Склад і особливості ферментів (ензимів)
Поряд з основними специфічними речовинами (білки, ліпіди, вуглеводи) і мінеральними солями до складу молока входять сполуки, які відіграють важливу роль у життєдіяльності людини. Їх часто об'єднують в групу біологічно активних речовин. До них відносять ферменти, вітаміни і гормони.
У молоці є нативні (істинні) ферменти, які потрапляють в нього з секреторних клітин молочної залози, або безпосередньо переходять з крові. З молока, отриманого від здорових тварин при нормальних умовах їх змісту, виділено більше 20 нативних ферментів різних класів. Крім нативних ферментів в молоці містяться численні ферменти мікробного походження (позаклітинні і внутрішньоклітинні), які продукують мікрофлорою молока і бактеріальних заквасок, які використовуються при виробництві кисломолочних продуктів, а також потрапляє в молоко з повітря та інших джерел у процесі отримання, зберігання і транспортування молока. Деякі ферментні препарати (сичужний фермент, пепсин та ін) спеціально вносять у молоко при виробництві молочних продуктів. Таким чином, ферменти мають як нативне, так і бактеріальне походження, що обумовлює відмінність їх властивостей і вплив на якість молочних продуктів. Ферменти, що зустрічаються в молоці і молочних продуктах, мають велике практичне значення. Так, деякі ферменти можуть викликати глибокі зміни складових частин молока під час зберігання з виникненням різних вад смаку і запаху, що призводить до зниження харчової цінності. Розпад ліпідів, білків і вуглеводів при виробництві молочних продуктів та сирів відбувається під впливом цілої низки ліполітичних, протеолітичних, окисно-відновних та інших ферментів. Залежно від хімічної структури і специфічної дії на різні субстрати ферменти підрозділяються на класи (по Ініхову):
гідролази і фосфорілази;
ферменти расшепленія;
окислювально-відновні.
На дії класу гідролаз і окислювально-відновних ферментів грунтується виробництво кисломолочних продуктів і сирів. Крім того, за актівнсті деяких нативних бактеріальних ферментів можна судити про санітарно-гігієнічний стан сирого молока (по редуктази) та ефективності пастеризації (за фосфатази та пероксидази).
Перший клас - гідролази і фосфорілази
До них відносяться ліпаза, фосфатаза, протеїназ, редуктаза, рібонукліаза, лізоцим. Ліпаза - липолитический фермент. У молоці міститься нативна і бактеріальна ліпаза, вона каталізує гідроліз тригліцеридів молочного жиру, з виділенням низькомолекулярних жирних кислот. Фермент пов'язаний з казеїном і імуноглобуліном, і лише невелика частина адсорбується оболонками жирових кульок. При розподілі ліпази з білків на оболонки кульок жиру, у разі створення певних умов, настає гідроліз жиру, тобто розкладання жиру на гліцерин і жирні кислоти, що призводить до омилення і прогоркания молока і молочних продуктів.
Утворений при гідролізі молочного жиру гліцерин, шляхом відщеплення двох атомів водню, може перетворитися на гліцериновий альдегід і розкладатися далі. Розкладання жирних кислот йде шляхом окислення за рахунок кисню води до утворення оцтової кислоти, вуглекислого газу. Розкладання молочного жиру, що викликається липазой в сукупності з іншими факторами, супроводжується утворенням проміжних і кінцевих продуктів. Наприклад, липоиди, зокрема лецитин, піддаються розкладанню, як ферментами мікроорганізмів, так і ін каталізаторами, зокрема залізом, що надає продуктам неприємний оселедцевий присмак.
Ліпаза справжня (нативна) інактивується при Т 74-80 ° С, бактеріальна - 85-90 ° С. Нативна ліпаза втрачає активність при температурі зберіганні молока від 0 до 5 ° С через 48 годин, але при підвищенні кислотності молока і молочного жиру активність її зростає.
Як правило, прогірклий смак молока і молочних продуктів викликає ліпаза, що виділяється сторонньої мікрофлорою молока - мікрококи.
У той же час при виробництві сирів камамбер, рокфор і ін бере участь у формуванні смаку і запаху ліпаза, що виділяється специфічною мікрофлорою: молочнокислі палички, лактококкі і термофільний стерптококк.
Фосфатаза
У свежевидоенном молоці виявлено лужна фосфатаза, секретується клітинами молочної залози, але може і мікроорганізмами.
Інактивується фосфатаза при температурі 63 ° С з витримкою 30 хв або 72-74 ° С без витримки. Це покладено в основу методу контролю ефективності пастеризації молока та вершків при невисоких температурах теплової обробки (проба на фосфатазу).
У меншій кількості міститься у молоці кислої фосфатази, яка стійка до температур і інактивується лише при 97 ° С з витримкою 6-4 сек. Лактаза каталізує реакцію гідролітичного розщеплення лактози на моносахариди: глюкозу і галактозу. Клітини молочної залози лактазу практично не синтезують, її виробляють молочнокислі бактерії і дріжджі деяких форм. Оптимальне дію лактази при рН 5,0. Фермент застосовують при виробленні гідролізований сироватки, яка використовується в хлібобулочної та кондитерської промисловості. У медицині фермент застосовують при порушенні травлення, пов'язаного з непереносимістю до лактози.
Амілаза в молоці міститься у формі a-амілаза, пов'язана з b-лактоглобуліновой фракцією молока. Кількість амілази в молоці підвищується при захворюванні тварин. Інактивується при температурі пастеризації. Лізоцим каталізує гідроліз у полісахаридах клітинних стінок деяких видів бактерій. Маючи, таким чином, антибактеріальними факторами, лізоцим обумовлює бактерицидні властивості молока. Міститься лізоцим в молоці в невеликих кількостях (середнє значення 13мк / г на 100см 3). Він є основним білком, з молекулярною масою 18000, оптимум дії рН 7,9, термостабілен в кислому середовищі.
Лізоцим належить до групи імуномодуляторів-пробіотиків, повсякденне застосування яких дозволяє забезпечити безмедікоментозную корекцію діяльності багатьох систем організму.
Протеїнази в молоці виявлено нативні і бактеріальні, які відрізняються будовою каталітичного центру. Всі вони викликають гідроліз пептидних зв'язків білків молока в основному a - і b - казеїну, утворюючи пептони, пептиди та амінокислоти.
протеиназа
R 1 - CO - NH - R 2 + H 2 O ® R 1 COOH + R 2 NH 2
Нативна протеиназа молока близька за будовою до плазми крові і з неї потрапляє в молоко. Вона викликає гідроліз b - казеїну з утворенням g-казеїну. Фермент інактивується при 70 ° С 10 хв або 90 ° С - 5хв.
Бактеріальна протеиназа виробляється мікрофлорою молока мікрококи, гнильними бактеріями, які виділяють активні протеїнази, які викликають різні вади смаку і запаху (гнильний та ін.)
Молочнокислі бактерії заквасок (лактококкі і лактобацили) виділяють активні протеїнази, які мають велике значення при виробництві кисломолочних продуктів і сирів. Вони формують специфічний смак, консистенцію, малюнок сирів, підвищуючи біологічну і харчову цінність продуктів.
Другий клас - Ферменти розщеплення
Рибонуклеаза за амінокислотним складом і властивостями аналогічна рибонуклеаза підшлункової залози. У молоко фермент потрапляє з крові тварини. Рибонуклеаза молока каталізує розщеплення рибонуклеїнової кислоти на нуклеотиди.
Третій клас - окислювально-відновні ферменти
Окислення в організмах розглядається як процес відняття водню, завдяки чому речовина окислюється. Відібраний водень передається іншої речовини, в силу чого воно відновлюється. Таким чином, за участю ферментів мікроорганізмів відбувається одночасно окислення однієї речовини і відновлення іншого. Цей процес і ферменти отримали назву окислювально-відновні. До них відносяться дегідрогенази, оксидази, в т.ч. ксантіоксідаза, пероксидаза, каталаза та ін лактодегідрази.
Дегідрогенази виявлені в молоці в невеликих кількостях у вигляді нативних (істини). Вони є каталізаторами дегидрирования, при цьому перенесення атомів водню здійснюють піридинові та ін. Коферменти.
Дегідрази розрізняють анаеробні і аеробні. Анаеробні передають відібраний водень будь-якої речовини, крім кисню повітря. Аеробні передають водень безпосередньо кисню повітря.
Численні дегідрогенази накопичуються в сирому молоці при розмноженні в ньому бактерій. Вони називаються редуктаза бактеріального походження. Активність редуктаз і, як наслідок, кількість бактерій молока визначають за тривалістю відновлення, тобто знебарвлення доданого до молока метиленового блакитного або резазуріна по редуктазної пробі. (ГОСТ 9225-84)
Редуктаза відноситься до анаеробних ферментам, вона активна до температури нагрівання молока 60 ° С, інактивується при температурі 75 ° С з витримкою 5 хв. Всі дегідрогенази, що виробляються молочно-кислими бактеріями та дріжджами бактеріальних заквасок, беруть активну участь у молочнокислом і спиртному бродінні.
Оксидази. До них відноситься ксантіоксідаза з молочної залози і оксидази, які продукують мікрофлорою молока. Ксантіоксідаза каталізує окислення молекулярним киснем пуринових підстав до молочної кислоти, а також різних альдегідів до карбонових кислот.
Ксантіоксідаза може передавати водень, відібраний у субстрату як кисню повітря, так і метиленовий блакитний, тобто відбувається окислення. Цей фермент містить залізо і молібден, його вміст у молоці високе.
Пероксидаза. Нативна пероксидаза молока продукується клітинами молочної залози. Частина її може вивільнятися з лейкоцитів. Фермент міститься в молоці у великих кількостях, від 30 до 100мг/дм 3. Він володіє антибактеріальними властивостями. Пероксидаза термостабільна, інактивується при 80 ° С протягом 25 сек., Каталізує окислення різних органічних сполук перекисом водню і може окислювати деякі неорганічні сполуки., Наприклад йодид калію.
2К J + Н 2 О 2 ® пероксидаза ® 2КОН + J 2
Дану реакцію використовують у молочній промисловості для визначення ефективності високотемпературної пастеризації по йодокрахмальной пробі. Якщо реакція буде позитивна, то в молоці присутня пероксидаза і, отже, молоко або не пастеризоване, або піддавалося термообробці при температурі нижче 80 ° С.
Каталаза. Нативна каталаза переходить в молоко з клітин молочної залози, а також продукується мікрофлорою молока і лейкоцитами. У молоці здорових корів каталази міститься мало, У молозиві та молоці хворих тварин її кількість різко збільшується.
Каталаза каталізує окислення перекису водню до 2-х молекул води і кисню. Визначення активності каталази використовується як метод виявлення молока, отриманих від хворих корів (мастит або ін захворювання вимені).
Вітаміни - це низькомолекулярні сполуки, різноманітного хімічної будови, необхідні для нормальної життєдіяльності тварин, людини, рослин і мікроорганізмів. У молоці містяться всі життєво важливі вітаміни, хоча зміст деяких з них у недостатній кількості. Більшість вітамінів надходить в організм корови з кормом, частина - синтезується мікрофлорою рубця. Вміст вітамінів в сирому молоці залежить від кормових раціонів, пори року, фізіологічного стану, породи та індивідуальних особливостей тварини.
Гормони
У молоко з крові переходять ендогенні гормони, що виділяються ендокринними залозами тварини, і екзогенні гормони, тобто гормональні препарати, що застосовуються для стимулювання молочної продуктивності, розвитку тварин, засвоєння кормів і т. д.
За хімічною будовою деякі з цих гормонів є пептидами та білками, велика група має стероидную структуру і треті - похідні амінокислот і жирних кислот. До пептидним відносять гормони: пролактин (лактогенний гормон), що стимулює розвиток молочних залоз, освіту і секрецію молока; окситоцин, який підвищує синтез білка в молочній залозі і стимулює секрецію молока, і соматропін, прискорює ріст і збільшує масу тіла.
Стероїдні гормони - кортикостероїди роблять значний вплив на обмін вуглеводів і білків, андрогени - чоловічі статеві гормони, естрогени - жіночі. Вони також викликають ріст молочних залоз, впливають на білковий, жировий і водно-сольовий обмін.
До третьої групи (похідні аміно-і жирних кислот) відносять тироїдний гормони, які беруть активну участь у регулюванні біохімічних процесів у рубці, сприяє підвищенню масової частки жиру в молоці, і простагландин.
Пігменти
Пігменти належать до речовин, супутнім жиру молока. Вони в основному розчинені в молочному жирі, частково входять до складу ліпідів оболонок жиру.
Жовте забарвлення молочного жиру обумовлена наявністю речовин, званих каротиноїдами, До них відносяться вуглеводні - каротини α, β, γ і спирти-ксантофиллу. Каротин в молоці містяться в межах від 0,05 до 0,09 мг / кг, ксантофилл - тільки сліди.
Гази
Молоко при отриманні, зберіганні, транспортуванні та обробці стикається з повітрям, гази якого розчиняються в ньому відповідно до загальних законів розчинності газів у воді. Загальний вміст газів в 1 кг молока становить від 60 до 120 мг, з них на частку СО 2 припадає від 60 до 70%, кисню - 6 - 10%, азоту - 25 -30%. У молоці міститься також невелика кількість аміаку, яке називають нативним. Після доїння вміст газів у молоці встановлюється на певному постійному рівні. У процесі зберігання, при транспортуванні і обробці молока кількість окремих газів в ньому змінюється. Наприклад, при зберіганні молока навіть при низьких температурах внаслідок розвитку гнильних мікроорганізмів і розщеплення білків до амінних груп, кількість аміаку збільшується, а кисню знижується.
У процесі очищення, перекачування, при транспортуванні молока кількість кисню у ньому може підвищитися, що сприяє збільшенню окислювально-відновного потенціалу і появи в молоці під час зберігання окисленого смаку. При пастеризації молока, навпаки, розчинений кисень і вуглекислий газ випаровуються, що супроводжується зниженням окислювально-відновного потенціалу і титруючої кислотності молока, як правило, на 1 градус Тернера.
Одночасно в ході пастеризації підвищується вміст аміаку в слідстві впливу на білки підвищених температур. Тому, метод визначення наявності аміаку в молоці використовується тільки для сирого молока, оскільки в пастеризованому її вміст перевищує нативне.
Сторонні речовини та шляхи потрапляння їх у молоко
Проблема забруднення кормів і харчових продуктів сторонніми речовинами є однією з найсерйозніших в даний час, оскільки багато з них є токсичними для тварин і людини, викликаючи харчові отруєння та харчові інфекції. Крім цього, деякі з них представляють небезпеку в наслідку, тому що мають гепатотропною, канцерогенним і мутагенну дію. З точки зору, охорони здоров'я людини до сторонніх речовин відносяться:
антибіотики, пестициди, токсичні хімічні елементи, радіонукліди, нітрати, нітрити, мікотоксини, бактеріальні отрути. Крім токсичності ці речовини негативно впливають на технологічний процес виробництва молочних продуктів, що призводить до збільшення витрат сировини та зниження їх якості та харчової цінності.
Антибіотики (пеніцилін, стрептоміцин, левоміцетин, тетрациклін, окситетрациклін ін) застосовують в тваринництві з метою профілактики захворювань та для лікування хворих сільськогосподарських тварин. Крім того, антибіотики-стимулятори додають у корм для поліпшення його засвоюваності та стимуляції росту тварин.
При лікуванні тварин антибіотики вводять внутрішньом'язово або безпосередньо в уражені бактеріальними інфекціями частки молочної залози лактуючих тварин. Доведено, що введені антибіотики переходять в молоко в кількості від 10 до 50% використовуваної дози протягом 48-72 годин і більше після ін'єкції. Вміст антибіотиків у молоці залежить від дози, властивостей, застосовуваного препарату, молочної продуктивності та індивідуальних особливостей тварини.
Теплова обробка молока незначно руйнує антибіотики. Вони знижують санітарні якості та технологічні властивості молока, спотворюють результати редуктазної проби, підвищуючи його класність за бактеріального обсіменіння і сортність молока більш низької якості.
Використання молока із залишками пеніциліну та інших препаратів може викликати дисбактеріоз і алергічні реакції у людей з підвищеною чутливістю, а також виникнення у патогенних мікроорганізмів резистентності до цих препаратів. Присутність антибіотиків у молоці навіть у невеликих кількостях, пригнічує розвиток молочнокислих бактерій, що застосовуються при виробництві кисломолочних продуктів. Найбільш чутливими до антибіотиків є термофільний стрептокок і лактобацили; мезофільні лактококкі володіють меншою чутливістю.
У той же час стороння патогенна мікрофлора (стафілокок, сальмонела, дизентерійна паличка та ін) менш чутлива до антибіотиків. Антибіотики порушують сичужні згортання молока при виробництві сиру і сиру, що негативно впливає на консистенцію і смак молочних продуктів. Горький і мовчазний смак характерний для масла солодковершкового, виробленого з вершків з великим вмістом антибіотиків. З метою профілактики молоко, отримане протягом 5 днів після введення антибіотиків, заборонено здавати на молочні заводи для переробки. Пестициди в молоко потрапляють через забруднений корм або через шкіру при санітарній обробці вовняного покриву тварин проти комах. Для цієї мети використовують фосфорорганічні і карбаматних пестициди, в минулі роки - хлорорганічні. Ступінь переходу в молоко і токсичність цих груп сполук різна. Фосфорорганічні і карбаматних пестициди (карбофос, хлорофос, фосфамід, севин та ін) дуже швидко руйнуються в організмі тварини, не виділяються з молоком або виділяються в невеликих кількостях.
Хлорорганічні пестициди (ДДТ, альдрід, ГХГЦ і його ізомери) мають високу стійкість у зовнішньому середовищі. При надходженні в організм тварини вони акумулюються в жировій тканині, і тривалий час виділяються з молоком. Миючі та дезінфікуючі речовини потрапляють в молоко і молочні продукти при недостатньому обполіскуванні водою доїльних установок і обладнання для первинної обробки молока, зберігання і транспортування. Дотримання інструкцій з миття і санітарної обробки технологічного обладнання, резервуарів і автомолцистерн дозволить уникнути потрапляння цих речовин в молоко. Однак у випадку збою в роботі автоматики при безрозбірного митті технологічного обладнання таке забруднення можливо.
Наявність миючих і дезінфікуючих речовин в молоці призводить до порушення процесів сквашування при виробництві кисломолочних продуктів і сирів. Токсичні елементи. До них належать важкі метали та миш'як. Деякі з них (свинець, ртуть, кадмій) і миш'як високотоксични і підлягають регламентування; інші (мідь, цинк, олово, залізо) токсичні тільки при високих концентраціях, тому їх зміст має бути обмежена.
Забруднення молока найбільш токсичними важкими металами, радіоактивними елементами відбувається за схемою: викиди і відходи промислових підприємств, транспорту та ін в атмосферу, водойми, переходять у грунт, потім у рослини, в організм тварин і в молоко і молочні продукти. Отруєння корів ртуттю також можливо при використанні кормів, протруєного ртутьвмісних і миш'яковистим препаратами. Проте біологічні системи корів нейтралізують надійшли з кормом токсичні речовини і в молоко виділяється лише незначна їх частина. Тому молоко порівняно з іншими харчовими продуктами (м'ясо, риба, птиця) менше забруднено важкими металами та миш'яком. Проте їх концентрація в молоці нормується, Гранично допустимі концентрації для молока і молочних продуктів встановлені в санітарно-гігієнічних нормах і правилах. Свинець є одним з найпоширеніших токсичних елементів. В організмі людини він блокує ферментні системи, впливає на біосинтез гемоглобіну і депонується в кістковій тканині.
Ртуть самий високотоксичний елемент, Імовірно потрапляння метилртуті в молоко пов'язане з використанням для годівлі рибного борошна і зерна, протравленого ртутьвмісних препаратами.
Кадмій надає сильну токсичну дію на організм тварин і людини. Джерелом є спалювання палива на ТЕЦ, мінеральні добрива містять фосфор.
Миш'як отруйний тільки при високих концентраціях. Джерелом забруднення є електростанції, що працюють на бурому вугіллі, застосування мишьякосодержащіх добрив. Миш'як може міститися в поліфосфатів, використовуваних при виробництві плавлених сирів.
Радіоактивні ізотопи. Виділяються в атмосферу при видобутку, використання, зберігання радіоактивного палива та випробування ядерної зброї. Молоко забруднюється найбільш небезпечними радіонуклідами: (Sr) стронцій 90, (Sr) стронцій 89, (Cs) цезій 137, особливо для дітей - (I) йод 131, який акумулюється в щитовидній залозі. Молоко забруднена радіоактивними речовинами краще переробляти на масло вершкове і топлене, так як в жир йде менше 1% ізотопів або сир.
Нітрати, нітрити і нітрозаміни не мають виражену токсичність, але при високій дозі можуть викликати отруєння тварин і людей. Крім того, вони небезпечні для людини, так як є попередниками синтезу канцерогенних речовин в організмі і харчових продуктах.
Знизити вміст нітратів і нітритів у молоці можна шляхом гомогенізації, що приводить до підвищення активності ксантіоксідази, що володіє нітратредуктазной і нітритредуктазної активністю, а також додаванням до нього аскорбінової кислоти.
Мікотоксини. Проблема забруднення харчових продуктів природними токсинами, що виробляються пліснявими грибами і бактеріями, набула в останні десятиліття особливе значення. Небезпека віддалених наслідків мають канцерогенні мікотоксини, окремі з них можуть представляти смертельну небезпеку.
Розвиток в кормах та харчових продуктах деяких видів цвілевих грибів сприяють накопиченню в них мікотоксинів - афлактоксінов, охратоксином та інші, які мають хронічний впливом. Згодовування запліснявілих кормів, уражених мікроскопічними грибами (Aspergilus, Fusarium), а також синтезують найбільш небезпечні афлатоксини Asp.flavus, u Asp.paraciticus, може призвести до отруєння тварин і виділення частини мікотоксинів в молоко.
Найбільш небезпечний афлатоксин В 1, який в організмі тварин переходить в метаболіт М 1, і потрапляє в молоко. При пастеризації молока концентрація його знижується незначно.