Лактоза молока, строение и биохимические функции

Сывороточные  белки. Сывороточные белки в процессе пастеризации подвергаются сравнительно глубоким изменениям. Сначала происходит их денатурация. Денатурация начинается при сравнительно с небольших температурах нагревания. Степень денатурации белков  зависит от температуры и продолжительности её воздействия на молоко. При температуре 72-74°С она составляет  около 10%; при  85-90°С — свыше 30%; при  110-145°С — 50-90%.

Из сывороточных белков наиболее термолабильны иммуноглобулины  и сывороточный альбумин. β-лактоглобулин  и α-лактальбумин относятся к  более термостабильным белкам. Так, денатурация β-лактоглобулина завершается  при температуре 85 °С, а α-лактальбумина- при 96 °С.

Казеин в отличие от обычных глобулярных белков является очень термоустойчивым белком – для его коагуляции необходима выдержка молока при температуре 130°С. Однако тепловая обработка при высоких температурах изменяет состав и структуру казеиновых мицелл. Это вызывается нарушением солевого состава молока, повышением его кислотности и т. Д [3].

Липиды. Тепловая обработка не влияет существенно на жир молока. При пастеризации триацилглицерины молочного жира химически почти не изменяются. Длительная выдержка при высоких температурах и стерилизация молока приводят к незначительному гидролизу триацилглицеринов и изменению их жирнокислотного состава. При этом увеличивается количество в молоке триацилглицеринов и снижается на 2-3% содержание в триацилглицеринах ненасыщенных жирных кислот.

Витамины. Тепловая обработка приводит к потерям витаминов. Они зависят от температуры нагревания и продолжительности выдержки. Незначительным разрушениям подвергается витамине А и его провитамин – каротин(пастеризация разрушает его на 10-16%). Практически не снижается количество рибофлавина про пастеризации. Более значительны при всех видах тепловой обработки потери аскорбиновой кислоты – они составляют 10-30%.

При хранении пастеризованного молока наблюдается дальнейшее снижение содержания витаминов. Так, хранение пастеризованного молока при различных температурах может вызвать потери аскорбиновой кислоты на 18-64%, витамина А – на 24%, рибофловина – на 45%.

Соли. В процессе тепловой обработки молока изменяется в первую очередь состав солей кальция. В плазме молока нарушается соотношение форм фосфатов Са; фосфорнокислые соли кальция, находящиеся в виде истинного раствора переходят в коллоидный фосфат кальция, который агрегирует и осаждается на мицеллах казеина. При этом происходит необратимая минерализация казеинат кальций фосфатного комплекса, что приводит к нарушению структуры мицелл и снижению термоустойчивости молока. Часть фосфата кальция выпадает на поверхности теплообменных аппаратов, образуя вместе с денатурированными сывороточными белками отложения —молочный камень. [2]

В результате пастеризации в молоке снижается количество растворенного кальция на 11-50%

 

1.6. Изменения лактозы при тепловой обработке

В процессе воздействия высоких  температур на молоко (при пастеризации и особенно стерилизации) происходит изомеризация лактозы (образование лактулозы) и её взаимодействие с аминокислотами (реакция меланоидинообразования). Изомеризация лактозы происходит путем перемещения в глюкозном остатке водорода от второго углеродного атома к первому. В результате лактоза переходит в лактулозу, которая представляет собой α-D-галактопиранозил(1-4)-D-фруктофуранозу. [3,4]

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Образование лактулозы зависит  от температуры, продолжительности  тепловой обработки и рН молока. Её содержание в пастеризованном  молоке незначительно, но повышается при  ультравысокой тепловой обработке  и стерилизации молока.

Лактулоза хорошо растворима в воде. Лактулоза оказывает гиперосмотическое слабительное действие, т.к. в отличие от лактозы (также дисахарида, содержащегося в молоке), совершенно не всасывается в кишечнике человека, поскольку у человека нет ферментов, способных гидролизовать лактулозу, а также стимулирует перистальтику кишечника, улучшает всасывание фосфатов и солей кальция, способствует выведению ионов аммония. Кроме этого лактулоза стимулирует развитие бифидобактерий в кишечнике. [4]

 

Взаимодействие лактозы  с аминогруппами белков происходит в процессе длительной высокотемпературной  обработки молока. Конечным продуктом  взаимодействия являются коричневые пигменты – меланоиды. Реакция меланоидинообразования является одним из наиболее распространенных процессов, происходящих при тепловой обработке пищевых продуктов.

Процесс меланоидинообразования идет в две стадии. Вначале дисахарид лактоза (альдегидная группа её компонента) взаимодействует со свободными аминогруппами, преимущественно с NH₂ группой лизина. В результате образуется гликозид – лактолизин. Затем происходит перегруппировка Амадори и образование лактулозолизина, который распадается на фруктолизин и галактозу. [2,4]

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Фруктолизин был идентифицирован в молоке и молочных продуктах после проведения высокотемпературной тепловой обработки. Его образование снижает биологическую ценность молочных белков (продукта), так как он не расщепляется пищеварительными ферментами и не усваивается организмом человека. [4]

 

Вторая стадия меланоидинообразования до конца ещё не расшифрована. Известно, что она включает реакции полимеризации  и конденсации карбонильных соединений при участии аминокомпонентов. В  результате образуется смесь азотсодержащих циклических соединений типа пиразина, пиррола, пиридина и др. Циклические полимеры имеют различную молекулярную массу, не растворимы в воде, окрашены в коричневый цвет. [2]

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ

2.1. Материал исследования

Контроль – дистиллированная вода

Опыт 1 – сырое коровье  молоко,  жирность – 4,0%

Опыт 2 – пастеризованное  молоко, жирность 3,2%

 

2.2. Методика исследования

Количественное определение лактозы  в молоке методом йодометрического титрования

Цель: определить влияние температуры 85-90°С в течение 30 секунд на содержание лактозы в коровьем молоке.

Оборудование: Колба Эрленмейера на 500мл; конические колбы с притертыми стеклянными пробками на 25-300мл; мерные колбы на 1000 и 500мл; пипетки с меткой для прямого слива на 10 и 50мл; мерный цилиндр на 10 мл; бюретки на 50-100мл.

Материалы и реактивы: свежее и стерилизованное коровье молоко; формалин, 30-40% раствор; сульфат меди, гидроксид натрия, 0,1М и 1М растворы; гипосульфит натрия, 0,1М раствор; 0,1М раствор йода; соляная кислота, 0,5М раствор.

Ход анализа:

1. В мерную колбу на 500 мл отмерить 25г молока, прилить дистиллированную воду до половины объема из бюретки (или пипеткой) отмерить 10мл раствора сульфата меди; прилить 4мл 1М раствора гидроксида натрия, перемешать. Довести содержимое колбы дистиллированной водой до метки, снова перемешать и оставить на 30 мин.
2. Отстоявшуюся жидкость отфильтровать на стеклянной воронке через складчатый бумажный фильтр в сухую колбу, причем первые пороки фильтрата (10-20мл) удалить.
3. 50мл фильтрата перевести пипеткой в коническую колбу на 250-300мл с притертой пробкой.
4. В колбу к фильтрату из бюретки прилить 25мл 0,1М раствора йода и медленно при непрерывном перемешивании добавить из бюретки 37,5мл 0,1м раствора гидроксида натрия. Закрыв колбу пробкой, оставить в темном месте на 20 минут при 20° С.
5. После стояния в колбу добавить цилиндром 8мл 0,5М раствора соляной кислоты и оттитровать избыток йода 0,1М раствором гипосульфита натрия. Индикатор (1% раствор крахмала) ввести к концу титрования, когда окраска в реакционной колбе приобретет соломенно-желтый цвет. Титрование продолжать до исчезновения синего цвета (опыт).
6. Параллельно провести титрование контрольного раствора, отмерив в колбу для титрования 50 мл дистиллированной воды.
7. Количество лактозы в молоке вычисляют по формуле:

X =(0,01801*(V₁ - V)*100*0.97)/m

где Х – количество лактозы в %;

0,01801 – количество лактозы, соответствующее  1мл йода, 0,1М раствора, в г;

V₁ – количество гипосульфита натрия, 0,1М раствора, пошедшее на титрование йода в контрольном растворе, в мл;

V – количество гипосульфита натрия, 0,1М раствора, пошедшее на титрование йода в исследуемом растворе (опыт), в мл;

0,97 – поправка, установленная эмперически;

m – навеска молока, содержащегося в 50мл фильтрата.

 

2.3 Результаты  исследования

 

Таблица 2.1. Количество гипосульфита натрия, пошедшего на титрование сырого и пастеризованного молока, мл

 

Наименование	Опыт 1	Опыт 2	Контроль
1	13,9	15,2	19,5
2	14,1	15,35
3	13,85	14,9
Среднее значение	13,9	15,1

 

 

Х=0,699* (19,5-15,2)=3,0                         Х=0,699* (19,5-13,9)=3,9

Х=0,699* (19,5-15,35)=2,9                       Х=0,699* (19,5-14,1)=3,75                

Х=0,699* (19,5-14,9)=3,3                        Х=0,699* (19,5-13,85)=3,95

Х=0,699* (19,5-15,1)=3,1                         Х=0,699* (19,5-13,96)=3,87

 

Таблица 2.2.Влияние температуры 85-90°С в течение 30 секунд на содержание лактозы в коровьем молоке, мг%

 

Наименование	Опыт 1	Опыт 2
1	3,9	3,0
2	3,75	2,9
3	3,95	3,3
Среднее значение	3,87	3,1
Литературные данные	4,7	4,3

Из данных таблицы видно, что в результате воздействия температуры 85-90°С в течение 30 секунд, содержание лактозы в коровьем молоке уменьшилось на 19%. А по литературным данным при воздействия температуры 85-90°С в течение 30 секунд содержание лактозы в сыром молоке  уменьшилось на 8,5 %. Расхождение экспериментальных данных с литературными может быть вызвано тем, что молоко было взято у коров с разным состоянием здоровья и разных по возрасту, режиму кормления и жирности молока.

Выводы

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

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

 

2. Лактоза состоит из D-глюкозы и D-галактозы, связанных между собой 1,4-β-гликозидной связью.

 

3. Биосинтез лактозы происходит в клетках молочной железы и представляет собой последовательность пяти ферментативных реакций.

 

4. Молоко является единственным источником лактозы. Она служит в организме источником энергии, необходимой для осуществления биохимических процессов. Кроме этого лактоза стимулирует жизнедеятельность полезной микрофлоры толстого кишечника, способствует усвоению кальция, а также магния и фосфора, а также потребление лактозы благоприятно сказывается на углеводном, жировом и холестерином обмене.

 

5. Содержание лактозы в коровьем молоке, нагретого при температуре 85-90°С в течение 30 секунд уменьшилось на 19% по сравнению с сырым молоком. Это вызвано тем, что в при воздействии  на молоко высоких температур происходит изомеризация лактозы в лактулозу, а также взаимодействие лактозы с аминокислотами белков и образование меланоидинов.

 

 

 

Список используемой литературы

 

1. Рогожин В.В. Биохимия молока и молочных продуктов / В.В. Рогожин.  - СПб: ГИОРД,2006.- 320с.
2. Горбатова К.К. Биохимия молока и молочных продуктов / К.К. Горбатова. – М.: Колос, 1997. – 288с.
3. Горбатова К.К.  Физико-химические и биохимические основы производства молочных продуктов. – СПб.: ГИОРД, 2003. – 352с.
4. Лактоза и её производные / Б.М. Синельников, А.Г. Храмцов, И.А. Евдокимов, С.А. Рябцева, А.В. Серов. – СПб.: Профессия, 2007. – 768 с.
5. Романихин В.Б. Пейте люди молоко / В.Б. Романихин // Химия и жизнь – 2009. - №6. – с.38-40.
6. Таблицы химического состава и питательной ценности пищевых продуктов / под ред. Ф.Е. Будогяна. – М.: Пищевая промышленность, 1961. – 193с.
7. Технология молока и молочных продуктов / под ред. П.Ф. Дьяченко – М.: Пищевая промышленность, 1974. – 447с.