализацию, см3;
V1 - количество раствора, израсходованное на нейтрализацию до внесения формальдегида, см3;
V0 - количество раствора, израсходованное на контрольный опыт, см3;
0,96 - эмпирический коэффициент, %/см3;
K - поправка к результату измерения массовой доли белка (%).
Поправку K, %, вычисляют по формуле K=Х2-Х3,
где Х2 - среднее арифметическое значение массовой доли белка, полученное методом Кьельдаля, %;
Х3 - среднее арифметическое значение массовой доли белка, полученное формольным титрованием, %.
2.2 Колориметрический метод
Колориметрический метод основан на способности белков молока при рН ниже изоэлектрической точки связывать кислый краситель, образуя с ним нерастворимый осадок, после удаления которого измеряют оптическую плотность исходного раствора красителя относительно полученного раствора, которая уменьшается пропорционально массовой доле белка.
Приготовление буферного раствора. В коническую колбу вместимостью 500 см помещают (31,70±0,01) г лимонной кислоты (по ГОСТ 3652) [17] и (8,40±0,01) г натрия фосфорнокислого (по ГОСТ 4172) [18], добавляют 400 см дистиллированной воды (по ГОСТ 6709) [19]. Содержимое колбы нагревают до определенной температуры (68±2) °С, аккуратно перемешивая содержимое до полного растворения всех веществ, и затем охлаждают до нужной температуры (20±2) °С.
Перед проведением определения также необходимо приготовить рабочий раствор красителя. В коническую колбу, вместимость которой 500 см, помещают (4,60±0,01) г красителя Амидо черного, добавляют 200 см дистиллированной воды. Содержимое колбы нагревают до температуры (68±2) °С, аккуратно перемешивая до растворения самого красителя.
Затем раствор фильтруют через лабораторный бумажный фильтр в используемую нами мерную колбу вместимостью 2000 см . Фильтр промывают дистиллированной водой до удаления всех следов красителя. В эту же колбу переносят данный нам буферный раствор.
Содержимое колбы начинают охлаждать до температуры (20±2) °С, а затем доливают дистиллированной водой до метки, закрывают резиновой пробкой и перемешивают все путем переворачивания колбы много раз, не менее шести.
