Хімічний склад та споживчі властивості молока

З фізико-хімічних позицій молоко є складною полідисперсною системою, в якій дисперсним середовищем є вода, а дисперсною фазою — речовини, що знаходяться в молекулярному, колоїдному та емульсійному стані.

Молочний цукор та мінеральні солі утворюють молекулярні та іонні розчини. Білки перебувають у розчиненому (альбумін і глобулін) та колоїдному (казеїн) стані, молочний жир — у вигляді емульсії.
Хімічний склад молока непостійний і залежить від таких факторів, як порода та вік тварини, лактаційний період, умови годівлі та утримання, рівень продуктивності, спосіб доїння та ін.
За час лактаційного періоду (близько 300 днів) властивості молока тричі відчутно змінюються.

1. Молоко, яке отримується в перші 5-7 днів після отелення (перший період), називають молозивом.
2. На другий період отримують звичайне молоко.
3. У третій (останні 10-15 днів перед отеленням) — стародійне.

Молозиво по консистенції густіше, ніж звичайне молоко, колір його інтенсивно жовтий, воно солонувато на смак, має специфічний запах. Молозиво характеризується великим вмістом білків (до 11 %) та мінеральних речовин (до 1,2 %), високою кислотністю (40-50 °Т). Молозиво не підлягає прийому на завод та переробці.

Молочний жир раніше розглядався як найцінніша складова молока. Нині вміст молочного жиру тісно пов'язують із кількістю білка. Прилади показують, що молоко з підвищеним вмістом жиру відрізняється і значною кількістю білка. Удой молока та вміст жиру збільшуються з віком тварини (до шостого року), а потім поступово зменшуються.

Вміст молочного цукру протягом усіх років лактації залишається постійним.

Кількість та склад молока визначаються рівнем продуктивності та повноцінністю годівлі. При збільшенні дози протеїну, що перетравлюється, в раціоні на 25-30% в порівнянні з нормою удою підвищується на 10%, а вміст жиру і білків в молоці - на 0,2-0,3%. Збільшивши вміст жиру в молоці всього на 0,1%, по країні можна отримати додатково десятки тисяч тонн олії.
Компоненти молока ділять на справжні та сторонні, а справжні — на основні та другорядні, виходячи із вмісту в молоці.
Наявність сторонніх речовин у молоці обумовлена хімізацією сільського господарства, лікуванням захворювань великої рогатої худоби, забрудненням навколишнього середовища підприємствами та транспортом.
Такі основні компоненти, як молочний жир, лактоза, казенни, лактоальбумін, лактоглобулін, синтезуються у молочній залозі та зустрічаються тільки в молоці.
При виробництві, оцінці складу та якості молока за допомогою жиромірів, прийнято виділяти вміст жирової фази та молочної плазми (всі інші компоненти, крім жиру). З технологічної та економічної точок зору молоко поділяють на воду та суху речовину, до якої входять молочний жир та сухий знежирений молочний залишок (СОМО).
Найбільші коливання у хімічному складі відбуваються за рахунок зміни води та жиру; вміст лактози, мінеральних речовин та білків постійно. Тому за змістом СОМО можна будувати висновки про натуральності молока.

Білки молока

За останні роки сформувалася стала думка, що білки є найціннішою складовою молока. Білки молока — це високомолекулярні сполуки, що складаються з амінокислот, пов'язаних між собою характерним для білків пептидним зв'язком.
Білки молока ділять на дві основні групи — казеїни та сироваткові білки.
Казеїн відноситься до складних білків і знаходиться в молоці у вигляді гранул, які формуються за участю іонів кальцію, фосфору та ін. Розмір казеїнових гранул залежить від вмісту іонів кальцію. Зі зменшенням вмісту кальцію в молоці ці молекули розпадаються на простіші казеїнові комплекси.

1. Казеїн у сухому вигляді являє собою білий порошок, без смаку та запаху.
2. У молоці казеїн пов'язаний з кальцієм і знаходиться у вигляді розчинної кальцієвої солі.
3. Під дією кислот, кислих солей та ферментів казеїн згортається (коагулює) і випадає в осад, що використовується у виробництві кисло-молочних напоїв, сирів, сиру.
4. Після видалення казеїну в молочній сироватці залишаються розчинні сироваткові білки (0,6 %), основними з яких є альбумін та глобулін, що належать до білків плазми крові.

Альбумін відноситься до простих білків, добре розчинний у воді. Під дією сичужного ферменту та кислот альбумін не згортається, а при нагріванні до 70 °С випадає в осад.
Глобулін — простий білок — присутній у молоці в розчиненому стані, згортається при нагріванні в слабокислому середовищі до температури 72 °С.
Глобулін є носієм імунних тіл. У молозиві кількість сироваткових білків сягає 15%. Сироваткові білки все ширше використовують як добавки при виробництві молочних та інших продуктів, оскільки з точки зору фізіології харчування вони більш повнопінні, ніж казеїн, оскільки містять більше незамінних кислот і сірки. Ступінь засвоєння білків молока - 96-98%.
З інших білків найбільше значення має білок жирових кульок, який відноситься до складних білків. Оболонки жирових кульок складаються зі сполук фосфоліпідів і білків (ліпопротеїди) і є лецитино-білковим комплексом.

Молочний жир

Молочний жир у чистому вигляді – складний ефір триатомного спирту гліцерину та граничних (і/або ненасичених) жирних кислот. Молочний жир складається з тригліцеридів, вільних жирних кислот і неомилясних речовин (вітамінів, фосфагідів) і знаходиться в молоці у вигляді жирних кульок діаметром 0,5-10 мкм, оточених лепітіно-білковою оболонкою. Оболонка жирової кульки має складну структуру і хімічний склад, має поверхневу активність і стабілізує емульсію жирових кульок..

У молочному жирі переважають олеїнова та пальмітинова кислоти, крім того, на відміну від інших жирів у ньому міститься підвищена (близько 8 %) кількість низькомолекулярних (летючих) жирних кислот (масляна, капронова, каприлова, капринова), які визначають специфічний смак та запах молочного жиру. Для характеристики жирно-кислотного складу молочного жиру використовують найважливіші хімічні числа - кислотне, омилення, йодне, Рейхерта-Мейсля, Поленську.

• Молочний жир може перебувати в затверділому (кристалічному) та розплавленому станах, температура застигання -18-23 °С, температура плавлення 27-34 °С.
• Щільність молочного жиру при температурі 20 °С становить 930-938 кг/м³.
• Залежно від температурних умов середовища гліцериди молочного жиру можуть утворювати кристалічні форми, що відрізняються будовою кристалічних ґрат, формою кристалів, температурою плавлення.
• Малостійкий до впливу високих температур, світлових променів, водяної пари, кисню повітря, розчинів лугів і кислот, молочний жир під їх впливом гідролізується, осолюється, окислюється і гіркує.

Крім нейтральних жирів у молоці містяться жироподібні речовини - фосфатиди (фосфоліпіди) лецитин і кефалін і стерини - холестерин та ергостерину.

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

Молочний цукор

Молочний цукор (лактоза) C₁₂H₂₂O₁₁, у сучасній номенклатурі вуглеводів належить до класу олігосахаридів. Цей дисахарид відіграє важливу роль у фізіології розвитку живих організмів, оскільки є практично єдиним вуглеводом, який отримує новонароджені ссавці з їжею. Лактоза розщеплюється ферментом лактазою, виступає джерелом енергії та регулює кальцієвий обмін.
У шлунку людини фермент лактазу виявляють вже на третьому місяці розвитку плода, і вмісту се достатньо протягом усього життя, якщо молоко постійно входить до раціону харчування.
Лактоза існує в ізомерних формах α- і β- мають різні фізичні властивості. У молоці переважає «α-форма лактози, яка надає молоку солодкуватий присмак, легко засвоюється організмом, але не виявляє виражених біфідогенних властивостей (не є регулятором мікробіологічних процесів).
У порівнянні з сахарозою лактоза менш солодка та гірше розчиняється у воді. Якщо прийняти насолоду сахарози за 100 од., то насолода фруктози буде 125 од., глюкози — 72 од., а лактози — 38 од.
Розчинність лактози 16,1% при температурі 20°C 30,4% при 50°С, 61,2% при 100°С, тоді як розчинність сахарози за цих температур становить відповідно 67,1; 74,2 та 83 %.
Лактоза є головним джерелом енергії для молочнокислих бактерій, які зброджують її на глюкозу і галактозу і далі до молочної кислоти. Під впливом молочних дріжджів кінцеві продукти розпаду лактози — головним чином спирт та вуглекислий газ.
Особливість лактози - повільне всмоктування (засвоєння) стінками шлунка та кишечника. Досягаючи товстого кишечника, вона стимулює життєдіяльність бактерій, що продукують молочну кислоту, яка пригнічує розвиток гнильної мікрофлори.
Крім лактози в молоці в невеликих кількостях містяться й інші цукри, насамперед аміносахара, які пов'язані з білками та діють як стимулятори росту мікроорганізмів.

Енергетична цінність 1 г вуглеводів (лактози) – 3,8 ккал. Засвоюваність молочного цукру становить 99%.

Мінеральні речовини (солі молока)

Під мінеральними речовинами розуміються іони металів, і навіть солі неорганічних і органічних кислот молока. У молоці міститься близько 1% мінеральних речовин. Більшість їх становлять середні і кислі солі фосфорної кислоти. З солей органічних кислот присутні головним чином солі казеїнової та лимонної кислот.
Мінеральні речовини містяться у всіх тканинах організму, беруть участь у формуванні кісток, підтримують осмотичний тиск крові, є складовою ферментів, гормонів.
Солі молока та мікроелементи поряд з іншими основними компонентами зумовлюють високу біологічну цінність молока. Надлишок солей спричиняє порушення колоїдної системи білків, внаслідок чого вони випадають в осад. Ця властивість молока використовується для прискорення коагуляції білка у виробництві сиру та сирів.
Залежно від концентрації в молоці мінеральні речовини поділяються на макро- та мікроелементи. Зміст макроелементів у молоці залежить від породи корів, стадії лактації, середні значення наведені в табл. 1.1.

Та6лиця 1.1. Макроелементний склад коров'ячого молока

Мікроелементи є у молоці у вигляді іонів і є життєво необхідними речовинами. Вони входять до складу багатьох ферментів, активізують або інгібують їхню дію, можуть бути каталізаторами хімічних перетворень речовин, що викликають різні вади молока. Тому концентрація мікроелементів має перевищувати допустимих значень. Середній мікроелементний склад молока представлений у табл.. 1.2.

Таблиця 1.2. Мікроелементний склад коров'ячого молока

Організм людини відчуває високу потребу у таких мікроелементах, як залізо, мідь, кобальт, цинк, йод. Дитячий організм, що росте, особливо потребує кальцію, фосфору, залози, магнію.

Особливості складу молока різних сільськогосподарських тварин

У їжу та вироблення різних молочних продуктів використовується як коров'яче молоко, а й молоко низки інших сільськогосподарських тварин. Так, високоякісну бринзу одержують із овечого молока, кумис — із кобилячого. Середній хімічний склад основних компонентів молока сільськогосподарських тварин наведено у табл.. 1.5.

Таблиця 1.5. Характеристика молока тварин різних видів

Козяче молоко найближче до коров'ячого за складом та властивостями. Воно характеризується солодкуватим смаком та характерним запахом. У козячому молоці більше жиру, кальцію, фосфору, молочний жир має більшу дисперсність.
Овече молоко має білий колір із сіруватим відтінком, що пояснюється відсутністю каротину, хоча вміст вітаміну А значний.
Кобиле молоко має солодкий, трохи терпкий смак і запах, більш в'язке, білого з блакитним відтінком кольору. Порівняно з коров'ячим молоком воно містить менше жиру, білка, мінеральних речовин, у його білках переважають альбумін та глобулін. Молоко багате на вітаміни, особливо вітамін С (в 5-7 разів більше, ніж у коров'ячому молоці). Молоко кобилиці має бактерицидну дію. Жир у кобилому молоці диспергованіший, ніж у коров'ячому.
Осляче молоко за хімічним складом, органолептичними показниками незначно відрізняється від кобилячого.
Молоко ослиці при згортанні утворює пластівцевий потік, має високу біологічну цінність і відноситься до лікувальних продуктів харчування.
Буйволине молоко має приємний смак і запах, більш в'язке, ніж коров'яче, за рахунок значного вмісту жиру та СОМО.

Для верблюжого молока характерні солодкуватий смак, в'язка консистенція, підвищений вміст фосфорних та кальцієвих солей.

Органолептичні та фізико-хімічні властивості молока

Молоко, отримане від здорових сільськогосподарських тварин, характеризується певними органолептичними показниками (смак, запах, колір, консистенція) та фізико-хімічними (титрована та активна кислотність, щільність, в'язкість, поверхневий натяг, осмотичний тиск, температура замерзання та кипіння, електрична провідність, діе постійна, світлозаломлення).

За зміною органолептичних та фізико-хімічних властивостей можна судити про якість молока. Такі фактори, як хвороба тварин, зміна раціону їх годування, зберігання молока в несприятливих умовах, фальсифікація та ін, сприяють зниженню якості молока і ставлять під сумнів можливість його використання як сировину для вироблення інших продуктів харчування. Для оперативного контролю пропонується спеціалізоване обладнання для молочних лабораторій для експрес аналізу повного спектру параметрів якості молока, затребуване в промисловості, прийманні, переробці.

Відповідно до стандарту молоко-сировина повинна мати однорідну консистенцію без опадів та пластівців, білий колір (зі слабким жовтим відтінком), без присмаків та запахів, не властивих натуральному свіжому продукту.
Білий колір та непрозорість молока обумовлені тим, що світло, що потрапляє на молоко, розсіюється колоїдними частинками білків та кульками жиру. Присутність у молоці жовтого відтінку залежить від наявності каротину, розчиненого в жирі. Характерний слабовиражений солодкуватий смак визначають такі речовини, як лактоза, хлориди, жирні кислоти та жир. Притаманний молоку запах викликаний наявністю деяких летких сполук (ацетону, летких жирних кислот, диметил сульфіду та ін.).
Загальна (титрована) кислотність є найважливішим показником свіжості молока і відображає концентрацію складових частин молока, що мають кислотний характер. Вона виявляється у градусах Тернера ° Т і для свіжовидоєного молока становить 16-18 ° Т. Основними компонентами молока, що зумовлюють кислотність, що титрується, виступають кислі фосфорно-кислі солі кальцію, натрію, калію, лимонно-кислі солі, вуглекислота, білки. Перед білків у створенні титруемой кислотності молока припадає 3-4 °Т. При зберіганні молока титрована кислотність збільшується за рахунок утворення молочної кислоти з лактози.
Активна кислотність рН є одним із показників якості молока і визначається концентрацією водневих іонів. Для свіжого молока рН у межах 6,4- 6,8, тобто. у молока слабокисла реакція.
Від значення рН залежить колоїдний стан білків молока, розвиток корисної та шкідливої мікрофлори, термостійкість молока, активність ферментів.
Молоко має буферні властивості завдяки наявності білків, гілрофосфатів, цитратів та діоксиду вуглецю. Це доводиться тим, що рН молока не змінюється при деякому підвищенні кислотності, що титрується. Під буферною ємністю молока розуміють кількість 0,1 н кислоти чи лугу, необхідне зміни рН середовища на 1 од. При утворенні молочної кислоти рівновага між окремими буферними системами зсувається і знижується рН. Молочна кислота розчиняє також колоїдний фосфат кальцію, що призводить до підвищення вмісту гідрофосфатів, що титруються, і збільшення дії кальцію на результат титрування.
Щільність молока - це відношення маси молока при температурі 20 °С до маси того ж об'єму води при температурі 4 °С. Молочні ареометри показують, що щільність збірного коров'ячого молока знаходиться в діапазоні 1027-1032 кг/м 3 . На щільність молока впливають всі складові, але в першу чергу суха знежирена речовина (білки, мінеральні речовини та ін) і жир. При знежиренні густина молока підвищується, розведення водою призводить до зниження густини. При додаванні води до молока в кількості 10% густина зменшується на 0,003 од., тому може перебувати в межах коливання густини молока. Достовірно фальсифікацію (розведення водою) можна визначити за густиною, якщо додано 15 % води.
Осмотичний тиск молока досить близький до осмотичного тиску крові і становить близько 0,66 МПа. Головну роль у створенні осмотичного тиску грають молочний цукор та деякі солі. Жир у створенні осмотичного тиску бере участь, білку належить нікчемна роль. Осмотичний тиск молока сприятливий для розвитку мікроорганізмів.
Температура замерзання молока (кріоскопічна температура) тісно пов'язана з його осмотичним тиском і у здорових корів практично не змінюється. Тому за кріоскопічною температурою можна судити про фальсифікацію молока. Кріоскопічна температура молока нижче за нуль і в середньому становить -0,54 °С. При додаванні води до молока температура його замерзання підвищується (1 % доданої води підвищує температуру замерзання натурального молока на 0,006 °С).
В'язкість молока майже в 2 рази більша за в'язкість води і при 20 °С для різних видів молока становить (1,3-2,1) 10^-3Па*с. Найсильніший вплив на показник в'язкості надають кількість та дисперсність молочного жиру та стан білків.
Поверхневий натяг молока приблизно на третину нижче, ніж у води, і становить 4,4-10^-3 Н/м. Воно залежить насамперед від вмісту жиру, білків. Білкові речовини знижують поверхневий натяг та сприяють утворенню піни.
Оптичні властивості виражаються коефіцієнтом рефракції, який для молока становить 1,348. Залежність коефіцієнта заломлення від вмісту сухих речовин використовують для контролю СОМО, білка та визначення йодного числа за допомогою рефрактометрів.
Діелектрична постійна молока та молочних продуктів визначається кількістю та енергією зв'язку вологи. Для води діелектрична стала 81, для молочного жиру 3,1-3,2. За діелектричною постійною контролюють вміст вологи в олії, сухих молочних продуктах.
Показник заломлення молока при 20 °С становить 1,3340-1,3485. Він визначається показником заломлення води 1,3329 та наявністю сухого знежиреного залишку (СОМО), а точніше, лактози, казеїну та інших білків, мінеральних солей та інших речовин. У зв'язку з цим за показником заломлення, контролюють масову частку СОМО, білків та лактози.
Температура кипіння молока 100,2 °С.