Белки молока, строение и функции

R R

СООН СОО-

Его свободные карбоксильные группы дикарбоновых аминокислот и гидроксильные группы фосфорной кислоты взаимодействуя с ионами солей щелочных и щелочноземельных металлов (Na+, K+, Ca+2 , Mg+2) образуют казеинаты. Щелочные растворители в Н2О, щелочноземельные нерастворимы. Казеинат кальция и натрия имеют большое значение при производстве плавленых сыров, при котором часть казеината кальция превращается в пластичный эмульгирующий казеинат натрия, который все шире используется в качестве добавки при производстве пищевых продуктов.

Свободные аминогруппы казеина взаимодействуют с альдегидом, например с формальдегидом:

CH2OH

R − NH2 + 2CH2O → R − N

CH2OH

Эту реакцию используют при определении белка в молоке методом формального титрования.

Взаимодействие свободных аминогрупп казеина (в первую очередь S-аминогрупп лизина) с альдегидными группами лактозы и глюкозы объясняется первая стадия реакции меланоидинообразования:

O

R - NH2 + C – R R - N = CH - R + H2O

альдозиламин

H

Для практики молочной промышленности особый интерес представляет прежде всего способность казеина к коагуляции (осаждению). Коагуляцию можно осуществить с помощью кислот, ферментов (сычужного), гидроколлоидов (пектин).

В зависимости от вида осаждения различают: кислотный и сычужный казеин. Первый содержит мало кальция, так как ионы Н2 выщелачивают его из казеинового комплекса, сычужный казеин — это смесь наоборот казеината кальция и он не растворяется в слабых щелочах в противоположность кислотному казеину. Различают два вида казеина, получаемого осаждением кислотами: кисломолочный творог и казеин-сырец. При получении кисломолочного творога кислота образуется в молоке биохимическим путем — культурами микроорганизмов, причем отделению казеина предшествует стадия гелеобразования. Казеин-сырец получают путем добавления молочной кислоты или минеральных кислот, выбор которых зависит от назначения казеина, так как под их воздействием структура осажденного казеина различна: молочнокислый казеин — рыхлый и зернистый, сернокислотный — зернистый и слегка сальный; соляно-кислый — вязкий и резинообразный. При осаждении образуются кальциевые соли применяемых кислот. Труднорастворимый в воде сульфат кальция нельзя полностью удалить при промывке казеина. Казеиновый комплекс довольно термоустойчив. Свежее нормальное молоко с рН 6,6 свертывается при температуре 150оС — за несколько секунд, при температуре 130оС более чем за 20 минут, при 100оС — в течение нескольких часов, поэтому молоко можно стерилизовать.

С коагуляцией казеина связана его денатурация (свертывание), она появляется в виде хлопьев казеина, либо в виде геля. При этом хлопьеобразование получает название коагуляции, а гелеобразование — свертывание. Видимым макроскопическим изменениям предшествуют субмикроскопические изменения на поверхности отдельных мицелл казеина, они наступают при следующих условиях:

— при сгущении молока — казеин мицеллы образует слабо связанные друг с другом частицы. В сгущенном молоке с сахаром этого не наблюдается;

— при голодании — мицеллы распадаются на субмицеллы, шарообразная форма их деформируется;

— при нагревании в автоклаве > 130оС — происходит разрыв главных валентных связей и увеличивается содержание небелкового азота;

— при сушке распылительной — форма мицелл сохраняется при контактном способе — форма их изменяется, что влияет на плохую растворимость молока;

— при сублимационной сушке — изменение незначительны.

Во всех жидких молочных продуктах видимая денатурация казеина крайне нежелательна.

В молочной промышленности явление коагуляции казеина вместе с сывороточными белками получают копреципитаты, используют СаСl2, NH2 и гидроокись кальция.

Все процессы денатурации казеина, кроме высаливания считаются необратимыми, но это верно только в том случае, если под обратимостью процессов понимается восстановление нативных третичной и вторичной структур белков молока. Практическое значение имеет обратимое поведение белков, когда они из осажденной формы могут переходить снова в коллоидно-дисперсное состояние. Сычужное свертывание в любом случае представляет собой необратимую денатурацию, так как при этом расщепляются главные валентные связи. Сычужные казеины не могут перейти вновь в первоначальную коллоидную форму. И наоборот, обратимость может способствовать гелеобразованию пара — Н-казеина сублимационной сушки при добавлении концентрированного раствора поваренной соли. Обратим также процесс образования мягкого геля, обладающего тиксотропными свойствами, в УВТ-молоке при комнатной температуре. На начальной стадии легкое встряхивание приводит к пептизации геля. Осаждение кислоты казеина — обратимый процесс. В результате добавления соответственного количества щелочи казеин в виде казеината снова переходит в коллоидный раствор. Хлопьеобразование казеина имеет также большое значение с точки зрения физиологии питания. Мягкий сгусток образуется при добавлении слабокислых компонентов, например, лимонной кислоты, или удалении части ионов кальция методом ионообмена, а также при предварительной обработке молока протеолептическими ферментами, т. к. такой сгусток образует в желудке тонкий мягкий сгусток.

1.4 Гидролиз белков молока

По молекулярному весу казеина и других молочных белков можно заключить, что белковая молекула является сложным соединением. Молекулы белков молока под влиянием кислот, щелочей, а особенно ферментов протеаз, выделяемых молочнокислыми и другими бактериями, гидролизуются с образованием веществ меньшего молекулярного веса, вплоть до аминокислот. Естественно, что при гидролизе белка не сразу получаются конечные продукты распада, а образуются промежуточные соединения.

Конечными продуктами гидролиза белков являются альфа-аминокислоты, у которых при первом углеродном атоме после кислотной группы вместо одного атома водорода находится аминная группа. Число аминокислот в белках доходит до 30.

Русский биохимик А.Я.Данилевский около 80 лет назад впервые высказал предположение, что связь аминокислот в белках может быть осуществлена посредством пептидной связи, получаемой при взаимодействии двух аминокислот

NH2 – CH2 – COOH + NH2 – CH2 – COOH => NH2 – CH2 – CO – NH – CH2 – COOH + H2O

Аминоуксусная кислота Дипептид

Из двух аминокислот получается дипептид, который, имея также свободные аминогруппу и карбоксильную (кислотную), вступает в реакцию с новой аминокислотой, давая трипептид и т.д. В результате, из большого числа аминокислот могут образовываться полипептиды.

Синтез подобного рода полипептидов осуществил немецкий химик Э.Фишер, утверждавший, что белки построены из аминокислот, соединенных только пептидными связями.

Взгляды Э.Фишера на строение белковых веществ считали правильными несколько десятилетий, однако постепенно накапливались факты, расходившиеся с этой теорией. Так, было установлено, что белки пищи в пищеварительном тракте человека подвергаются воздействию ряда ферментов – вначале пепсина в желудке, затем трипсина и полипептидаз в кишечнике. Если бы в белках имелись только пептидные связи, то не требовалось бы несколько ферментов. Работы акад. Н.Д.Зелинского и проф. В.С.Садикова показали, что в действительности аминокислоты в белках связаны не только пептидной связью, но и другими, среди которых имеет большое значение дикетопиперазиновая связь.

Дикетопиперазиновая связь образуется при реакции двух аминокислот с выделением двух частичек воды, в результате чего появляется циклическое соединение.

Затем в белках между аминокислотами были установлены дисульфидные связи (-S-S-), сложноэфирные, водородные, амидиновые (-N=C<); последние установлены проф. Н.И.Гавриловым. Таким образом, в настоящее время белковая молекула представляется в виде сложного соединения, в котором основными формами связи между аминокислотами являются пептидные и дикетопиперазиновые.

Все формы связи в белках получаются в результате выделения молекул воды из аминокислот; следовательно, обратное присоединение молекул воды по тем же связям вызовет гидролиз (распад) белковой молекулы.

Молочные белки при гидролизе дают соединения с постепенно уменьшающимся молекулярным весом: белок – альбумозы – пептоны – полипептиды – дипептиды – аминокислоты.

Альбумозы – крупные осколки белков, сравнительно мало отличающиеся от них, растворимые в воде, дают коллоидные растворы.

Пептоны – продукты гидролиза альбумоз, значительно отличающиеся от белков, легко растворяются в воде.

Полипептиды – продукты дальнейшего гидролиза – представляют собой несколько аминокислот, соединенных пептидными связями. Полипептиды растворимы в воде.

Дипептиды – соединения двух аминокислот.

В сыре и других молочных продуктах имеются соединения, полученные в процессе гидролиза белков. В большинстве случаев они повышают питательную ценность продуктов, так как делают азотистые вещества болееусвояемые.

1.5 Значение белков молока в питании человека

Молоко один из самых совершеннейших пищевых продуктов, созданных природой. Оно представляет собой сложную биологическую жидкость, которая образуется в молочной железе самок млекопитающих и обладает высокой пищевой ценностью, иммунологическими и бактерицидными свойствами. Молоко является незаменимой полноценной пищей для новорожденных и высокоценным продуктом питания для человека всех возрастов. Молоко и молочных продукты широко применяются для лечения и профилактики различных болезней человека (ЖКТ, печени, легких).

Молоко содержит все необходимые для питания человека вещества – белки, жиры, углеводы. Кроме того, в нем содержатся многие ферменты, витамины, минеральные вещества и многие другие важные для питания элементы. Соотношение в рационе белка, жира и углеводов должно находится в соотношении 1:1:4. Состав молока по этим показателям наиболее близок к необходимому и составляет 1:1:1,5. Питательная ценность молока определяется содержанием белка и жира, молочного сахара, органическими кислотами, витаминами, ферментами и рядом других компонентов. Энергетическая ценность 200 мл молока составляет 630 Дж и покрывает дневную потребность в:

белке на 18%,

кальции на 36%,

йоде на 35%,

рибофлавине и витамине D, и фосфоре на 24%,

В12 на 20%, В6 на 10%,

магния и понтотеновой кислоты на 8%,

цинка и витамина А на 6%,

меди, тиамина и витамина С на 4%,

биотина, витамина Е на 2%.

Особую ценность представляют белки молока – наиболее важные в биологическом отношении органические вещества. Образующиеся в результате расщепления белков аминокислоты идут на построение клеток организма, ферментов, защитных тел, гормонов и т.д. По содержанию незаменимых аминокислот (лизин, триптофан, метионин, фенилаланин, лейцин, изолейцин, треонин, валин) белки молока относятся к белкам высокой биологической ценности.

Особенно богаты незаменимыми аминокислотами сывороточные белки молока – они содержат больше по сравнению с казеином лизина, триптофана и некоторых других аминокислот. Содержание многих незаменимых аминокислот в них значительно выше не только по сравнению с белками растительных продуктов, но и по сравнению с некоторыми белками мяса и рыбы. Поэтому использование белков молока в хлебопекарной, кондитерской и мясной промышленности повышает биологическую ценность пищевых продуктов. Кроме того, казеин и сывороточные белки молока обладают рядом важных функциональных свойств (водосвязывающая, эмульгирующая, пенообразующая и др.), позволяющих использовать их концентраты в качестве белковых компонентов разнообразных продуктов.

Одним из важных качеств белков молока является то, что они содержатся в растворенном состоянии, легко атакуются и перевариваются протеолитическими ферментами пищеварительного тракта. Степень усвояемости молока составляет 96-98%.

Повышается энергетическая ценность продуктов и улучшается их усвояемость при добавлении к ним молока. Белки молока почти не оставляют вредных продуктов распада и оказывают благоприятное влияние на пищеварение.

На жизнедеятельности организма отрицательно сказывается дефицит белка молока. При этом отмечается нарушение азотистого баланса в связи с превалированием распада белка над его синтезом. Организм, испытывая недостаток белка, начинает питаться собственными тканями.

Чтобы этого избежать, необходимо постоянно вводить в организм достаточное количество белка с пищей.

Суточная потребность в белке зависит от пола, возраста, образа жизни человека. Основным источником биологически полноценного белка является животная пища.

Молочный белок содержит все жизненно необходимые аминокислоты, поэтому он так важен для потребностей растущего организма, для быстрого воссоздания клеток у больных и выздоравливающих. При смешанном питании белок молока повышает полноценность белков злаковых, обогащая аминокислотный состав принимаемой пищи. Например, при употреблении хлеба с сыром или гречневой каши с молоком сравнительно невысокая питательная ценность растительных белков значительно повышается. Видовая специфичность белков молока ближе к тканевым белкам человеческого организма, что также улучшает его усвоение. Взаимное обогащение белков происходит не только при одновременном приеме их с пищей, но также и в том случае, когда они потребляются в разное время дня. Поэтому в целях сбалансированного полноценного питания следует по возможности ежедневно употреблять молоко.

В альбумине молока содержится большое количество триптофана, который совместно с лизином и никотиновой кислотой необходим для роста и развития костной и мышечной ткани. Триптофан также совместно с никотиновой кислотой предупреждает авитаминоз — пеллагру.

Глобулин молока, как известно, является носителем иммунных тел и источником антибиотических особенностей питьевого молока, особенно молозива. Лизин совместно с аргинином необходим для сперматогенеза. Валин — для нормальной деятельности нервной системы и пищеварения. При недостатке в пище лейцина и изолейцина приостанавливается рост, развивается малокровие и появляется ряд нервных расстройств.

Казеин молока, благодаря наличию метионина и холина, предупреждает жировую инфильтрацию печени.

При сокращении поступления белка с пищей либо при увеличении его потребления при тяжелой физической работе или в результате болезни возникает белковая недостаточность.

Дефицит белка в питании уменьшает устойчивость организма к инфекциям, так как снижается уровень образования антител, нарушается синтез других защитных факторов — лизоцима и интерферона, обостряется течение воспалительных процессов.

Недостаток белка в организме неблагоприятно отражается на деятельности сердечно-сосудистой, дыхательной и других систем, а также снижает аппетит, в связи с чем уменьшается приток белка с пищей — возникает порочный: круг. Избыточное белковое питание также неблагоприятно отражается на организме. Как известно, лишний белок в организме не откладывается и в таком случае увеличивается белковая нагрузка на печень и почки (печень участвует в обмене белка, а почки выводят продукты обмена белков). Усиленное белковое питание приводит к перевозбуждению нервной системы, что постепенно приводит к неврозам. Вследствие нарушения белкового обмена возникают гиповитаминозы А и В6, снижается толерантность к умственным и физическим нагрузкам, создаются предпосылки для возникновения гипертонической болезни, ишемической болезни сердца, атеросклероза и аутогенсибилизация организма (образуются антитела к собственным тканям). При наличии повышенного количества белков в пище нарушается процесс пищеварения. При этом вначале отмечается увеличение, а затем торможение секреции желудочного сока, что ухудшает усвоение пищи. Исходя из вышеизложенного, мы можем отметить, что дефицит белка и его избыток для здоровья вредны.

Связь молекулы молочного белка с фосфатами, кальцием, липидами и витаминами повышает биологическую ценность пищи.

1.6 Использование белков молока в пищевой промышленности

В настоящее время современный рынок пищевых продуктов в основном расширяется за счет появления продуктов функциональной направленности. Под функциональными подразумеваются продукты, предназначенные для систематического употребления в составе пищевых рационов всеми возрастными группами здорового населения, снижающие риск развития заболеваний, связанных с питанием, сохраняющие и улучшающие здоровье за счет наличия в них физиологически функциональных пищевых ингредиентов.

В качестве функциональных ингредиентов на основании априорной информации в производстве комбинированных продуктов используют подсластители для диабетического питания, сывороточные и соевые белки, флавоноиды, минеральные вещества (йод, кальций), пищевые волокна, поливитаминные премиксы, пребиотики, пробиотики и др.

Среди многообразия пищевых добавок в последнее время особое внимание уделяется белковым препаратам. Это связано с нехваткой пищевого белка, приводящей к возникновению дистрофии, нарушению функций кишечника, распаду белковых тканей и др. Эта тенденция, по прогнозам Института питания РАМН, вероятно сохранится. Один из способов устранения дефицита белка в питании населения – использование сывороточных белков в часто потребляемых продуктах, например, кисломолочных напитках.

К сывороточным белкам относятся следующие фракции глобулярных белков молока: α-лактальбумин, βлактоглобулин, иммуноглобулин, альбумин сыворотки крови, протеозопептоны, лактоферрин. Все фракции выполняют в организме человека важные биологические функции.

Аминокислотный состав сывороточных белков наиболее близок к аминокислотному составу мышечной ткани человека, а по содержанию незаменимых аминокислот и аминокислот с разветвленной цепью (валина, лейцина и изолейцина) превосходят все остальные белки животного и растительного происхождения.

Сывороточные белки стимулируют иммунную систему, повышают уровень инсулиноподобного фактора роста, понижают содержание холестерина сильнее, чем казеин и соевый белок. Кроме того, сывороточные белки имеют низкий гликемический показатель, что позволяет оптимизировать выделение инсулина, регулируя уровень глюкозы в крови и тем самым предотвращая возникновение диабета второго типа.

В настоящее время для выделения сывороточных белков применяют мембранные методы. Так, использование ультрафильтрации позволяет получить из молочной сыворотки уникальные их концентраты (КСБ – УФ) в нативной форме с различным содержанием белка (от 35 до 80%).

Выделенные концентраты сывороточных белков хорошо растворяются в воде в широком диапазоне рН. Это позволяет использовать их в производстве кисломолочных напитков различной кислотности.

Среди нутриентов, определяющих пищевую ценность продукта, особую физиологическую функцию выполняют белки, являясь регуляторами азотистого баланса организма. Качество белка определяется его аминокислотным составом, в первую очередь содержанием и соотношением незаменимых аминокислот.

В НИИ детского питания разрабатывается ассортимент молочных продуктов с фруктовыми, ягодными и овощными наполнителями для детей дошкольного и школьного возраста, а также подростков. Сырьевая основа продуктов – коровье молоко. В рецептуре продуктов помимо наполнителей входят растворимые пищевые волокан, сывороточный белок, высокометаксилирванный пектин, мальтодекстрин, ксантановая камедь, натуральный ароматизатор, комплекс микронутриентов, состоящий из витаминов С,А и минеральных веществ. Сывороточный белок используется в виде концентрата сывороточного белка. Содержание белка в концентрате – 51%.

2. Экспериментальная часть

2.1Материал исследования

1. Контроль – дистиллированная вода

2. Опыт 1 – молока пастеризованное фирмы «Novelia» - 3,2%

3. Опыт 2 – молока пастеризованное фирмы «Novelia» - 3,2% после 8 суток хранения.

2.2Методика исследования

Количественное определения содержания белка в молоке методом формольного титрования.

Цель: изучить влияние срока хранения 8 суток на количественный белковый состав молока.

Оборудование: пипетка с одной меткой для прямого слива на 10 мл; колбы Эрленмейра или стакан химический на 100 мл; бюретка для титрования.

Материалы и реактивы: свежее молоко; формалин, 30-40 %-ный раствор, натрий гидроксид, 0,1н раствор; фенолфталеин, 1 %-ный раствор.

Ход анализа

1) В КОЛБУ (или химический стакан) на 100 мл отмерить пипеткой 10 мл молока, прибавить 10 капель раствора фенолфталеина и оттитровать из бюретки 0,1н раствором гидроксида натрия до не исчезающего при взбалтывании слабо-розового окрашивания.

2) в колбу прибавить : 2 мл 30 - 40 %-ного раствора формалина, свеже нейтрализованного 0,1 н раствором гидроксида натрия до слабо-розовогоокрашивания окрашивания по фенолфталеину.

3) содержимое колбы взболтать до обесцвечивания молока и записать показания бюретки (V1).

4) продолжить титрование до окраски жидкости, в точности соответствующей окраске молока до прибавления формалина, и показания бюретки вновь записать (V2).

5) содержание белков в молоке рассчитывают по формуле:

Xб = (V2 – V1)*1,94

Где Хб-содержание белков в молоке в %;

(V2-V1) – кол-во 0,1н раствора гидроксида натрия, пошедшего на титрование в мл;

1,94 – коэффициент пересчёта.

2.3 Результаты исследования

Таблица 2.1. Количество 0.1 н NaOH, пошедшее на титрование.

Хб = 1,94*(4,55 – 2,7) = 3,589

Хб = 1,94*(4,7 – 2,6) = 4,074

Хб = 1,94*(4,4 – 2,4) = 3,88

Хб = 1,94*(3,7 – 2,3) = 2,716

Хб = 1,94*(3,4 – 2,1) = 2,522

Хб = 1,94*(3,3 – 2,1) = 2,328

Таблица 2.2. Содержание белка в молоке «Novelia»

Из данных таблицы видно, что в результате воздействия хранения сроком 8 суток, содержания белков в молоке уменьшилось на 35,5%, а по литературным данным содержание белков в течение 8 суток уменьшилось на 26%. Расхождение в экспериментальных данных с литературными может быть вызвано тем, что молоко бралось у разных коров, разных по возрасту и состоянию здоровья, с разным режимом питания и жирности молока.

Выводы

По поставленной цели и поставленным задачам курсовой работы можно сделать выводы:

Коровье молоко обладает высокой биологической ценностью, т.к. в его состав входят белки, углеводы, витамины, ферменты, минеральные вещества, вода, газы и некоторые другие компоненты.

Подробно было изучено строение белков молока(п. 1.2).

Подробно были изучены функции белков молока(п. 1.1.1, 1.3, 1.4).

Молоко является одним из самых ценных продуктов питания для человека любого возраста и незаменимым продуктом для детей в возрасте, в котором они ещё неспособны переваривать другую пищу. Молоко содержит в себе белки, богатые незаменимыми аминокислотами, жиры, углеводы, минеральные вещества, а также витамины. Молоко хорошо усваивается организмом и стимулирует жизнедеятельность полезной микрофлоры толстого кишечника.

Содержание белков в молоке при хранении в течении 8 суток уменьшилось на 35,5%.

Список используемой литературы

1. Г.С.Инихов Биохимия молока и молочных продуктов Москва 1962

2. Методические рекомендации 2008

3. Молочная промышленность №7, 2009

4. Рогожин В.В. Биохимия молока и молочных продуктов / В.В. Рогожин. - СПб: ГИОРД,2006.

5. Горбатова К.К. Физико-химические и биохимические основы производства молочных продуктов. – СПб.: ГИОРД, 2003

6. Таблицы химического состава и питательной ценности пищевых продуктов / под ред. Ф.Е. Будогяна. – М.: Пищевая промышленность, 1961

7. Технология молока и молочных продуктов / под ред. П.Ф. Дьяченко – М.: Пищевая промышленность, 1974