Химический состав и потребительские свойства молока

С физико-химических позиций молоко представляет собой сложную полидисперсную систему, в которой дисперсной средой является вода, а дисперсной фазой — вещества, находящиеся в молекулярном, коллоидном и эмульсионном состоянии.

Молочный сахар и минеральные соли образуют молекулярные и ионные растворы. Белки находятся в растворенном (альбумин и глобулин) и коллоидном (казеин) состоянии, молочный жир — в виде эмульсии.
Химический состав молока непостоянен и зависит от таких факторов, как порода и возраст животного, лактационный период, условия кормления и содержания, уровень продуктивности, способ доения и др.
За время лактационного периода (около 300 дней) свойства молока трижды ощутимо меняются.

1. Молоко, получаемое в первые 5-7 дней после отела (первый период), называют молозивом.
2. Во второй период получают обычное молоко.
3. В третий (последние 10-15 дней перед отелом) — стародойное.

Молозиво по консистенции более густое, чем обычное молоко, цвет его интенсивно желтый, оно солоновато на вкус, имеет специфический запах. Молозиво характеризуется большим содержанием белков (до 11 %) и минеральных веществ (до 1,2 %), высокой кислотностью (40-50 °Т). Молозиво не подлежит приему на завод и переработке.

Молочный жир раньше рассматривался как самая ценная составная часть молока. В настоящее время содержание молочного жира тесно связывают с количеством белка. Приборы показывают, что молоко с повышенным содержанием жира отличается и значительным количеством белка. Удой молока и содержание жира увеличиваются с возрастом животного (до шестого года), а затем постепенно уменьшаются.

Содержание молочного сахара на протяжении всех лет лактации остается постоянным.

Количество и состав молока определяются уровнем продуктивности и полноценностью кормления. При увеличении дозы перевариваемого протеина в рационе на 25-30 % по сравнению с нормой удой повышается на 10 %, а содержание жира и белков в молоке — на 0,2-0,3 %. Увеличив содержание жира в молоке всего на 0,1 %, по стране можно получить дополнительно десятки тысяч тонн масла.
Компоненты молока делят на истинные и посторонние, а истинные — на основные и второстепенные исходя из содержания в молоке.
Наличие посторонних веществ в молоке обусловлено химизацией сельского хозяйства, лечением заболеваний крупного рогатого скота, загрязнением окружающей среды предприятиями и транспортом.
Такие основные компоненты, как молочный жир, лактоза, казенны, лактоальбумин, лактоглобулин, синтезируются в молочной железе и встречаются только в молоке.
При производстве, оценке состава и качества молока с помощоью жиромеров, принято выделять содержание жировой фазы и молочной плазмы (все остальные компоненты, кроме жира). С технологической и экономической точек зрения молоко подразделяют на воду и сухое вещество, в которое входят молочный жир и сухой обезжиренный молочный остаток (СОМО).
Наибольшие колебания в химическом составе происходят за счет изменения воды и жира; содержание лактозы, минеральных веществ и белков постоянно. Поэтому по содержанию СОМО можно судить о натуральности молока.

Белки молока

За последние годы сформировалось устойчивое мнение, что белки являются самой ценной составной частью молока. Белки молока — это высокомолекулярные соединения, состоящие из аминокислот, связанных между собой характерной для белков пептидной связью.
Белки молока делят на две основные группы — казеины и сывороточные белки.
Казеин относится к сложным белкам и находится в молоке в виде гранул, которые формируются при участии ионов кальция, фосфора и др. Размер казеиновых гранул зависит от содержания ионов кальция. С уменьшением содержания кальция в молоке эти молекулы распадаются на более простые казеиновые комплексы.

1. Казеин в сухом виде представляет собой белый порошок, без вкуса и запаха.
2. В молоке казеин связан с кальцием и находится в виде растворимой кальциевой соли.
3. Под действием кислот, кислых солей и ферментов казеин свертывается (коагулирует) и выпадает в осадок, что используется в производстве кисло-молочных напитков, сыров, творога.
4. После удаления казеина в молочной сыворотке остаются растворимые сывороточные белки (0,6 %), основными из которых являются альбумин и глобулин, которые относятся к белкам плазмы крови.

Альбумин относится к простым белкам, хорошо растворим в воде. Под действием сычужного фермента и кислот альбумин не свертывается, а при нагревании до 70 °С выпадает в осадок.
Глобулин — простой белок — присутствует в молоке в растворенном состоянии, свертывается при нагревании в слабокислой среде до температуры 72 °С.
Глобулин является носителем иммунных тел. В молозиве количество сывороточных белков достигает 15 %. Сывороточные белки все шире используют в качестве добавок при производстве молочных и других продуктов, так как с точки зрения физиологии питания они более полнопенные, чем казеин, поскольку содержат больше незаменимых кислот и серы. Степень усвоения белков молока — 96-98 %.
Из других белков наибольшее значение имеет белок жировых шариков, который относится к сложным белкам. Оболочки жировых шариков состоят из соединений фосфолипидов и белков (липопротеиды) и представляют собой лецитино-белковый комплекс.

Молочный жир

Молочный жир в чистом виде — сложный эфир трехатомного спирта глицерина и предельных (и/или непредельных) жирных кислот. Молочный жир состоит из триглицеридов, свободных жирных кислот и неомылясмых веществ (витаминов, фосфагидов) и находится в молоке в виде жирных шариков диаметром 0,5-10 мкм, окруженных лепитино-белковой оболочкой. Оболочка жирового шарика имеет сложную структуру и химический состав, обладает поверхностной активностью и стабилизирует эмульсию жировых шариков.

В молочном жире преобладают олеиновая и пальмитиновая кислоты, кроме того, в отличие от других жиров в нем содержится повышенное (около 8 %) количество низкомолекулярных (летучих) жирных кислот (масляная, капроновая, капри- ловая, каприновая), которые определяют специфический вкус и запах молочного жира. Для характеристики жирно-кислот- ного состава молочного жира используют важнейшие химические числа — кислотное, омыления, йодное, Рейхерта-Мейсля, Поленске.

• Молочный жир может находиться в отвердевшем (кристаллическом) и расплавленном состояниях, температура застывания -18-23 °С, температура плавления 27-34 °С.
• Плотность молочного жира при температуре 20 °С составляет 930- 938 кг/м³.
• В зависимости от температурных условий среды глицериды молочного жира могут образовывать кристаллические формы, различающиеся строением кристаллической решетки, формой кристаллов, температурой плавления.
• Малоустойчивый к воздействию высоких температур, световых лучей, водяных паров, кислорода воздуха, растворов щелочей и кислот, молочный жир под их влиянием гидролизуется, осаливается, окисляется и прогоркает.

Кроме нейтральных жиров в молоке содержатся жироподобные вещества — фосфатиды (фосфолипиды) лецитин и кефалин и стерины — холестерин и эргостерин.

Энергетическая ценность 1 г молочного жира составляет 9 ккал, усвояемость — 95 %.

Молочный сахар

Молочный сахар (лактоза) C₁₂H₂₂O₁₁, в современной номенклатуре углеводов относится к классу олигосахаридов. Этот дисахарид играет важную роль в физиологии развития живых организмов, так как является практически единственным углеводом, получаемым новорожденными млекопитающими с пищей. Лактоза расщепляется ферментом лактазой, выступает источником энергии и регулирует кальциевый обмен.
В желудке человека фермент лактазу обнаруживают уже на третьем месяце развития плода, и содержания се достаточно на протяжении всей жизни, если молоко постоянно входит в рацион питания.
Лактоза существует в изомерных формах α- и β- обладающих разными физическими свойствами. В молоке преобладает «α-форма лактозы, которая придает молоку сладковатый привкус, легко усваивается организмом, но не проявляет выраженных бифидогенных свойств (не является регулятором микробиологических процессов).
По сравнению с сахарозой лактоза менее сладкая и хуже растворяется в воде. Если принять сладость сахарозы за 100 ед., то сладость фруктозы будет 125 ед., глюкозы — 72 ед., а лактозы — 38 ед.
Растворимость лактозы 16,1 % при температуре 20°C 30,4 % при 50 °С, 61,2 % при 100 °С, в то время как растворимость сахарозы при этих температурах составляет соответственно 67,1; 74,2 и 83 %.
Лактоза является главным источником энергии для молочно-кислых бактерий, которые сбраживают ее на глюкозу и галактозу и далее до молочной кислоты. Под влиянием молочных дрожжей конечные продукты распада лактозы — главным образом спирт и углекислый газ.
Особенность лактозы — медленное всасывание (усвоение) стенками желудка и кишечника. Достигая толстого кишечника, она стимулирует жизнедеятельность бактерий, продуцирующих молочную кислоту, которая подавляет развитие гнилостной микрофлоры.
Кроме лактозы в молоке в небольших количествах содержатся и другие сахара, прежде всего аминосахара, которые связаны с белками и действуют как стимуляторы роста микроорганизмов.

Энергетическая ценность 1 г углеводов (лактозы) — 3,8 ккал. Усвояемость молочного сахара составляет 99 %.

Минеральные вещества (соли молока)

Под минеральными веществами понимаются ионы металлов, а также соли неорганических и органических кислот молока. В молоке содержится около 1 % минеральных веществ. Большую часть из них составляют средние и кислые соли фосфорной кислоты. Из солей органических кислот присутствуют главным образом соли казеиновой и лимонной кислот.
Минеральные вещества содержатся во всех тканях организма, участвуют в формировании костей, поддерживают осмотическое давление крови, являются составной частью ферментов, гормонов.
Соли молока и микроэлементы наряду с другими основными компонентами обусловливают высокую биологическую ценность молока. Избыток солей влечет за собой нарушение коллоидной системы белков, в результате чего они выпадают в осадок. Это свойство молока используется для ускорения коагуляции белка в производстве творога и сыров.
В зависимости от концентрации в молоке минеральные вещества делятся на макро- и микроэлементы. Содержание макроэлементов в молоке зависит от породы коров, стадии лактации, средние их значения приведены в табл. 1.1.

Та6лица 1.1. Макроэлементный состав коровьего молока

Микроэлементы присутствуют в молоке в виде ионов и являются жизненно необходимыми веществами. Они входят в состав многих ферментов, активизируют или ингибируют их действие, могут быть катализаторами химических превращений веществ, вызывающих различные пороки молока. Поэтому концентрация микроэлементов не должна превышать допустимых значений. Средний микроэлементный состав молока представлен в табл. 1.2.

Таблица 1.2. Микроэлементный состав коровьего молока

Организм человека испытывает высокую потребность в таких микроэлементах, как железо, медь, кобальт, цинк, йод. Растущий детский организм особенно нуждается в кальции, фосфоре, железе, магнии.

Особенности состава молока различных сельскохозяйственных животных

В пищу и для выработки различных молочных продуктов используется не только коровье молоко, но и молоко ряда других сельскохозяйственных животных. Так, высококачественную брынзу получают из овечьего молока, кумыс — из кобыльего. Средний химический состав основных компонентов молока сельскохозяйственных животных приведен в табл. 1.5.

Таблица 1.5.Характеристика молока животных различных видов

Козье молоко наиболее близко к коровьему по составу и свойствам. Оно характеризуется сладковатым вкусом и характерным запахом. В козьем молоке больше жира, кальция, фосфора, молочный жир имеет более высокую дисперсность.
Овечье молоко имеет белый цвет с сероватым оттенком, что объясняется отсутствием каротина, хотя содержание витамина А значительное.
Кобылье молоко обладает сладким, немного терпким вкусом и запахом, более вязкое, белого с голубоватым оттенком цвета. По сравнению с коровьим молоком оно содержит меньше жира, белка, минеральных веществ, в его белках преобладают альбумин и глобулин. Молоко богато витаминами, особенно витамином С (в 5-7 раз больше, чем в коровьем молоке). Молоко кобылицы оказывает бактерицидное действие. Жир в кобыльем молоке более диспергирован, чем в коровьем.
Ослиное молоко по химическому составу, органолептическим показателям незначительно отличается от кобыльего.
Молоко ослицы при свертывании образует хлопьевидный сгусток, имеет высокую биологическую ценность и относится к лечебным продуктам питания.
Буйволиное молоко обладает приятным вкусом и запахом, более вязкое, чем коровье, за счет значительного содержания жира и СОМО.

Для верблюжьего молока характерны сладковатый вкус, вязкая консистенция, повышенное содержание фосфорных и кальциевых солей.

Органолептические и физико-химические свойства молока

Молоко, полученное от здоровых сельскохозяйственных животных, характеризуется определенными органолептическими показателями (вкус, запах, цвет, консистенция) и физико-химическими (титруемая и активная кислотность, плотность, вязкость, поверхностное натяжение, осмотическое давление, температура замерзания и кипения, электрическая проводимость, диэлектрическая постоянная, светопреломление).

По изменению органолептических и физико-химических свойств можно судить о качестве молока. Такие факторы, как болезнь животных, изменение рациона их кормления, хранение молока в неблагоприятных условиях, фальсификация и др., способствуют снижению качества молока и ставят под сомнение возможность его использования в качестве сырья для выработки других продуктов питания. Для оперативного контроля предлагается специализированное оборудование для молочных лабораторий для экспресс анализа полного спектра параметров качества молока, востребованное в промышленности, при приемке, переработке.

В соответствии со стандартом молоко-сырье должно иметь однородную консистенцию без осадков и хлопьев, белый цвет (со слабым желтым оттенком), без привкусов и запахов, не свойственных натуральному свежему продукту.
Белый цвет и непрозрачность молока обусловлены тем, что свет, попадающий на молоко, рассеивается коллоидными частицами белков и шариками жира. Присутствие в молоке желтоватого оттенка зависит от наличия каротина, растворенного в жире. Характерный слабовыраженный сладковатый вкус определяют такие вещества, как лактоза, хлориды, жирные кислоты и жир. Присущий молоку запах вызван наличием некоторых летучих соединений (ацетона, летучих жирных кислот, диметил сульфида и др.).
Общая (титруемая) кислотность является важнейшим показателем свежести молока и отражает концентрацию составных частей молока, имеющих кислотный характер. Она выражается в градусах Тернера °Т и для свежевыдоенного молока составляет 16-18 °Т. Основными компонентами молока, обусловливающими титруемую кислотность, выступают кислые фосфорно-кислые соли кальция, натрия, калия, лимон- но-кислые соли, углекислота, белки. На долю белков в создании титруемой кислотности молока приходится 3-4 °Т. При хранении молока титруемая кислотность увеличивается за счет образования молочной кислоты из лактозы.
Активная кислотность рН является одним из показателей качества молока и определяется концентрацией водородных ионов. Для свежего молока рН находится в пределах 6,4- 6,8, т.е. у молока слабокислая реакция.
От значения рН зависит коллоидное состояние белков молока, развитие полезной и вредной микрофлоры, термоустойчивость молока, активность ферментов.
Молоко обладает буферными свойствами благодаря наличию белков, гилрофосфатов, цитратов и диоксида углерода. Это доказывается тем, что рН молока не изменяется при некотором повышении титруемой кислотности. Под буферной емкостью молока понимают количество 0,1 н кислоты или щелочи, необходимое для изменения рН среды на 1 ед. При образовании молочной кислоты равновесие между отдельными буферными системами сдвигается и рН снижается. Молочная кислота растворяет также коллоидный фосфат кальция, что приводит к повышению содержания титруемых гидрофосфатов и увеличению действия кальция на результат титрования.
Плотность молока - это отношение массы молока при температуре 20 °С к массе того же объема воды при температуре 4 °С. Молочные ареометры показывают, что плотность сборного коровьего молока находится в диапазоне 1027-1032 кг/м³. На плотность молока влияют все составные части, но в первую очередь сухое обезжиренное вещество (белки, минеральные вещества и др.) и жир. При обезжиривании плотность молока повышается, разбавление водой приводит к понижению плотности. При добавлении воды к молоку в количестве 10 % плотность уменьшается на 0,003 ед., поэтому может находиться в пределах колебания плотности молока. Достоверно фальсификацию (разбавление водой) можно определить по плотности, если добавлено 15 % воды.
Осмотическое давление молока довольно близко к осмотическому давлению крови и составляет около 0,66 МПа. Главную роль в создании осмотического давления играют молочный сахар и некоторые соли. Жир в создании осмотического давления не участвует, белку принадлежит ничтожная роль. Осмотическое давление молока благоприятно для развития микроорганизмов.
Температура замерзания молока (криоскопическая температура) тесно связана с его осмотическим давлением и у здоровых коров практически не меняется. Поэтому по криоскопической температуре можно достоверно судить о фальсификации молока. Криоскопическая температура молока ниже нуля и в среднем составляет -0,54 °С. При добавлении воды в молоко температура его замерзания повышается (1 % добавленной воды повышает температуру замерзания натурального молока на 0,006 °С).
Вязкость молока почти в 2 раза больше вязкости воды и при 20 °С для разных видов молока составляет (1,3-2,1) 10^-3Па*с. Самое сильное влияние на показатель вязкости оказывают количество и дисперсность молочного жира и состояние белков.
Поверхностное натяжение молока приблизительно на треть ниже, чем у воды, и составляет 4,4-10^-3 Н/м. Оно зависит прежде всего от содержания жира, белков. Белковые вещества снижают поверхностное натяжение и способствуют образованию пены.
Оптические свойства выражаются коэффициентом рефракции, который для молока составляет 1,348. Зависимость коэффициента преломления от содержания сухих веществ используют для контроля СОМО, белка и определения йодного числа рефрактометрическими исследованиями.
Диэлектрическая постоянная молока и молочных продуктов определяется количеством и энергией связи влаги. Для воды диэлектрическая постоянная 81, для молочного жира 3,1-3,2. По диэлектрической постоянной контролируют содержание влаги в масле, сухих молочных продуктах.
Показатель преломления молока при 20 °С составляет 1,3340-1,3485. Он определяется показателем преломления воды 1,3329 и наличием сухого обезжиренного остатка (СОМО), а точнее, лактозы, казеина и других белков, минеральных солей и прочих веществ. В связи с этим по показателю преломления, который измеряют рефрактометром, контролируют массовую долю СОМО, белков и лактозы.
Температура кипения молока 100,2 °С.