Химический состав молока
CHOCOR1 + 3 NaOH CHOH + 3RCOONa
CH2OOR2 CH2OH
Свободные жирные кислоты отрицательно влияют на количество жира, особенно, если образуют низкомолекулярный (уксус, масло, валериана), появляется неприятный вкус и запах. По количеству свободных жирных кислот судят о свежести жира по такому показателю, как к. г. жира.
Окислительные процессы — это глубокий распад с образованием перекисей альдегида, кетона, оксикислот и др. Жиры, вследствие особенностей их химической структуры, легко подвергаются автокислению молекулярным О2. Согласно теории Н. Н. Семенова, этот процесс осуществляется по пути медленно развивающихся разветвленных цепных реакций. Идет по следующей схеме зараж. RT
1) RH + O2 — R + O’ OН
св.ж. перек. R
Наиболее трудно протекает образование первого свободного радикала, поскольку оно требует значительной энергии для разрыва связей между атомами молекулы. Далее процесс окисления все усиливается и в него постепенно вовлекается огромное количество молекул. Чем больше ненасыщенных связей в жировых кислотах, тем быстрее она подвергается окислению. Например, линолевая кислота подвергается в 10-12 раз быстрее, чем онеиновая. Насыщенные кислоты окисляются намного медленнее, но тоже могут переходить в гидроперекиси. Глубина и скорость окислительных процессов находятся в прямой зависимости от количества входящих в жиры глициридов полипептидных ж.к., а также от интенсивности соприкосновения жира с воздухом от температуры.
2 этап: продолжение цепи: О2 - вступает во взаимодействие со св. × R1.
R1 + O2 ® ROO1 - обр. перекисгесный радикал, который обладает сильными окислительными свойствами, поэтому он может вступать во взаимодействие с неокисленной молекулой...., отнимая H там, где связь слабая.
3 этап: RH + ROO ® ROOH + R1- гидроперекиси нестойкие соединения, она разрушается с образованием двух новых радикалов.
ROOH + RO1 + OH1, которые открывают атом Н от окисляемого органического вещества RH, создавая радикал R1. Этот радикал начинает цепную реакцию по ранее указанной схеме. Процесс идет непрерывно до момента разрыва цепи в результате возникновения менее активного радикала, который не вступает в реакцию с молекулой исходного окисляющегося вещества. Указываемое явление наблюдается при использовании различных замедлителей процесса окисления, которые могут вызвать обрыв цепи. Этот процесс рекомбинаклей, т. е. объединение радикалов, в результате образуются недеятельные соединения:
1) R1 R1® R - R R1 + ROO1 ® ROOR
ROO1 + ROO ® ROOOOR
О начале и глубине окисления судят по перекисному числу. Перекисное число принято выражать в % 2. В свежем жире перекиси отсутствуют или их уровень редко достигает 0,03%. Однако, когда перекисное число превышает 0,03 и содержание перекисей доходит до 0,06, — жир, хотя и не имеет органических изменений, уже не подлежит дальнейшему хранению. Жиры с перекисным числом от 0,06 до 0,1 относят к категории жиров сомнительной свежести, более 1,0 — к категории испорченных.
Гидроперекисные соединения неустойчивые к распадению на кетоны, альдегиды, оксисоединения. Происходит ухудшение органических показателей, порча жиров - прогоркание. Прогоркание жиров может происходит в результате химических или биохимических процессов.
Химическое прогоркание развивается в результате длительного контакта жира с атмосферным воздухом вследствие плохих условий хранения, а биохимическое - в результате загрязнения жира микрофлорой. Для определения глубины химического прогоркания жира в последнее время все чаще используют методы количественного определения карбонильных соединений - альдегиды и кетонов.
Карбонильное число обозначает карбонильное соединение _________________ на 1 кг жира. Изменение органических свойств жира более точно определяется карбонильным числом, нежели п.ч. существует и другой вид прогоркания жиров - осаливание. Для осаливания характерно образование значительного количества оксисоединений, которые возникают в результате распада на свету первичных органических перекисей, а также появление окиси и гидроокиси свободных радикалов. Содержание оксигрупп определяют ацетильным числом. Образовавшиеся оксикислоты обеспечивают жиру салистую мазсобразную консистенцию с неприятным специфическим запахом и вкусом. Этот процесс характерен для сливочного топленого масла и маргарина. Поверхность белеет и приобретает запах сала. Процесс автоокисления жиров ускоряется в присутствии виола, света, катализаторов - цинка, свинец, олово, а также - белки, ферменты микроорганизмов.
6
Автоокислению подвергаются не только нейтральные жиры, но и фосфотиды, так как они содержат большое количество ненасыщенных жирных кислот. В результате прогоркания и осаливания жир теряет не только вкусовые, но биологическую ценность.
Еще до начала начинается разрушение каротиноидов и токофералов, жир теряет специфическую окраску, а также лишается ав___ и важных для организма веществ. В процессе автоокисления в первую очередь разрушаются полиненасыщенные жировые кислоты, самая активная часть триглицеридов и фосфоплиидов. Жир приобретает вредные свойства и опасны для здоровья человека.
В результате воздействия кислорода воздуха, окисление жиров может происходить на различных этапах его получения: при хранении сырья, в процессе извлечения жира при переработке, использовании упаковок, и соблюдении режимов хранения. Поэтому сырье должно использоваться высокого качества, зрелые семена растительных масел. Идеальный жир не должен иметь никаких признаков окислительной порчи, в нем не должно содержаться веществ, способных инициировать и катализировать процессы окисления. Более того, желательно, чтобы жир содержал достаточное количество присущих ему природных антиокислителей, которые должны повышать стойкость жира в хранении.
Это может быть достигнуто проведением определенных процессов производства жира — извлечение его из сырья, рафинации жира. Вести процессы так, чтобы как меньше были бы потери этих веществ.
Так как действие кислорода воздуха происходит при хранении сырья в процессе извлечения жира из сырья при хранении, то должен осуществляться комплекс мероприятий, обеспечивающих защиту жира от окисления. — Соблюдать условия извлечения хранения сырья, вести процессы непрерывным способом; использовать жиростойкие упаковочные материалы, влагонепроницаемость, паронепроницаемость и газонепроницаемость.
И фактор — необходимое соблюдение режимов и условий хранений.
Гидролиз и окисление фосфолипидов
Лецитин, кефалин и другие наиболее неустойчивые липидные компоненты молока и молочных продуктов. Они изменяются при гидролизе и окислении. Гидролиз их происходит при выработке и хранении сыра, масла и кисломолочных продуктов. Они гидролизуются под действием фосфолипидных микроорганизмов с образованием _____________; высокомолекулярных насыщенных и ненасыщенных жировых кислот, фосфотидных кислот, азотистых оснований и других соединений. Далее эти вещества могут вовлекаться в различные вторичные реакции. Так, ненасыщенные жировые кислоты окисляются О2 воздуха с образованием перекисных и карбонильных соединений, которые ухудшают органические свойства молочных продуктов. Азотистые основания (хомеи, этаноламии) под действием бактериальных ферментов распадаются до триметиламина, ацетальдегида и NH3, влияющих на вкус и запах молочных продуктов. Для сыров, масла, кисломолочных продуктов гидролиз фосфолипидов нежелателен так как он обусловливает появление прогоркания и других посторонних привкусов. При их выработке надо использовать бактериальные закваски с низкой фосфолипазной активностью. В производстве мягких сыров, наоборот выгодно использовать культуры м. о., обладающих высокой фосфолипидной активностью.
Фосфолипиды легко окисляются О2 воздуха, особенности в присутствии металлов. Сначала окисляют фосфолипиды плазмы молока, затем оболочек жировых шариков. Активность обусловлена наличием п. ж. к. — арахидоновой. Окисление их вызывает дистабилизацию жировой фауны (в оболочках образуют «дырки», через которые могут выходить жидкие ______________, а также способствует лучшей атакуемости жира липазами и кислородом воздуха.
15. Брожение молочного сахара
1). Виды брожения лактозы.
2). Химизм отдельных видов брожения.
3). Механизм образования диацетила, ацетоина, ацетальдегида.
В основе изготовления целого ряда молочных продуктов лежат процессы глубокого распада молочного сахара под действием микроорганизмом, называемые брожением. Вместе с тем процессы брожения сахара могут быть причиной порчи молочных продуктов (излишняя кислотность, вспучивание творога, сметаны, сыра и т. д.). Существует несколько типов брожения лактозы, различающихся составом конечных продуктов.
Начальным этапом всех типов брожения является расщепление молочного сахара на глюкозу и галактозу под действием лактозы. Далее брожению подвергается глюкоза. Галактоза не сбраживается, но при участии некоторых ферментов и после изомеризации в глюкозофосфат включается в схему превращения глюкозы.
Все типы брожения до образования пировиноградной кислоты идут с получением одних и тех же промежуточных продуктов и по одному тому же пути. Далее пировиноградная кислота превращается в конечные продукты брожения - масляную кислоту, пропион, уксусы, масляные, спирт и др. соединения. Это зависит от особенностей микроорганизма и условий среды.
Различают следующие виды брожения:
Молочнокислое брожение - является основным при изготовлении заквасок, сыра и кисломолочных продуктов, а молочнокислые бактерии - важная группа ____________ для молочной промышленности.
Оно выражается следующим суммарным уравнением:
С6H12O6 ® 2Cн3H6O3 + H2O,
кроме молочной кислоты, образующей и побочные продукты брожения. Молочнокислые бактерии по характеру продуктов сбраживания глюкозы относят к гомоферментативным или гетероферментативным. Первые образуют в основном молочную кислоту (более 90%) и незначительное количество побочных продуктов. Гетероферментативные бактерии около 50% глюкозы превращают в молочную кислоту, а остальное количество — в этиловый спирт, CH3СООН и СО2. Это деление условное, т.к. обе группы могут вести себя как одни, так и другие.
Гомоферментативные бактерии. Более характерным признаком при делении молочнокислых бактерий на группы является путь сбраживания глюкозы. Гомоферментативные бактерии: Str. lactis, Str. cremorus, Str. diacetilactis и палочки — болгарская и . Они сбраживают глюкозу по гликолитегаскому пути.
Гетероферментативные: Leuc. citrovorum, dextranicum, brevis — пентозофосфатным путем.
Механизм гомоферментативного молочнокислого брожения: глюкозы ® жировые кислоты ® молочная кислота (из 1 моль глюкозы образуется 2 моль молочной кислоты). Молочная кислота может существовать в двух изомерах L (+) и D (-). Большинство штампов молочнокислых и Lbm. bifidum преимущественно продуцируют (+)— молочную кислоту. Болгарские палочки и лейконосгоки — в основном D(-) форму Lbm. helveticum, Lbm. plantarum и Lbm. acidoplibum — оба изомера в почти одинаковых количествах. Следовательно, соотношение между этими изомерами в кисломолочных продуктах будет зависеть от вида используемых для заквасок молочнокислых бактерий.
Побочные продукты — летучие и нелетучие органические кислоты, глицерин, спирты, ацетон, ацетоин, диацетил, бутиленгликоль и пр.
Гетероферментативное молочнокислое брожение. Бактерии этой группы __________и _____________ не могут сбраживать глюкозу по глюколитическому пути, а по пентозофосфатному, то есть из каждого моль глюкозы образуются моль молочной кислоты, моль этанола и СО2. Бифидобактерии сбраживают глюкозу до уксусной и молочной кислоты (уксусной в 1,5 раза больше, чем молочной).
Спиртовое брожение имеет место при выработке кефира, кумыса, курунги и других кисломолочных продуктов. Возбудителем являются дрожжи, они сбраживают глюкозу с образованием этанола, углекислоты и других веществ: изобутил, глицерин, уксусная, янтарная, пропионовая кислоты, ацетоин и диацетил.
На первой стадии: глюкозу ® в _______ кислоту, затем она подвергается декарбоксирированию, образуется СО2 и уксусный альдегид, из него образуется этанол.
С6Н12О6 ® 2С2С2Н5ОН + 2СО2 .
Пропионовокислое брожение — возбудителем являются пропионовокислые бактерии, которые превращают глюкозу или молочную кислоту в пропионову и укусусную кислоту, одновременно образуется небольшое количество янтарной кислоты.
Суммарное уравнение:
3С6Н12О6 ® 4СН3СН2СООН + 2СН3СООН + 2СО2 + 2Н2О.
Важную роль играет это брожение в процессе созревания сыров с высоким вторым нагреванием.
Маслянокислое брожение происходит под действием маслянокислых бактерий, сбраживает глюкозу и молочную кислоту. Известно несколько типов этого брожения, которые различаются по образуемым продуктам. При одном типе образуются масляная, укусусная кислоты, углекислота и Н2.
2С6Р12О6 + 2Н2О ® СН3СН2СН2СООН ® 2СН3СООН + 4СО2 + 6Н2
При другом типе — образования бутилового, изопропионового спиртов, этанола и ацетона, которые обладают резким, неприятным запахом, а также образуется большое количество газов.
Это брожение — нежелательный процесс в производстве молочных продуктов, вызывает пороки сыров: вспучивание, неприятный вкус и запах.
Уксуснокислое брожение. Под действием уксуснокислых бактерий этиловый спирт окисляется в уксусную кислоту, уксуснокислые бактерии как типичные аэробы появляются на поверхности молочных продуктов и часто являются спутниками дрожжей.
Уравнение: +Н2О +1/2 О2
СН3СН2ОН ® СН3СНО ® СН3СН(ОН2) ® СН3СООН + Н2О
-2Н
Механизм образования диацетила и ацетоина. Это четырехуглеродные соединения, являются продуктами метаболизма различных микроорганизмов: молочнокислых бактерий, дрожжей и др. Предшественниками их являются пируват, который образуется из цитрата. Цитрат под действием цитритазы в присутствии Мп или Мз расщепляется на уксусную и щавелевоуксусную кислоты, последняя превращается в пируват:
СН2 — СООН СООН
МП2+ Мз2+ СН2 + СН2
Н - С — СООН ———®
СН2 — СООН С =О СООН
лимонная кислота СООН
щавелевоуксусная кислота
СООН
—СО2 СН3
СН2 —®
С = О С = О
СООН СООН
пируват
Утилизация пирувата в ацетоин и диацетил начинается с его декарбоксирирования до активной формы ацетальдегида:
СН2
тиаминпирофосфат Мз2+
С = О —————————® СН3 — СНОН — ТПФ + СО2
СООН ________ацетальгид - ТПФ
При синтезе ацетоина этот комплекс вступает в реакцию с другой молекулой пирувата, образуя a -ацетомолочную кислоту, которая при декарбоксилировании переходит в ацетоин. Ацетоин может обратимо восстанавливаться в бутиленгликоль, который может перейти в бутанон и далее в бутанол:
СН3
СН3 СН3 С = О
— СО2
СНОН + С = О —® ——®
—ТПФ
НО—С — СООН
ТПФ СООН
СН3
-ацетомолочная кислота
CH3 CH3
C = O HA1D × H2 CHOH
CHOH HAD CHOH
CH3 CH3
ацетоин 2-3 бутиленгликоль
Возможен второй путь образования ароматообразующих веществ. Ацетоина — восстановлением диацетила. Дрожжи и бактерии Е. соli продуцируют ацетоин из активного и свободного ацетальдегида без образования промежуточного продукта — a-ацетомолочной кислоты. СН3
СН3 СН3
О + СНОН - ТПФ ® С = О
С СНОН + ТПФ
Н СН3
Для синтеза диацетила ароматообразующим молочнокислым бактериям требуется ацетальдегид, ТПФ и ацетил КоА.
ТПФ и ацетил КоА
О СН3
СН3 - СНОН - ТПФ + СН3 - С ® С = О + ИS - КоА + ТПФ
SКоА С = О
СН3
диацетил
Дрожжи и в меньшей степени молочнокислые бактерии образуют диацетил путем спонтанного окисления ацетоина:
СН3 СН3
С = О — 2Н С = О
СНОН С = О
СН3 СН3
В аэробных условиях при высоком окислительно-восстановительном потенциале диацетил образует молочнокислые бактерии непосредственно из a-ацетомолочной кислоты при ее спонтанном окислительном декарбоксилировании.
СН СН3
+ 12 О2
С = О ——® С = О
НО — С — СООН — СО2 С = О
СН3 СН3
Ароматообразующие бактерии продуцируют диацетил в меньших количествах по