Конспект лекций для студентов ссузов Кемерово 2010
10 чел. помогло. | скачать МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РФ  КЕМЕРОВСКИЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ ПИЩЕВОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ СРЕДНЕТЕХНИЧЕСКИЙ ФАКУЛЬТЕТ О.А. Шейфель БИОХИМИЯ МОЛОКА И МОЛОЧНЫХ ПРОДУКТОВ КОНСПЕКТ ЛЕКЦИЙ Для студентов ССУЗов Кемерово 2010 УДК ББК Ш Рекомендовано редакционно-издательским советом Кемеровского технологического института пищевой промышленности Шейфель, О.А. Ш 39 Биохимия молока и молочных продуктов: Конспект лекций / О.А. Шейфель; Кемеровский технологический институт пищевой промышленности. – Кемерово, 2010. – 126 с. Рассмотрены состав молока с химической природы, структура, биологическая ценность, функциональные свойства, а также биохимические изменения компонентов молока в процессе его хранения и переработки. Представлены биохимическе и физико-химические процессы, протекающие в молоке при выработке основных молочных продуктов. Предназначено для подготовки студентов по специальности 260303 «Технология молока и молочных продуктов» всех форм обучения УДК ББК . © КемТИПП, 2010 . © О.А. Шейфель, 2010 ОГЛАВЛЕНИЕ
. 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, биохимия мяса, биохимия зерна и т. д. В основе производства молочных продуктов лежат биохимические превращения основных составных частей молока - углеводов, белков, липидов и солей. 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. Большое внимание уделяется биохимическим и физико-химическим процессам, протекающим в молоке при выработке основных молочных продуктов, предотвращению возникновения различных пороков, снижению потерь сырья и т.д. Правильная организация и совершенствование технологических процессов, улучшение качества и свойств молочных продуктов невозможны без знания основ биохимии молока и молочных продуктов. 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, микробиологии молока и молочных продуктов. Конспект лекций предназначен для студентов всех форм обучения по специальности 260303 «Технология молока и молочных продуктов». Лекция 1 ^ В ПИТАНИИ НАСЕЛЕНИЯ
молока и молочных продуктов Началом научно-исследовательских работ в области биохимии молока следует считать год создания первой в России молочной лаборатории при Едимоновской молочной школе (1883 г.). Организатором этой лаборатории был проф. Ав. А. Калантар. Ему принадлежит обширное научное наследство в области химии и технологии молочных продуктов (применение при производстве швейцарского сыра солей кальция, разработка лактоденсиметра, формул для расчета сухих веществ молока и т. д.). Важным этапом развития научно-исследовательских работ в области молочного дела стало открытие в 1902— 1904 гг. научно-испытательных лабораторий в городах Западной Сибири и центральной части России. Лаборатории проводили огромную работу по исследованию состава и свойств молока, получаемого от коров местных пород, констант молочного жира, применению чистых культур молочнокислых бактерий в производстве масла и т. д. Последующее развитие маслоделия и сыроделия в нашей стране потребовало создания специального учебного и научно-исследовательского института. В 1913 г. был открыт Вологодский молочнохозяйственный институт. В институте работали профессора Г. С. Инихов, С. А. Королев, Я. С. Зайковский и др. Многочисленные исследования Г. С. Инихова по изучению состава и свойств молока и молочных продуктов, разработка методов контроля качества сырья и готовой продукции послужили основой для написания им первых учебников «Химия молока» и «Анализ молока». Проф. С. В. Паращук является основоположником русской школы сыроделия и маслоделия. Им проведена большая работа по изучению влияния кормов на состав и свойства молока и масла, свойств сычужного фермента и пепсина, разработаны основы производства диетических кисломолочных и детских лечебных молочных продуктов. Научная деятельность проф. Я. С. Зайковского была посвящена изучению природы белков молока, развитию теории образования масла, изучению физико-химических основ производства сгущенного и сухого молока. Огромный вклад в развитие научно-исследовательских работ в области биохимии молока внес проф. П.Ф. Дьяченко. За долгую жизнь он много сделал в области химии белков молока. Им разработана теория сычужной коагуляции казеина, технология получения казеинатов, термокальциевых копреципитатов и других белковых продуктов. В настоящее время большую научно-исследовательскую работу в области молочного дела осуществляют коллективы сотрудников открытого в 1930 г. Всероссийского научно-исследовательского института молочной промышленности в Москве (ВНИМИ) и Всероссийского научно-исследовательского института маслодельной и сыродельной промышленности в Угличе (ВНИИМС), а также их филиалов. ^ Молоко - один из самых ценных продуктов питания человека. По пищевой ценности оно может заменить любой продукт, но ни один продукт не заменит молоко. Молоко и молочные продукты широко применяют при лечении и профилактике различных болезней человека. Особое значение имеют молочные продукты при лечении болезней печени, легких, желудочно-кишечного тракта и др. Молоко содержит все необходимые для питания человека вещества - белки, жиры, углеводы, которые находятся в сбалансированных соотношениях и очень легко усваиваются организмом. Кроме того, в нем содержатся многие ферменты, витамины, минеральные вещества и другие важные элементы питания, необходимые для обеспечения нормального обмена веществ. Особую ценность представляют белки молока. Степень усвоения белков молока составляет 96—98%. Образующиеся в результате расщепления белков аминокислоты идут на построение клеток организма, ферментов, защитных тел, гормонов и т. д. Некоторые аминокислоты легко образуются в организме из других кислот, но есть и такие, которые должны поступать с пищей (человеческий организм не способен их синтезировать). Эти аминокислоты (лизин, триптофан, метионин, фенилаланин, лейцин, изолейцин, треонин, валин) называют незаменимым. По содержанию незаменимых аминокислот белки молока относят к белкам высокой биологической ценности. Особенно богаты незаменимыми аминокислотами сывороточные белки молока. Большое значение в питании человека имеет молочный жир. Жиры являются источником энергии и выполняют многообразные функции в организме человека. Биологическая ценность жиров определяется наличием в них полиненасыщенных жирных кислот (линолевой, линоленовой и арахидоновой). Эти жирные кислоты не синтезируются в организме человека. Молочный жир содержит недостаточное количество полиненасыщенных жирных кислот. Присутствие в молочном жире значительных количеств фосфолипидов и витаминов (A, D, Е) повышает его биологическую ценность. Кроме того, молочный жир, по сравнению с другими жирами, лучше усваивается организмом человека. Этому способствуют, во-первых, относительно низкая температура плавления жира (27 - 34°С), во-вторых, нахождение его в молоке в эмульгированном состоянии - в виде мелких жировых шариков. В состав молока входит ценный углевод - лактоза (молочный сахар), используемый организмом в качестве источника энергии. Поступление лактозы в кишечник ребенка способствует развитию полезной микрофлоры, которая, образуя молочную кислоту, подавляет гнилостные процессы. Не менее ценны и минеральные компоненты молока. Прежде всего, следует отметить высокое содержание солей кальция и фосфора, которые нужны организму для формирования костной ткани, восстановления крови, деятельности мозга и т. д. Оба элемента находятся в молоке не только в прекрасно усвояемой форме, но и в хорошо сбалансированных соотношениях, что позволяет организму максимально их усваивать. Около 80% суточной потребности человека в кальции удовлетворяется за счет молочных продуктов. В молоке содержатся такие важные макроэлементы, как калий, натрий, магний, хлор, а также микроэлементы - цинк, кобальт, марганец, медь, железо, йод, которые участвуют в построении ферментов, гормонов и витаминов. Молоко является почти всех видов витаминов. Так, суточная потребность в относительно дефицитном витамине В2 удовлетворяется на 42—50% за счет молока и молочных продуктов. Также основным источником витамина А в питании человека является сливочное масло. Таблица 1 Примерные физиологические нормы потребления молока и молочных продуктов, рекомендуемые Институтом питания РАМН
Лекция 2 ^ 2.1 Средний химический состав коровьего молока Молоко представляет собой биологическую жидкость, которая образуется в молочной железе млекопитающих и предназначена для вскармливания новорожденного. Средний упрошенный состав коровьего молока представлен на рис. 1. Химический состав молока не только определяет его пищевую и биологическую ценность, но и влияет на технологическую переработку, выход и качество готовой продукции. Содержание отдельных компонентов в молоке не постоянно, оно изменяется в зависимости от стадии лактации, породы животных, состояния здоровья кормов, времени года, возраста, индивидуальных особенностей, условий содержания, техники доения и т.д.  Рис.1. Средний химический состав коровьего молока ^ Вода выполняет разнообразные функции и играет важную роль в биохимических процессах. Она является растворителем органических и неорганических веществ. В водной среде проходят все многочисленные реакции живого организма. В некоторых реакциях вода принимает непосредственное участие (реакции гидролиза, окисления веществ и др.). В молоке содержится в среднем 88 % воды (с колебаниями от 86 до 89 %). Вода, входящая в состав молока и молочных продуктов, неоднородна по физико-химическим свойствам, и роль ее неодинакова. Большая часть воды молока (84,5 - 85%) находится в свободном состоянии, т. е. может принимать участие в биохимических реакциях. Свободная вода молока представляет собой раствор различных органических и неорганических веществ (сахара, солей и пр.). Ее легко можно превратить в состояние льда при замораживании молока или удалить при сгущении и высушивании. Меньшая часть (3 - 3,5%) воды находится в связанном состоянии. Существует 2 формы связи воды в молоке: 1. Адсорбционно связанная вода удерживается молекулярными силами около поверхности коллоидных частиц (белков, фосфолипидов, полисахаридов). При адсорбировании диполи воды располагаются несколькими слоями вокруг гидрофильных центров белковой молекулы (рис.2).  Рис. 2. Схема гидратной оболочки белковой молекулы: 1 – диполи воды; 2 - белок Первый слой (ориентированные неподвижные молекулы воды, прочно связанные с белком) называют гидратной или водной оболочкой. От свойств гидратных оболочек зависит стабильность белковых частиц, а также жировых шариков молока. Последующие слои молекул воды связаны с белком менее прочными связями, и по свойствам она не отличается от свободной воды. 2. Особая форма связанной воды - химически связанная вода. Это вода кристаллогидратов, или кристаллизационная вода. В молоке кристаллизационная вода связана с кристаллами молочного сахара (С12Н22011 Н20). Связанная вода по своим свойствам отличается от свободной. Она не замерзает при низких температурах (ниже - 40°С), не растворяет соли, сахар. Связанную воду нельзя удалить из молока при высушивании. По количеству связанной воды обычно судят о гидрофильности белков, т.е. способности связывать всю влагу (влагу первого и последующих слоев). Контрольные вопросы:
Лекция 3 ^ 3.1 Общая характеристика, аминокислотный состав и структура белков Белки - высокомолекулярные полимерные соединения, построенные из аминокислот. В их состав входит около 53 % углерода, 7% водорода, 22% кислорода, 15 - 17% азота и от 0,3 до 3% серы. В некоторых белках присутствуют фосфор, железо и другие элементы. Все белки в зависимости от их строения и свойств делятся на две группы:
Белки выполняют многочисленные биологические функции - структурную, транспортную, защитную, каталитическую, гормональную и др. В состав белков входят остатки 20 различных аминокислот. Общая формула аминокислот следующая: H R-C-COOH NH2 Все аминокислоты содержат аминогруппу NH2, имеющую основной характер, и карбоксильную группу СООН, несущую кислые свойства. Белкам свойственны различные структуры. Последовательность аминокислотных остатков в полипептидной цепи называют первичной структурой белка (рис. 3, а). Она специфична для каждого белка. В молекуле белка полипептидная цепь частично закручена в виде α-спирали, витки которой скреплены водородными связями.  Вид спирали характеризует вторичную структуру (рис. 6, б). Возможна также слоисто-складчатая структура. Пространственное расположение полипептидной цепи определяет третичную структуру белка (рис. 3, в). В зависимости от пространственного расположения полипептидной цепи форма молекул белков может быть различной. Если полипептидная цепь образует молекулу нитевидной формы, то белок называется фибриллярным (от лат. fibrilla - нить), если она уложена в виде клубка - глобулярным (от лат. globulus - шарик). Рис. 3. Структуры белковых ^ харак- молекул: теризует способ расположения а) первичная; б) вторичная; в пространстве отдельных поли- в) третичная; г) четвертичная пептидных цепей в белковой моле- куле. Белки обладают большой молекулярной массой (от нескольких тысяч до нескольких миллионов). Вследствие большого размера белковых частиц водные растворы их представляют собой коллоидную систему, которая состоит из дисперсионной среды (растворитель) и дисперсной фазы (частицы растворенного вещества). Благодаря присутствию в аминокислотных остатках групп, способных к ионизации (СООН, NH2 и др.), белковые молекулы несут отрицательные и положительные заряды. Нарушение этих факторов устойчивости приводит к осаждению (коагуляции) частиц. Коагуляцию можно осуществить, добавляя в раствор белков дегидратирующие вещества (спирт, ацетон, сульфат аммония и некоторые другие соли), разрушающие гидратную оболочку. При этом происходит обратимое осаждение белков, т. е. при удалении этих веществ белки вновь переходят в нативное состояние. При действии на белок солей тяжелых металлов, кислот и щелочей, а также при нагревании происходят необратимые реакции осаждения с потерей первоначальных свойств белка. Это явление называется денатурацией. Она характеризуется развертыванием полипептидной цепи белка, которая в нативной белковой молекуле была свернута. В результате развертывания полипептидных цепей на поверхность белковой молекулы выходят гидрофобные группы. При этом белок теряет растворимость, агрегирует и выпадает в осадок.
| ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
средне
3хорошо
2отлично
21 