1. Казеїн – основний білок молока. Фракційний склад казеїну.
Казеїн є основним білком молока, його вміст — від 2,1 до 2,9 % .
Понад 95 % казеїну міститься у молоці у вигляді міцел (лат.тпісеїіа — крихітка, крупинка). Це близькідо сферичної форми частинки розміром від ЗО до 300 нм і молекулярною масою від 2,7-107 до 5 ? 109 (найчастіше від 6 • 10* до 6 -109). Міцели казеїну складаються із окремих субміцел, які являють собою складні комплекси окремих фракцій з колоїдним фосфатом кальї у ю.
Казеїн є фосфопротеїдом, тобто у своєму складі містить залишки фосфорної кислоти (органічний фосфор), приєднані до амінокислоти серину моноефірним зв'язком (—О — Р—):
Кількісний вміст залишків фосфорної кислоти у поліпептидних ланцюжках визначає чутливість казеїну до іонів кальцію. Велика кількість аніонних груп зумовлює високу чутливість казеїну до рівня рН, а противагою наявності у поліпептидних ланцюжках заряджених гідрофільних ділянок, є гідрофобні ділянки. Наявність сульфгідрильних груп підвищує їх реакційну здатність.
Носіями від'ємних зарядів є Р- та у-карбоксильні групи аспарагі нової та глутамінової кислот, носіями позитивних зарядів і лужних властивостей є є-аміногрупи лізину, гуанідинові групи аргініні та амідазольні групи гістидину.
При рН свіжого молока (рН = 6,6) казеїн мас сумарний від'ємний заряд. При підвищенні рівня активної кислотності середовища усклад нюється дисонДащія негативно заряджених груп, в певний час настає момент рівноваги — рівної кількості дисоційованих позитивно та негативно заряджених груп. Рівність позитивних і негативних зарядів для казеїну настає при рН = 4,6.. .4,7. Тобто, у складі казеїну переважають дикарбонові кислоти. Візсюлектричній точці казеїн має найменшу розчинність і коагулює.
Казеїн має здатність приєднувати значну кількість води — більш як 2 г на 1 г білка. Гідрофільні властивості казеїну залежать від структури, заряду молекул, рН середовища, концентрації в них солей таін. Від гідрофільних властивостей казеїну залежить стабільність білка в пастеризованому, стерилізованому та сирому молоці. В процесі високотемпературного оброблення відбувається взаємодія денатурованого р-лактоглобуліну з казеїном, в результаті чого підвищується гідрофільність казеїну, що використовується у технвлогії кисломолочних напоїв. Від інтенсивності цієї взаємодії залежать структурно-механічні властивості (міцність, здатність утримувати сироватку) кислотного та кислотно-сичужного згустків, що утворюються у процесі виробництва сиру кисломолочного та сичужних сирів. Гідрофільні властивості казеїну та продуктів його розпаду також визначають вологозв'язувальну та вологоутримувальну здатність сирної маси у процесі визрівання сирів, тобто консистенцію готового продукту.
За невисокої концентрації електроліту розчинність білків у цілому підвищується за рахунок адсорбування іонів на своїй поверхні. Високі концентрації солей мають протилежний ефект. Іони конкурують з білковими частинками і внаслідок підвищеної густини заряду віднімають у них гідратну воду. Залишені без гідратної оболонки міцели утворюють агломерати і випадають у осад. Цей процес отримав назву висолювання і використовується для виділення окремих фракцій білків. Висолювання не змінює вторинну та третинну структуру білків і є зворотним.
Органічні розчинники також сприяють зменшенню розчинності білка. Додавання цих розчинників знижує діелектричну сталу розчину, внаслідок чого зменшується гідратація. Крім того, сили взаємодії бокових груп у поліпептидних ланцюжках з алкільними групами спричиняє переорієнтування сил і зв'язків, що змінює вторинну та третинну структуру білків, і як наслідок, відбувається незворотний процес осадження. Встановлено, що взаємодія білка зі спиртом буде тим сильніша, чим у більш нестійкому стані перебуває молочний білок. Цю власгивість використовують для визначення стабільності білкової фази за алкогольною пробою.
Казеїн має відносно високу термостійкість і коагулює лише при витримці протягом 2—88 хв при температурі 130 °С. Висока термостабільність казеїну зумовлюється наявністю глутамінової кислоти та проліну.
Розчини казеїну є оптично активними, що використовується для визначення масової частки білка в молоці колориметричним методом.
Однією з важливих властивостей білків і казеїну, зокрема, є їх здатність до денатурації — зміни структури білків шляхом розгортання вторинної та третинної структури білків під впливом дестабілізувальних факторів, таких як висока температура, додавання оргашчних розчинників та електролітів, ферментів. При цьому вивільнюється ряд функціональних груп, які містилися всередині глобули іне брали участі у реакціях. Причому в деяких випадках денатурація має зворотний характер. На відміну від денатурації, гідроліз казеїну призводить до порушення пептидних зв'язків і руйнування первинної структури білка. Гідроліз тісно пов'язаний з денатурацією або проходить паралельно. Ферментативний гідроліз казеїну використовується у виробництві сичужних сирів.
Казеїн, як і більшість білків, має амфотерні властивості, тобто здатний виявляти як кислотні, так і лужні властивості.
У молоці казеїн має яскраво виражені кислотні властивості. Його вільні карбоксильні групи дикарбонових амінокислот та гідроксильні групи фосфорної кислоти легко взаємодіють з іонами солей лужних і лужноземельних металів (натрій, калій, кальцій, магній), утворюючи казеїнати.
Вільні аміногрупи казеїну можуть взаємодіяти з альдегідами, наприклад з формальдегідом, що покладено в основу методу визначення масової частки білка формольним титруванням:
сн2он.
Взаємодією вільних аміногруп казеїну (в першу чергу є-аміногруп лізину) з альдегідними групами лактози та глюкози пояснюється перша стадія меланоїдиноутворення:
Фракційний склад казеїну. Казеїн є гетерогенним білком, що складається із ряду фракцій, які різняться за молекулярною масою, мають відмінний амінокислотний склад, генетично відмінні варіанти, що відрізняються один від одного заміною одного або декількох амінокислотних залишків у поліпептидному ланцюжку.
Виділяють чотири основні фракції казеїну: а , ая2, р і х (див. рис. 2). Крім того, в молоці міститься кілька мінорних казеїнів, більшість з яких утворюється у результаті дії на основні казеїни природної лужної протеази молока плазміну. Вони включають у,, у2, у3 — казеїни, протеозопептони, що утворюються із Р-казеїну, А-казеїн, що утворюється із а -казеїну та інших.
Вміст ач1-фракції є найвищим і становить -38 % загальної кількості казеїну, ос — 10, р — 39, х — 13 і А. — 3—7 %.
Фракції казеїну мають різні властивості, що зумовлюється їх неоднорідним складом, різною розчинністю та електрофоретичною рухливістю.
ав]-казеїн — головний компонент найбільш електрофоре-
тичнорухливої та чутливої до іонів кальцію фракції ос8-казеїнів,
характеризується вираясеними гідрофобними властивостями. Крім а^-
казеїну, вона містить мінорні компоненти а -казеїни, а -казеїн
відрізняється від інших компонентів казеїну підвищеним вмістом лізину, аспарагінової кислоти, тирозину, зниженим вмістом лейцину, проліну, фенілаланіну і відсутністю цистеїну. У поліпептидному ланцюжку міститься вісім залишків фосфорної кислоти.
Фракція Р-казеїну нечутлива до іонів кальцію при 4 °С, але осаджується ними при 35 °С. Фракція характеризується підвищеним вмістом валіну, лейцину, проліну, зниженим вмістом аланіну, аспарагінової кислоти та відсутністю цистеїну. У поліпептидному ланцюжку є п'ять залишків фосфорної кислоти.
Х-казеїн є фракцією сс-казеїнового комплексу, що відрізняється від інших компонентів підвищеним вмістом цистеїну, треоніну, аланіну, але невисоким вмістом метіоніну, гліцину, містить тільки один залишок фосфорної кислоти, х-казеїн належить до фосфоглікопротеїдів, оскільки разом із залишком фосфорної кислоти містить вуглеводи. У молоці міститься два генетичні варіанти х-казеїну: А і В, які мають декілька компонентів, що різняться вмістом вуглеводних ланцюжків, х-казеїн характеризується доброю розчинністю та є найбільш гідрофільною фракцією, х-казеїн не осаджується іонами кальцію і у міцелах казеїну виконує захисні функції щодо до чутливих а8І- та Р-казеїну. Під дією хімозину молекула х-казеїну розпадається на дві частини: гідрофобний пара-х-казеїн та гідрофільний глікомакропептид. Глжомакропептид містить багато серину, треоніну та глутамінової кислоти, характеризується високим від'ємним зарядом, фізіологічною активністю і у процесі виробництва білкових продуктів кислотним і кислотно-сичужним способом переходить у сироватку.
у1-казеїн є головним компонентом фракції у-казе'їнів. у-казеїн і мінорні компоненти фракції у., у2 являють собою фрагменти поліпептидного ланцюжка Р-казеїну.
2. Сторонні хімічні речовини молока.
Із організму тварини та під час технологічного оброблення у молочну сировину може переходити ряд сполук, що можуть становити небезпеку для здоров'я людини. Це антибіотичні речовини, залишкові кількості пестицидів, мийних та дезінфікувальних речовин, солі важких металів, радіонукліди та ін.
Антибіотики потрапляють у молоко, отримане від корів в період або відразу після їх лікування. Наявність антибіотичних речовин або залишків хіміотерапевтичних засобів може спричинити алергічні захворювання у певної групи населення, а також унеможливити промислове перероблення молочної сировини, особливо на кисломолочні продукти. Найчутливіші до наявності антибіотиків молочнокислий стрептокок та молочнокислі палички. Наявність антибіотичних речовин також порушує процес сичужного зсідання молока під час виробництва сирів.
У молоко через корми можуть потрапляти залишки пестицидів та інших засобів захисту рослин і тварин. Пестициди можуть потрапляти в організм тварини, а потім і в молоко після оброблення шкірних покривів та з кормами, що містили залишки цих речовин. Нині в основному використовують фосфоорганічні пестициди. Виділення фосфооргаяічних пестицидів зазвичай закінчується через 2—5 діб після оброблення шкірних покривів або після згодовування неякісних кормів. Хлорорганічні пестициди, застосування яких нині заборонено (ДДТ, альдрин), можуть накопичуватись у жировій-тканині тварини і тривалий час (2—3 місяці) виділятися з молоком..
Внаслідок недостатньо недостатньо ретельного ополіскування обладнання та трубопроводів у молоко можуть потрапляти залишки мийних і дезінфікувальних розчинів, наявність яких порушує процеси сквашування та визрівання у виробництві кисломолочних напоїв і сичужних сирів. Наявність значних кількостей цих речовин у молоці може завдати шкоду здоров'ю споживача. Найнебезпечніші препарати, що містять активний хлор та чотиризаміщені сполуки амонію.
Внаслідок промислових викидів підприємств, техногенних катастроф у навколишнє середовище потрапляють важкі метали та радіонукліди. Крім того, солі важких металів застосовуються для боротьби з комахами та гризунами. Переважна кількість важких металів токсичні і небезпечні для здоров'я людини. Вони потрапляють у навколишнє середовище і можуть накопичуватись у кормах і харчових продуктах. У молоко важкі метали можуть потрапляти підчас отруєння тварин через корми, зокрема зернові, які було оброблено для захисту від гризунів (гранозан, меркуран та ін.)
У харчових продуктах, у тому числі в молоці можуть накопичуватись радіоактивні ізотопи, що виділяються в навколишнє середовище під час добування, перероблення, зберігання радіоактивних речовин, Найнебезпечнішими для здоров'я людини є ізотопи з тривалим напіврозпадом — стронцій-90 та цезій-187.
Іноді в молоко можуть виділятись отруйні речовини рослинного походження (токсини), що можуть спричиняти отруєння людини, яка споживала забруднене молоко. В організм тварин вони можуть потрапляти при вживанні отруйних рослин або зернових культур з домішками отруйних рослин (кукіль та ін.), надлишкових кількостей бавовняної макухи і пророслої картоплі. Основними речовинами, що зумовлюють токсичність отруйних рослин і кормів, є в основному алкалоїди (колхіцин), глікозиди (соланіни у пророслій картоплі), ефірні олії (полин, гірчиця).
Причинами отруєнь молочними продуктами також можуть бути мікотоксини бактеріального походження, наприклад ентеротоксини, що виробляються коагулазопозитивними стафілококами. Джерелом забруднення ними можуть бути тварини, хворі на мастит, працівники з гнійними ураженнями рук, хворі на ангіну та ін.
Ентеротоксини характеризуються високою термостійкістю, не інактивуються під час кип'ятіння молока протягом 2 год і можуть спричинити харчові отруєння. Отруєння моясе спричинити також вживання харчових продуктів, вироблених з молока, забрудненого стафілококами.
Крім перелічених токсичних сполук, молоко може містити залишкові кількості нітратів і нітритів, які є попередниками в синтезі канцерогенних М-нітозамівів і кількість яких також регламентується відповідним стандартом на молоко заготівельне. До числа сторонніх речовин, небезпечних для здоров'я людини, відносять поліциклічні ароматичні вуглеводні, наприклад канцерогенний 3,4-бензпирен, а також поліхлорбіфеніли, що входять до групи високотоксичних діоксинів та ін.
3. Метод визначення густини вершків.
Густину низькожирних вершків визначають так само, як і молока. Густину вершків з підвищеною масовою часткою жиру визначають ареометром (денсиметром) з відповідною шкалою або за допомогою пікнометра.
Пікнометричний метод грунтується на точному зважуванні вершків і дистильованої води в одному і тому самому пікнометрі при одній і тій самій температурі (20 °С) та встановленні співвідношення між ними за вагою.
Визначення за допомогою пікнометра проводиться так: сухий чистий пікнометр зважують з точністю до 0,0001 г (за місткістю пікнометра 10 см3) і до 0,001 г - 50 см3, після чого вносять до мітки дистильовану воду, закривають пробкою, вміщують у термостат або водяну баню з температурою точно 20 °С на 30 хв і зважують.
Такі самі операції проводягь з досліджуваними вершками. Густину вершків, кг/м;і, обчислюють за формулою
де М,, М2, М3- маса пікнометрів відповідно порожнього, з водою та з вершками, кг; В - густина води при температурі 20С і нормальному тиску, що дорівнює 1,04105 Па, Вв= 998,20 кг/м3; Вп - густина повітря при 20 °С і нормальному тиску, В =1,2кг/м3.
Для спрощення розрахунків застосовують формулу
В-=--^—%,99823 Шч
де 0,99823 - емпіричний коефіцієнт.
