Иммуноглобулины и родственные побочные белки

Эта группа белков чрезвычайно неоднородна, причем детально изучено лишь малое число ее представителей. В будущем из молочной сыворотки, возможно, будут выделены в промышленных масштабах многие полезные вещества. Лактоферрин и лактопероксидаза являются веществами, которые потенциально могут найти применение в фармацевтической и пищевой промышленности и в настоящее время выделяются из сыворотки. Способ выделения этих веществ разработан в Мальмё (Швеция) д-ром Х.Барлингом (H. Burling) с сотрудниками отдела научных исследований Шведской молочной ассоциации.

Белки оболочек жировых шариков

Белки оболочек – это группа белков, которые образуют защитный слой вокруг шариков жира для стабилизации его эмульсии. Их консистенция лежит в пределах от мягкой и желеобразной для некоторых из них и до довольно плотной и твердой для других. Некоторые из этих белков содержат липидные остатки и называются липопротеинами. Их липиды и гидрофобные аминокислоты направляют гидрофобные участки своих молекул к жировой поверхности, в то время как участки этих молекул с меньшей гидрофобностью ориентированы в направлении воды.

Тем же путем воздействуют на соответствующие белковые слои и белки оболочек, обладающие слабой гидрофобностью, образуя градиент гидрофобности от поверхности жира к воде.

Градиент гидрофобности в такой оболочке делает ее идеальным местом для адсорбции молекул со всеми степенями гидрофобности. В частности, в структуре оболочки адсорбируются фосфолипидыи липолитические ферменты. Никакие реакции между ферментами и их субстратом не идут до тех пор, пока не будет нарушена структура оболочки, но как только это происходит, ферменты получают доступ к субстрату и начинают реагировать.

Примером таких реакций является липолитическое высвобождение жирных кислот, когда холодное молоко прокачивается неисправным насосом или после гомогенизации холодного сырого молока, без последующей его пастеризации.

Жирные кислоты и некоторые другие продукты этой ферментной реакции придают получаемому продукту прогорклый привкус.

Денатурированные белки

До тех пор пока белки существуют в окружающей среде при значениях температуры и pH, толерантных для этих белков, они сохраняют свои биологические функции. Но при нагревании выше некоторой максимальной температуры их структура будет изменяться. Как говорят, они денатурируются. То же самое происходит, когда белки обрабатываются кислотами или основаниями, подвергаются облучению или интенсивному перемешиванию. Денатурированные белки теряют исходную растворимость.

При денатурации белков исчезает их биологическая активность. Ферменты-белки, являющиеся катализаторами некоторых биохимических реакций, теряют способность ускорять реакции в результате процесса денатурации. Причина этого состоит в том, что нарушаются определенные связи в их молекулах, вызывая изменение структуры белка. После слабого денатурирования белки могут иногда возвратиться в свое исходное состояние с восстановлением их прежних биологических функций.

Однако во многих случаях денатурация является необратимой. Например, белки сваренного яйца не могут быть возвращены в исходное состояние.

Молоко – буферный раствор

Молоко содержит огромное число веществ, которые могут действовать либо как слабые кислоты, либо как слабые основания – например, такие как молочная, лимонная и фосфорная кислоты и их соответствующие соли – лактаты, цитраты и фосфаты. В химии подобная система называется буферным раствором, потому что в некоторых пределах при добавлении кислот или оснований кислотность (pH) в ней остается постоянной. Это явление может быть объяснено специфическими свойствами белков.

При подкислении молока вводят огромное количество водородных ионов (Н⁺). Эти ионы присоединяются к аминогруппам в боковых цепях аминокислот с образованием ионов NH³⁺. При этом, однако, величина pH из-за очень незначительного повышения концентрации свободных водородных ионов почти совсем не меняется.

При введении в молоко основания ионы (Н⁺) выделяются из карбоксильных групп СООН боковых цепей с образованием ионов СОО^–. Поэтому величина pH и в этом случае остается более или менее постоянной. Чем больше основания вводится, тем большее число водородных ионов выделяется.

Другие компоненты молока также обладают этой способностью связывать или выделять ионы, и потому величина pH при добавлении кислот или оснований изменяется очень медленно.

Почти вся способность молока к буферизации исчерпывается, если оно уже является кислым из-за длительного хранения при высоких температурах.

В этом случае для изменения pH достаточно добавления небольшого количества кислоты.

Ферменты, присутствующие в молоке

Ферменты являются белками, продуцируемыми живыми организмами.

Они способны инициировать химические реакции и влиять на ход и скорость этих реакций. Ферменты катализируют реакции, при этом не изменяя своего количества. Поэтому иногда их называют биокатализаторами.

Действие ферментов является специфичным: каждый тип ферментов катализирует только один определенный тип реакций. Два фактора сильно влияют на ферментные реакции – температура и pH.

Как правило, ферменты наиболее активны при оптимальной температуре в интервале 25–50°С. Их активность падает при выходе температуры за верхний предел этого интервала, исчезая где-то в интервале 50–120°С. При этих температурах ферменты практически полностью денатурируются (инактивируются).

Температура инактивации изменяется от одного типа фермента к другому – явление, которое широко используют для определения степени пастеризации молока. Ферменты имеют оптимальный интервал значений pH: некоторые из них лучше всего функционируют в кислых растворах, а другие – в щелочных. Ферменты, присутствующие в молоке, попадают в него или из коров, или от бактерий. Первые из них являются нормальными компонентами молока и называются нативными ферментами. Вторые, бактериальные ферменты, различаются по типу и распространенности в соответствии с природой и величиной бактериальной популяции. Ряд ферментов молока используется для тестирования его качества и контроля. Наиболее важными из этих ферментов являются пероксидаза, каталаза, фосфатаза и липаза.

Пероксидаза

Пероксидаза переносит кислород от пероксида водорода (Н₂О₂) к другим легко окисляемым веществам. Этот фермент инактивируется в молоке нагреванием до 80°С в течение нескольких секунд. Этот факт может быть использован для установления наличия или отсутствия пероксидазы в молоке, и таким образом – для проверки того, была ли температура пастеризации молока выше 80°С.

Этот тест называют пробой Сторча (Storch) на пероксидазу.

Каталаза

Каталаза расщепляет пероксид водорода на воду и свободный кислород. Количественным определением кислорода, выделяемого этим ферментом, можно определить содержание каталазы в молоке и узнать: получено это молоко от животного со здоровым выменем или нет?

Молоко животного с больным выменем содержит большое количество каталазы, в то время как в молоке из здорового вымени наблюдается только незначительное количество каталазы. Однако существует большое количество бактерий, продуцирующих данный фермент. Каталаза разрушается при тепловой обработке, протекающей при температуре 75°С в течение 60 секунд.

Фосфатаза

Фосфатаза обладает свойством расщеплять некоторые эфиры фосфорной кислоты до этой кислоты и соответствующего спирта. Присутствие фосфатазы в молоке может быть обнаружено добавлением эфира фосфорной кислоты и реагента, изменяющего окраску в результате взаимодействия с высвобождающимся спиртом. Изменение окраски свидетельствует о том, что молоко содержит фосфатазу. Этот фермент разрушается при обычной пастеризации (температура 72°С, выдержка 15–20 секунд), таким образом тест на фосфатазу может быть использован для определения, был ли выдержан данный режим пастеризации. Этот рутинный тест, применяемый в молочном деле, называется тестом Шарера (Scharer) на фосфатазу. Этот тест предпочтительно проводить сразу же после нагревания. В противном случае молоко должно быть охлаждено ниже 5°С и выдерживаться при этой температуре до проведения анализа, который должен быть проведен в тот же день. В противном случае может происходить процесс реактивации, при котором инактивированный фермент снова становится активным и дает положительный результат на тест. Этому, в частности, наиболее подвержены сливки.

Липаза

Липаза расщепляет жир на глицерин и свободные жирные кислоты. Избыток этих кислот в молоке или молочных продуктах приводит к появлению прогорклого привкуса. Действие этого фермента, по-видимому, в большинстве случаев является очень слабым, хотя молоко от некоторых коров может обладать сильной липазной активностью. Считается, что количество липазы в молоке увеличивается к концу лактационного периода. Липаза в значительной степени инактивируется пастеризацией, но для полной ее инактивации требуются более высокие температурные режимы. Липазу продуцируют многие микроорганизмы. Это может вызывать серьезные проблемы, так как этот фермент является термостабильным.

Лактоза

Лактоза – является сахаром, находящимся только в молоке, и принадлежит к группе химических соединений, называемых углеводами.

Углеводы являются наиболее важным источником энергии в нашей пище. Хлеб и картофель, например, обогащены углеводами и представляют собой питательный резервуар. Углеводы распадаются на соединения, обладающие высокой энергетической ценностью. Данные соединения участвуют в биохимических реакциях, обеспечивая их протекание необходимой энергией. Углеводы также поставляют материал для синтеза некоторых важных химических соединений в организме. Они присутствуют в мышцах в качестве мышечного гликогена и в печени – в качестве гликогена печени.

Гликоген является примером углевода с очень большой молекулярной массой. Другими примерами подобных углеводов являются крахмал и целлюлоза. Подобные сложные углеводы называются полисахаридами и имеют гигантские молекулы, построенные из молекул глюкозы.

В гликогене и крахмале эти молекулы часто разветвлены, в то время как в целлюлозе они существуют в виде прямых и длинных цепей.

Некоторые дисахариды, то есть углеводы, состоящие из молекул двух типов сахаров. Молекула сахарозы (называемой ранее тростниковым или свекловичным сахаром) состоит из двух простых сахаров (моносахаридов) – фруктозы и глюкозы. Лактоза (молочный сахар) является дисахаридом, молекула которого содержит моносахариды глюкозу и галактозу.

Таблица 2.3 показывает, что содержание лактозы в молоке составляет 3,6–5,5. Что происходит, когда лактоза подвергается воздействию молочнокислых бактерий. Эти бактерии продуцируют фермент лактозу, который расщепляет молекулы лактозы на глюкозу и галактозу. Данные моносахариды под воздействием ряда ферментов, также вырабатываемых молочнокислыми бактериями, превращаются в молочную кислоту путем сложных промежуточных реакций. Ферменты, участвующие в этих реакциях, действуют в определенном порядке.

Расщепление лактозы возможно с образованием других конечных соединений. Это определяется специфическими особенностями микроорганизмов, участвующих в процессе ее брожения.

При нагревании и выдерживании молока при высокой температуре оно буреет и приобретает привкус карамели. Этот процесс называется карамелизацией и является следствием реакции между лактозой и белками, называемой реакцией Майяра (Maillard).

Лактоза является водорастворимой и образует ионно-молекулярный раствор в молоке. В сыроделии наблюдается большой отход лактозы в сыворотку. Испарение сыворотки при приготовлении сывороточно-альбуминного сыра дополнительно повышает концентрацию лактозы. Лактоза не обладает сладким вкусом, как другие сахара; ее сладость, например, в 30 раз меньше, чем у тростникового сахара.

Витамины в молоке

Витамины являются органическими веществами, присутствующими в растениях и организмах животных в очень низких концентрациях. Они совершенно необходимы для нормальной жизнедеятельности. Химический состав витаминов обычно очень сложен, но известен в настоящее время для большинства из них. Различные витамины обозначаются заглавными буквами, иногда с дополнительными численными подстрочными обозначениями – например, А, В₁ и В₂.

Таблица 2.6

Витамины, содержащиеся в молоке, и ежедневная потребность в них

Витаминная недостаточность, и вызываемые ею заболевания

Недостаточность витамина А Куриная слепота; пониженная сопротивляемость инфекционным заболеваниям

Недостаточность витамина В1 Приостановка роста Недостаточность витамина В2 Потеря аппетита; диспепсия

Недостаточность витамина С Усталость, утомляемость, диорея, предрасположенность к инфекционным заболеваниям, цинге

Недостаточность витамина D Деформация скелета (рахит)

Молоко содержит много витаминов. Среди них наиболее известны А₁, В₁, В₂, С и D.

Витамины А и D растворимы в жирах и жирных растворителях, в то времякак другие витамины растворимы в воде.

В таблице 2.6 приведено количество различных витаминов в 1 литре питьевого молока и ежедневные потребности в них у взрослого человека. Из приведенных данных видно, что молоко является хорошим источником витаминов. Недостаток витаминов может привести к заболеваниям, перечисленным в таблице 2.7.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту: