Состав и свойства сырья

Состав и свойства сырья. Сырьем для изготовления йогурта является молоко. Химический состав коровьего молока характеризуется следующими средними данными (в %): Вода…88,0 + 1 Белок… 3,2 + 0,5 Сухие вещества……….12,0 + 1 Лактоза 4,9 + 0,1 В том числе: Минеральные вещества…0,8 + 0,1 Жир….3,5 + 0,7 Отклонения в составе молока объясняются влиянием многих факторов: породы скота, кормления его, стадии лактации, возраста, состояния животно- го, сезонов года и другими причинами.

Сухие вещества находятся в молоке в тонкодисперсном и растворенном состоянии: жир – в виде тонкой эмульсии со средним размером жировых ша- риков 2 – 3 мкм; белки – в виде коллоидных растворов с размером частиц ка- зеина и сывороточных белков около 100 нм; молочный сахар – в молекуляр- ном 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.

Наи- более постоянные по количественному содержанию части молока – лактоза и соли. Ниже дана характеристика отдельных составных частей молока. Белки. Белок составляет одну четвертую часть общего содержания в молоке сухих веществ и одну треть сухих обезжиренных веществ.

Белки мо- лока в целом имеют в высшей степени благоприятный качественный и колли- чественный аминокислотный состав. Состав белковых веществ представлен в таблице 1. К а з е и н – фосфорсодержащая белковая фракция молока, выпадаю- щая при подкислении до рН 4,6 – 4,7, составляет около 80% всех белков мо- лока. Фосфор (органический) в молекуле казеина находится в виде фосфор- ной кислоты в фосфорно-эфирной связи с оксиаминокислотой – серином – и фосфоамидной связи с диаминокислотой – аргинином.

Молекулярная масса нефракционированого казеина составляет 30000 + 10%. Молекулы казеина имеют свободные, способные к ионизации, щелоч- ные и кислотные группы, определяющие электрический заряд этих молекул. В изоэлектрической точке при рН 4,6 – 4,7 молекулы казеина электронейтра- льны т. е. имеют равное число положительных и отрицательных зарядов. При рН выше изоэлектрической точки в молекулах казеина получают перевес отрицательные заряды вследствие преобладания карбоксильных групп дикар- боновых аминокислот и фосфорной кислоты, которые со щелочами могут образовывать соли – казеинаты.

При рН ниже изоэлектрической точки в мо- лекулах преобладают положительные заряды, при этом казеин находится в катионной форме. ТАБЛИЦА 1 Белковые вещества молока Содержание Изоэлектрическая точка, рН Молекуляр-ная масса Химический состав, % %к обще-му содер- жанию белка г/л фосфор азот цистеин Казеин… В том числе: Казеин… Казеин… Казеин… Другие фракции (точно не Идентифицированные) Сывороточные белки………. В том числе: лактоглобулин… лактоглобулин… Протеозо-пептоны…………. Иммунные глобулины…… Сывороточный альбумин… Лактотрансферин (красный протеин)…. Лактенины…. Белки оболочек жировых Шариков… 80 35 25 8 12 20 10 4 2 2 1 - 1 - 25,0 11,0 8,0 2,0 4,0 6,0 3,0 1,2 0,6 0,7 0,3 0,2 - - 4,6 4,4 4,9 3,7 - - - - - 5,7 4,7 7,8 - 4,2 30000+10% 30000 24000 19000 - - 36000 16000 - 180000 69000 86000 - - 0,8 1,1 0,6 0,2 - - 0 0 1,1 0 0 0,2 0,1 0,5 15,7 15,3 5,2 14,0 - - 15,3 - - - 16,1 15,2 - 12,3 0,34 0 0 1,4 - - 2,6 6,4 - - - 5,2 2,2 2,1 Казеин в свежем молоке находится в виде казеинаткальцийфосфатного комплекса, частицы которого имеют приблизительно сферическую форму и полидисперсны.

Преобладают частицы диаметром от 40 до 160 нм. Белый цвет обезжиренного молока обусловлен в основном крупными частицами.

Состав казеинаткальцийфосфатного комплекса приведен в табл. 2. В мицелле казеинаткальцийфосфатного комплекса молекулы казеина соединены между собой в субъединицы кальциевыми мостиками, в образо- вании которых принимают участие фосфорные группы, входящие в состав молекулы казеина (органический фосфор). Отдельные субъединицы казеина- ций в фосфате и цитрате находится в форме двух- и частично трехосновной соли. Кальций и натрий образуют казеинаты калия и натрия, взаимодействуя с карбоксильными группами казеина.

ТАБЛИЦА 2 Компоненты казеи- наткальций фосфат- ного комплекса Содержание Компоненты казеинат- кальцийфосфатного комплекса Содержание г на 100г сухого вещества Моль на1моль казеина Г на 100 г сухого вещества Моль на 1 1 моль казеина Казеин…. Фосфор органичес- кий… Фосфор неоргани- ческий… Кальций…………. 88,20 0,76 1,13 3,41 1 8 11 24 Магний……… Калий… Натрий… Лимонная кисло- та… 0,24 0,27 0,18 0,87 3 2 2 1 С ы в о р о т о ч н ы е б е л к и подразделяются на термолабильные и термоустойчивые. Термолабильные сывороточные белки способны осаждать- ся под действиемкислоты при рН 4,6-4,7 после предварительной тепловой об- работки молока или сыворотк (кипячение в течение 30 мин.). К ним относятся лактоальбумин, лактоглобулин, иммунные глобулины, а также переходящий в молоко непосредственно из крови сывороточный альбумин.

К термостаби- льным белкам принадлежит незначительная часть сывороточных белков, не коагулирующих под воздействием предварительной тепловой обработки при рН 4,6 и представляющих собой протеозопептонную фракцию, осаждаемую специфическими реактивами (трихлоруксусная, фосфорно-вольфрамовая ки- слоты и другие реагенты). Белки оболочек жировых шариков представляют собой липопротеино- вый комплекс, состоящий из особого белка (гаптеина) и фосфолипидов.

Аминокислотный состав гаптеина отличается от других белков молока.

При- сутствие липопротеинового комплекса обуславливают высокую стадильность жировой эмульсии в молоке. Поверхность жировых шариков покрыта обо- лочкой; на наружной поверхности оболочки (на границе с водной фазой) располагается белковый компонент комплекса, а на внутренней – углеводо- родные цепи фосфолипидов.

Кроме основных белковых веществ в молоке содержатся в небольших коли- чествах д р у г и е б е л к и (так называемые «второстепенные»), к ним отно- сятся входящие в состав жировых шариков липопротеины, белковые вещес- тва, обладающие бактерицидными свойствами лактенины, «красный» про- теин, содержащий железо. В плазме молока имеются также азотистые вещества небелковой при- роды: свободные аминокислоты, амины, амиды и многие другие биологичес- Ки активные соединения, которые играют огромную роль в азотистом обме- не молочнокислых бактерий, в особенности в начальный период их развития в молоке, когда ими еще не создана собственная ферментная система для протеолиза белка.

Молочный жир. Молочный жир представляет собой смесь триглице- ридов, в состав которых входят разнообразные жирные кислоты: предельные и непредельные с одной или многими двойными связями, с четным и нечет- ным, с малым и большим (18 и выше) числом атомов углерода в цепи. В мо- лочном жире найдено более 60 жирных кислот, которые можно подразде- лить на основные и второстепенные.

Из основных кислот, присутствующих в триглицеридах молочного жи- ра в значительных количествах, следует назвать в первую очередь пальмитиновую, миристиновую, олеиновую и стеариновую кислоты. Особен- ностью молочного жира, отличающей его от других жиров животного и растительного происхождения, является относительно большое содержание низкомолекулярных летучих, растворимых в воде жирных кислот, характери- зуемых числом Рейхерта-Мейсля.

Фосфатиды. Фосфатиды лецитин и кефалин содержатся в оболочках жировых шариков. Они представляют собой диглицериды жирных кислот, в которых третий остаток глицерина замещен фосфорной кислотой в соедине- нии с холином (лецитин) и аминоэтиловым эфиром (кефалин). Оба эти соеди- нения отличаются большой гидрофильностью. На поверхности раздела жир- - вода молекулы фосфатидов ориентируются таким образом, что их гидро- фобные жирнокислотные остатки находятся в жире, а гидрофильные фосфор ные остатки обращены к воде. На этом свойстве основана эмульгирующая роль фосфатидов в образовании стойкой природной эмульсии жира в молоке.

Поверхность каждого жирового шарика молока покрыта молекуляр- ным слоем фосфатида, за которым следует защитный слой оболочечного бел- ка. В образовании оболочек жировых шариков принимают тугоплавкие гли- цериды и холестерин (эфир одноатомного спирта циклического строения-хо- лестерина и олеиновой кислоты), а также близкий к нему по строению эрго- стерин, который в результате обработки ультрафиолетовыми лучами приоб- ретает свойства антирахитического витамина Д (эргокальциферола). П р о т е а з ы - ферменты, действующие на пептидные связи белков; сосредоточены в водной фазе молока.

В молозиве содержание протеаз в 1,5 раза выше по сравнению с количеством их в молоке. Кс а н т и н о к с и д а з а – фермант, влияющий на развитие окислено- го вкуса молока при хранении, но не являющийся первопричиной, определяя- ющей подверженность или устойчивость к окислению.

Ксантиноксидазная активность молока находится в зависимости от его глобулиновой фракции. Содержание ксантиноксидазы в молоке постепенно увеличивается к концу лактации и зависит от рацтона кормления, в частности от содержания в кор- мах молибдена. Ф о с ф а т а з а встречается в двух видах: щелочная с оптимумом рН 9,0 и кислая с рН 4,5. Щелочная фосфатаза на 50-60% связана с абсорбиро- ванными на жировых шариках иммунными глобулинами, а остальная часть силами адсорбции – с жировым комплексом. Более 90% кислой фосфатазы находится в водной плазме молока.

Предполагают, что кислая фосфатаза свя- зана с альбуминной фракцией молока. Фосфатаза расщепляет эфирные связи фосфорной кислоты с сахарами и аминокислотами. Щелочная фосфатаза легко инактивируется при нагревании, и отсутствие ее в молоке служит надежным доказательством пастеризации мо- лока. А м и л а з а – фермент, катализирующий распад крахмала до мальтозы. Имеется две формы амилазы: амилаза, активируемая присутствием ионов Са и Сl, и амилаза, активируемая присутствием SH-групп.

Р е д у к т а з а – восстановительный фермент; первоначальное количес- тво в молоке невелико, в основном она накапливается при последующем развитии микрофлоры, поэтому по количеству ее можно косвенно определи- ть бактериальную обсемененность молока. П е р о к с и д а з а – окисляющий фермент, попадает в молоко только из молочной железы; присутствие ее в молоке снижает активность некоторых видов заквасок в связи с образованием специфических продуктов окисления.

Действие пероксидазы устраняется при добавлении цистеина и бисульфита натрия. К а т а л а з а – фермент, разрушающий перекись водорода, находится почти целиком в сыворотке в связанном (с лактоальбумином) состоянии. Минеральные вещества. Зольная часть молока представляет собой не- сгораемые минеральные компоненты. Количество их (около 0,7%) не отража- ет действительного количественного и качественного состава минеральных веществ, так как при озолении молока происходят значительные изменения его вследствие химических реакций, а часть минеральных веществ улетучи- вается.

Наиболее полный минеральный состав молока характеризуется следу- ющими данными (в мг/100 мл.): P K Ca Cl Na CO Mg SO 170 145 120 100 50 20 13 10 Перечисленные вещества в молоке присутствуют в виде солей. Общее содержание минеральных солей в молоке (0,9%) колеблется в зависимости от породы скота, условий кормления, периода лактации, состояния, возраста животного, сезона года и других факторов.

Хлориды калия и натрия находят- ся в растворе в ионизированном состоянии, фосфаты и цитраты кальция и магния – частично в растворимой форме и частично в коллоидном состоянии. Несмотря на то, что растворимые соли кальция и магния в виде фосфа- тов и цитратов содержатся в молоке в небольшом количестве, они сильно влияют на термостабильность молока, сычужное свертывание, процесс загус- тевания сгущенного молока с сахаром и другие технологические свойства молока.

Микроэлементы. Наряду с перечисленными выше минеральными веществами в молоке имеются и другие, содержащиеся в ничтожно малых количествах: кобальт, йод, медь, железо, марганец, молибден, никель, цинк. Молоко содержит растворимые кислород, азот и углекислоту. Количес- тво газов непостоянно и зависит от способа дойки и обработки молока (аэра- ции) и в среднем составляет до 80 мл в 1 л молока, в том числе углекислоты до 60 мл, кислорода около 5 мл и азота 15 мл. Углекислота влияет на кислот- ность парного молока.

Наличие кислорода вызывает потерю витамина С и способствует развитию окисленного вкуса в молоке при хранении. Физические свойства. Из физических свойств молока технологическое значение имеют плотность, осмотичнское давление, тепло- вые свойства, электропроводность, вязкость, поверхностное натяжение. П л о т н о с т ь сборного, товарного молока составляет в среднем 1028,8 кг/м с колебаниями 1028-1030 кг/м. Плотность молока складывается из плотностей составных его частей (молочного жира – средняя плотность 922,5 кг/м, молочного сахара – 1610,3, белков – 1339,8 и солей 2857,5кг/м) и отражает количественное содержание их в молоке.

Плотность молока может указывать на разбавление его водой. Так, нап- ример, при плотности 28 – молок натуральное, при плотности 28-27 – подозрительное, при плотности 27 и ниже – фальсифицированное водой. Снижение плотности молока на один градус соответствует добавлению в него около 2,5% воды. О с м о т и ч е с к о е д а в л е н и е молока зависит главным образом от количества солей и лактозы в нем, близко к величине давления крови (кро- вяной сыворотки, мочи, желчи) и довольно постоянно – оно изменяется только при заболевании животного. Существует корреляционная связь между осмотическим давлением и понижением температуры замерзания (криоскопия). Понижении температу- ры замерзания на 1,85 С обусловливает при 0 С осмотическое давление 2,24 МПа. Средняя температура замерзания нормального коровьего молока около -0,550 С с колебаниями от -0,540 до -0,570 С, что соответствует осмотическому давлению 0,70-0,74 МПа. Т е п л о е м к о с т ь молока зависит от содержания в нем воды, состава сухих веществ и состояния жира. Физическое состояние жира отра- жается на величине теплоемкости через скрытую теплоту плавления.

Тепло- емкость цельного молока, содержащего 3,5% жира, при 40 С (жидкий жир) составляет 3,8189*10^3 , а при 15 С 3,8353*10^3 Дж/(кг*К). Средняя расчет- ная величина теплоемкости молока может быть принята равной 3,8266*10^3 Дж/(кг*К). Т е п л о п р о в о д н о с т ь молока колеблется в пределах 3,9542-5,2335*10^2 Вт/(м*К), причем из компонентов его наименьшую теплопрово- дность имеет молочный жир. Э л е к т р о п р о в о д н о с т ь молока равна 44*10^(-4) Ом и зависит от содержания солевой части и ионогенных веществ.

Подобно осмотическо- му давлению электропроводность молока при нормальном состоянии орга- низма отличается постоянством, отклонения указывают на заболевание животного, например туберкулезом. В я з к о с т ь молока обуславливается главным образом его белковым компонентом; влияние других составных частей не столь значительно.

На вязкости молока отражается дисперсность жировой эмульсии; раздробление жировых шариков и их комкование увеличивают вязкость.

В среднем вязкос- ть молока составляет 1,75*10^(-3) Па*с с колебаниями в сравнительно широ- ких пределах – от 1,1 до 2,5*10^(-3) Па*с. П о в е р х н о с т н о е н а т я ж е н и е молока в среднем 43,6*10^(-3) Н/м, т.е. значительно ниже, чем у воды. Такое понижение поверхностного натяжения обусловлено наличием в молоке белков, особенно белков оболочек жировых шариков и лецитина, сконцентрированных на поверхнос- ти раздела жир – плазма.

Поверхностное натяжение молока существенно изменяется от ряда факторов (состав и состояние сухих веществ молока).