Биохимия молока и мяса

1. Минеральные вещества молока

 

Исследование минерального состава  золы молока с применением полярографии, ионометрии, атомно-адсорбционной спектрометрии  и других современных методов, показало наличие в нём более 50 элементов. Они подразделяются на макро- и микроэлементы.

 

Макроэлементы

 

Основными минеральными веществами молока являются кальций, магний, калий, натрий, фосфор, хлор и сера, а также соли — фосфаты, цитраты и хлориды.

 

Кальций является наиболее важным макроэлементом молока. Он содержится в легкоусваеваимой форме и хорошо сбалансирован с фосфором. Содержание кальция в коровьем молоке колеблется от 100 до 140 мг%. Его количество зависит от рационов кормления, породы животного, стадии лактации и времени года. Летом содержание Са ниже, чем зимой.

 

Са присутствует в молоке в трех формах:

В виде свободного или ионизированного  кальция — 11 % от всего кальция

В виде фосфатов и цитратов кальция  — около 66 %

Кальция, прочно связанного с казеином — около 23 %

 

До сих пор не выяснено, в какой  форме находятся в молоке фосфаты и цитраты Са. Это могут быть фосфат Са, гидрофосфат Са, дигидроксофосфат Са и более сложные соединения. Однако известно, что большая часть этих солей находится в коллоидном состоянии и небольшая — в виде истинных растворов.

 

Фосфор. Содержание Р колеблется от 74 до 130 мг%. Оно мало меняется в течение года, лишь незначительно снижается весной, а больше зависит от рационов кормления, породы животного и стадии лактации. Р содержится в молоке в минеральной и органической формах. Неорганические соединения представлены фосфатами кальция и других металлов, их содержание составляет около 45—100 мг%. Органические соединения — это фосфор в составе казеина, фосфолипидов, фосфорных эфиров углеводов, ряда ферментов, нуклеиновых кислот.

 

Магний. Количество магния в молоке незначительно и составляет 12—14 мг%. Mg является необходимым компонентом животного организма — он играет важную роль в развитии иммунитета новорождённого, увеличивает его устойчивость к кишечным заболеваниям, улучшает их рост и развитие, а также необходим для нормальной жизнедеятельности микрофлоры рубца, положительно влияет на продуктивность взрослых животных. Mg, вероятно, встречается в молоке в тех же химических соединениях, что и Са. Состав солей Mg аналогичен составу солей Са, но на долю солей, находящихся в истинном растворе, приходится 65—75 % Mg.

 

Калий и натрий. Содержание К в  молоке колеблется от 135 до 170 мг%, Na —  от 30 до 77 мг%. Их количество зависит  от физиологического состава животных и незначительно изменяется в  течение года — к концу года повышается содержание натрия и понижается калия.

 

Соли калия и натрия содержатся в молоке в ионно-молекулярном состоянии  в виде хорошо диссоциирующих хлоридов, фосфатов и нитратов. Они имеют  большое физиологическое значение. Хлориды натрия и калия обеспечивают определённую величину осмотического давления крови и молока, что необходимо для нормальных процессов жизнедеятельности. Их фосфаты и карбонаты входят в состав буферных систем молока, поддерживающих постоянство концентрации водородных ионов в узких пределах. Кроме того, фосфаты и цитраты калия и натрия создают в молоке условия для растворения плохо растворимых в чистой воде солей кальция. Таким образом, они обеспечивают солевое равновесие, то есть определённое соотношение между ионами кальция и анионами фосфорной и лимонной кислот, способствующих растворению. От него зависит количество ионизированного кальция, который в свою очередь влияет на дисперсность мицелл казеина и их тепловую стабильность.

 

Содержание хлора в молоке колеблется от 90 до 120 мг%. Резкое повышение концентрации хлоридов наблюдается при заболевании животных маститом.

 

Содержание макроэлементов в молоке:

 

Элемент   Ca  P Mg K Na  Cl S Цитрат

Мг/ 100 мл   123 95 12 141 58  119 30 160

% от общего количества 0,12  0,10  0,01 0,15 0,05 - - 0,11

% содержащийся в растворимом  виде 25  44 20  100  100 - - 100

 

 

 

Микроэлементы

 

Микроэлементами принято считать  минеральные вещества, концентрация которых невелика и измеряется в  микрограммах на 1 кг продукта. К ним  относятся железо, медь, цинк, марганец, кобальт, йод, молибден, фтор, алюминий, кремний, селен, олово, хром, свинец и др. В молоке они связаны с оболочками жировых шариков, казеином и сывороточными белками, входят в состав ферментов, витаминов. Их количество в молоке значительно колеблется в зависимости от состава кормов, почвы, воды, состояния здоровья животного, а также условий обработки и хранения молока.

 

Микроэлементы обеспечивают построение и активность жизненно важных ферментов, витаминов, гормонов, без которых невозможно превращение поступающих в организм животного пищевых веществ. Также от поступления многих микроэлементов зависит жизнедеятельность микроорганизмов рубца жвачных животных, участвующих в переваривании корма и синтезе многих важных соединений.

 

Дефицит селена вызывает у животных замедленный рост, сосудистую патологию, дегенеративные изменения поджелудочной железы и репродуктивных органов. Выяснено, что селен является важнейшим антиоксидантом — он входит в состав фермента глутатионпероксидазы, который препятствует пероксидному окислению липидов в клеточных мембранах и подавляет свободные радикалы.

 

Дефицит йода в среде вызывает гипофункцию  щитовидной железы у животных, что  отрицательно отражается на качестве молока. Ежедневное введение в рацион коров йодида калия, муки из морских водорослей улучшает функцию щитовидной железы и увеличивает содержание йода в молоке.

 

Дефицит цинка вызвать замедление роста и полового созревания у  животных, нарушение процессов пищеварения.

 

Микроэлементами принято считать минеральные вещества, концентрация которых невелика, и измеряется в микрограммах на 1 кг продукта. Количество некоторых микроэлементов в молоке увеличивается при использовании минеральных подкормок, однако многие из них могут попадать в молоко извне с оборудования тары и пр.

 

Содержание микроэлементов в молоке:

 

Микроэлемент    Al  As B Br Cd Cr Co Cu F I Fe Pb Mn Mo Ni Zn Se (высокий уровень) Si Ag Sr V Se (низкий уровень)

Нормальный рацион   460  50  270 600 26 15  0,6 130 150 43 450 40 22 73 27  40  1270 1430  47 171 0,092 3900

Рацион+минеральная добавка   810  450 660  Возрастает  Не возрастает  -  2,4 Не возрастает Возрастает  2700  Не возрастает Возрастает  64  371  Не возрастает Возрастает  -  Не возрастает  -  -  -  5100

 

 

2. Формирование структуры, консистенции и рисунка сыра. Образование вкусовых и ароматических веществ сыра.

 

Структура, консистенция и рисунок  сыра характеризуют правильность прохождения  биохимических и физико-химических процессов при выработке сыра и, следовательно, качество готового продукта.

 

Структура

 

Под структурой плотного продукта подразумеваются  размеры и пространственное расположение отдельных частиц или компонентов. Размеры структурных элементов  и их расположение определяются различными методами. Структура продукта (сыра), изучаемая с помощью оптического микроскопа, называется микроструктурой, а с помощью электронного микроскопа - ультраструктурой или субмикроструктурой.

 

Каждый вид сыра имеет свою - характерную для него - микроструктуру, но в целом у всех сычужных сыров она состоит из одних и тех же структурных элементов. К ним относятся макрозерна, имеющие включения в виде микрозерен и отделенные друг от друга прослойками с макропустотами. Макрозерна представляют собой сырные зерна, полученные после разрезки и обработки сгустка и соединенные между собой при формовании и прессовании сыра. Размер макрозерен определяется видом сыра - в мягких сырах он в 2-3 раза больше, чем в твердых. В результате прессования сырные зерна деформируются, поэтому в корковом слое они сплющиваются и имеют более вытянутую форму, чем в центральной части. Сырные зерна, прилегающие к глазкам, тоже сильно деформированы.

 

Прослойки между макрозернами состоят  из белково-сывороточного вещества и образуются в результате слияния  оболочек сырных зерен, прилегающих друг к другу. Толщина прослоек в твердых сырах в среднем равна 11 мкм (в мягких 30-35 мкм). В процессе созревания она несколько уменьшается, но прослойки обнаруживаются в сырах любого возраста.

 

В макрозернах содержатся различные  включения - микрозерна. К ним относятся жировые микрозерна, кристаллические отложения солей кальция и колонии микроорганизмов. Жировые микрозерна - это жировые капли диаметром около 11 мкм, представляющие собой молочный жир, деэмульгированный в процессе выработки и созревания сыра. Кристаллические отложения солей кальция (кристаллические микрозерна) обнаружены во всех твердых сырах. Это фосфат кальция, отщепленный от параказеина в процессе созревания. Отложения солей имеют округлую форму и размер около 19 мкм, в процессе хранения сыров их размер увеличивается. Основная масса солей кальция располагается по прослойкам между макрозернами, меньшая в макрозернах. В мягких сырах отложений солей кальция меньше и их гранулы мельче, чем в твердых сырах.

 

В сырах часто встречаются микропустоты угловатой и овальной формы. Они располагаются обычно на стыке нескольких макрозерен (в мягких сырах они часто находятся внутри макрозерен). Их появление обусловлено образованием газов в процессе созревания сыра. Накопление газов в микропустотах приводит к формированию глазков. Средний диаметр микропустот в твердых сырах равен 160 мкм (53-745 мкм), в мягких сырах они более крупные.

 

Таким образом, мягкие сыры характеризуются  более крупными структурными элементами по сравнению с твердыми сырами, но в них меньше отложений солей кальция и чаще встречаются микропустоты внутри макрозерен.

 

Формирование структуры сыров  начинается во время разрезки и обработки  сгустка, формования, прессования и  посолки, а завершается в процессе созревания сыра. От структуры сыра зависят его структурно-механические показатели (связность, твердость, пластичность и др.), которые определяют консистенцию, внешний вид, рисунок и в некоторой степени вкус сыра.

 

Консистенция

 

Консистенция - важный элемент в  органолептическом восприятии, получаемом при употреблении плотного пищевого продукта. Она включает такие понятия, как мягкость, жесткость, зернистость, связность, пластичность и т.д. Консистенция формируется в процессе созревания продукта. После прессования связность и твердость сырной массы невысоки. В первой половине созревания сырная масса уплотняется, но уплотнение и усушка массы по слоям головки происходят неравномерно - в периферической части они идут в большей степени, чем в центральной. Затем во второй половине созревания плотность и твердость массы несколько понижаются вследствие ферментативного распада белков. В конце созревания процессы уплотнения и разрушения структуры проходят с одинаковой интенсивностью, и сыр приобретает определенные структурно-механические свойства - плотность, твердость, пластичность и т.д.

 

Консистенция того или иного  сыра определяется в первую очередь  его структурой - размерами и распределением макро- и микрозерен, а также прослоек. Другими факторами, влияющими на консистенцию сыра, являются скорость и степень распада белков, состав не распавшегося параказеинового комплекса (содержание в нем кальция), количество и состояние в сырной массе влаги, жира и т.д.

 

Состав параказеинового комплекса  обусловливает способность сырной массы связывать и удерживать влагу. Она тем выше, чем больше кальция в комплексе - и наоборот. Содержание кальция в комплексе зависит от количества накопившейся в сырной массе молочной кислоты. При значительном количестве кислоты процесс отщепления кальция от комплекса идет активно, масса плохо набухает и приобретает колющуюся и крошливую консистенцию.

 

При недостаточной кислотности  отмечаются избыточная связность сырной массы и резинистая, ремнистая  консистенция сыра. Таким образом, для  получения сыра хорошего качества нежелательны как излишек, так и недостаток молочной кислоты.

 

Большое влияние на консистенцию сыра оказывают состояние влаги в  сыре, ее связь с сухим веществом. С уменьшением активной кислотности (рН) и переходом белков из нерастворимого состояния в растворимое в  сыре увеличивается количество связанной влаги, а свободной - уменьшается. Это способствует повышению влагоудерживающей способности сырной массы и улучшению консистенции сыра.

 

Рисунок

 

В процессе созревания сыра вследствие биохимических реакций выделяются газы - углекислый газ, водород, аммиак и др. Частично газы выделяются наружу, частично задерживаются в сырной массе, образуя глазки.

 

Аммиак образуется при дезаминировании  аминокислот. Часть его вступает в соединение с кислотами, часть  накапливается в свободном состоянии и улетучивается, о чем свидетельствует запах аммиака в сырохранилищах. Водород выделяется в процессе маслянокислого брожения, а также в результате деятельности бактерий группы кишечных палочек. Он плохо растворяется в сырной массе, легко диффундирует через неплотные участки, поэтому не задерживается в сыре. Однако при энергичном маслянокислом брожении образуется большое количество водорода, что может привести к получению неправильного рисунка и к вспучиванию сыра.

 

Углекислый  газ по сравнению с другими газами выделяется в значительно больших количествах (содержание СО2 составляет 60-90% от количества всех газов). Он образуется при сбраживании лактозы и солей молочной кислоты (лактатов) ароматообразующими молочнокислыми, пропионовокислыми, маслянокислыми бактериями, бактериями группы кишечных палочек, а также при декарбокилировании аминокислот и жирных кислот. Углекислый газ сравнительно хорошо растворяется в сырной массе, однако его образуется настолько много, что он создает перенасыщенный раствор и при благоприятных условиях начинает выделяться. Газ скапливается в микропустотах сырной массы, постепенно расширяет их, превращая в глазки. При быстром выделении СО2 таких центров скопления будет очень много, и тогда глазки образуются мелкие и в большом количестве (Голландский и Костромской сыры). При медленном выделении СО2 - например, в Советском сыре - глазки образуются крупные и в малом количестве.