При какой температуре распадается белок в молоке

Влияние низких температур. Охлаждение молока до О °С не изменяет его химический состав, но оказывает влияние на физическое состояние вследствие частичной кристаллизации молочного жира.

При температуре ниже -0,55 °С молоко замерзает: вода превращается в лед, в результате чего повышается концентрация сухих веществ в остальной жидкой фазе молока и меняются коллоидные свойства белков.

При медленном замораживании молоко разделяется на слои, имеющие неодинаковый состав: периферийный слой состоит преимущественно из кристаллов льда, поскольку вымерзание воды начинается около стенок сосуда, постепенно распространяясь к центру; центральный — более насыщенный (белое ядро), где сконцентрированы белки, соли и сахар. Неодинаков состав и по вертикали: верхний слой менее плотный и богатый жиром, нижний — содержит преимущественно белки. По мере превращения воды в лед концентрация солей (электролитов) в центральном слое молока повышается и может достигнуть величины, при которой произойдет разряд коллоидных частиц казеина (коагуляция) и он выпадает в осадок. В период оттаивания скоагулировавшие белки могут образовать в молоке хлопья.

Таким образом, медленное замораживание приводит к разделению молока на слои различного состава, а образующиеся при этом крупные кристаллы льда способствуют коагуляции белков с образованием хлопьев. Повторность замораживания увеличивает степень коагуляции белков, снижая их способность переходить в коллоидное состояние при оттаивании.

Быстрое замораживание молока тонкими слоями при температуре ниже -22 °С способствует образованию мелких кристаллов льда, молоко не расслаивается — оно замерзает в виде однородной массы. Такое молоко можно хранить без изменения качества до 6 мес (при температуре ниже -20 °С) и при оттаивании оно восстанавливает коллоидные свойства, не давая осадка.

Степень восстанавливаемости молока при оттаивании зависит от скорости замораживания, его повторности, продолжительности хранения в замороженном виде и других факторов.

В связи с тем, что при замерзании однородность молока нарушается, при размораживании замороженного молока его необходимо полностью оттаить и перемешать.

Молоко, подвергшееся замораживанию, быстрее сбивается, но хуже свертывается сычужным ферментом, особенно в том случае, если после оттаивания образуются хлопья. При его кипячении капельки жира отделяются, так как нарушена целостность белково-лецитиновых оболочек жировых шариков.

Влияние высоких температур. При нагревании молока необратимо изменяются его физико-химические и биологические свойства: вкус, запах, цвет, способность к сычужному свертыванию и др. Эти изменения, зависящие от степени и продолжительности нагревания, связаны с изменением компонентов молока, главным образом белков и солей.

В процессе нагревания из молока удаляются растворенные в нем газы — диоксид углерода, азот и кислород, содержание которых снижается на 20% и более. Вследствие выделения С02 кислотность молока понижается на 0,5-2 °Т.

Белки молока чувствительны к действию высоких температур, особенно сывороточные.

Так, при 60 °С наступает частичная (до 10%) коагуляция альбумина, который при 85-95 “С выпадает в осадок, а при доступе воздуха образует пленку на поверхности молока; при 75 °С денатурирует глобулин.

При длительном воздействии высоких температур (85-95 °С и выше) в результате тепловой денатурации изменяется структура сывороточных белков и увеличивается количество сульфгидрильных групп (SH), что приводит к появлению привкуса кипяченого молока (перепастеризации) — специфического

“орехового” привкуса. В образовании привкуса пастеризации участвуют и белки оболочек жировых шариков, содержащие в своем составе значительное количество серы (1,5-2,5%).

Казеин более стоек к действию высоких температур. Его коагуляция в свежем молоке наступает лишь при нагреве до температур выше 145 °С; с повышением кислотности молока коагуляция происходит при более низких температурах.

Казеин изменяется лишь на границе соприкосновения с воздухом; при нагревании выше 40-45 °С с доступом воздуха казеин частично переходит в гелеобразное состояние, образуя пленку на поверхности молока.

Молочный жир при тепловой обработке молока почти не изменяет своего химического состава, но меняется способность к отстаиванию жировых шариков. В сыром молоке сливки отстаиваются сравнительно хорошо, нагревание до 60 °С значительно ускоряет, а выше 70 °С — замедляет их отстаивание. При температуре выше 100 °С жировые шарики полностью теряют способность к отстаиванию.

При температурах около 100 °С и выше оболочки жировых шариков изменяются вследствие тепловой денатурации оболочечных белков: часть оболочек разрушается, наступает деэмульгирование жира, вызывающее его вытапливание и объединение в крупные капли, находящиеся на поверхности молока. В гомогенизированном молоке жир почти не вытапливается.

Молочный сахар при нагревании до 100 °С не изменяется, поэтому цвет пастеризованного молока белый. Дальнейшее повышение температуры вызывает аминокарбонильную связь лактозы с белками и свободными аминокислотами, происходит реакция Майяра, которая приводит к образованию меланои- динов, изменяющих цвет молока: оно желтеет, а при более длительном нагревании становится бурым. Меланоидиновые соединения способствуют также появлению специфического привкуса кипяченого молока. Лактоза тоже частично расщепляется с образованием молочной, муравьиной и других кислот, в результате чего на 1-2 °Т повышается кислотность молока.

Длительное кипячение может привести к более значительному повышению кислотности и вызвать свертывание молока.

При нагревании выше 150 °С лактоза карамелизуется с образованием продуктов, имеющих (как и меланоидины) коричневую окраску, что усиливает бурый цвет молока и оказывает влияние на его вкус.

Солевой состав при тепловой обработке молока претерпевает существенные изменения. Кислые кальциевые соли фосфорной и лимонной кислот, находящиеся в молоке в виде истинного и коллоидного растворов, переходят в нерастворимые средние соли:

Нерастворимые кальциевые соли и коагулированные белки образуют на греющихся поверхностях плотный осадок, называемый молочным камнем.

Подогрев молока до 55 °С вызывает разрушение ферментов, которые при 90 °С полностью инактивируются.

Кратковременная тепловая обработка молока при нагревании до 100 °С и протекающая без доступа воздуха почти не разрушает витамины. Наблюдаются лишь некоторые потери аскорбиновой кислоты (до 17%), чувствительной к действию высоких температур.

Действие температур выше 100 °С приводит к частичному разрушению всех витаминов и особенно витамина С, который может разрушиться полностью.

Способность белковой системы молока выдерживать высокие температуры является уникальным свойством и позволяет осуществлять такие операции, как пастеризация, ультратсокотемпературная обработка (УВТ-обработка) и стерилизация. Как известно, растворы казеина способны выдерживать нагревание без признаков коагуляции в течение 20…60 мин при 120…140оС.

Вместе с тем высокие температуры могут вызвать нежелательные физико-химические изменения белковой систем ы молока, углеводов, некоторых витаминов, приводящие к нарушению его коллоидной стабильности, снижению биологической ценности, ухудшению вкуса и запаха. Поэтому при всех видах тепловой обработки стремятся максимально сохранить исходные свойства молока, его пищевую и биологическую ценность.

Сывороточные белки являются наиболее термолабильной частью белков молока — в процессе пастеризации и стерилизации они подвергаются сравнительно глубоким изменениям. Сначала происходит их денатурация, то есть конформационные изменения белковых молекул с нарушением третичной и вторичной структур, в результате которых компактно свернутая молекула превращается в беспорядочный клубок; далее наступает агрегация денатурированных частиц за счет взаимодействия SH-групп.

Денатурация большинства сывороточных белков молока начинается при сравнительно низких температурах нагревания — в интервале 62…78°С. Степень денатурации (и агрегации) белков зависит от температуры, продолжительности ее воздействия на молоко и рН раствора.

Казеин, в отличие от обычных глобулярных белков обладает очень высокой термостабильностью. Столь высокая тепловая стабильность казеина объясняется специфической структурой белка (большое содержание пролина, отсутствие свободных сульфгидрильных групп и т.д.), которому уже в нативном состоянии присущи все признаки денатурации. Казеин при нагревании до температуры 140оС не проявляет эндотермического теплового эффекта, характерного для процесса развертывания структуры глобулярных белков.

Вместе с тем во время тепловой обработки, особенно при высоких температурах стерилизации, казеинаткальцийфосфатный комплекс претерпевает ряд физико-химических изменений, которые могут отрицательно влиять на технологические свойства и пищевую ценность молока. Так, могут происходить гидролиз пептидных связей, дефосфорилирование, дегидратация казеина, егo комплексообразование с денатурированными сывороточными белками, лактозой и т.д. В результате этих процессов могут наступать дезинтеграция казеиновых мицелл или, наоборот, увеличение их размера, приводящие к ухудшению сычужной свертываемости молока, коагуляции белков во время хранения молочных продуктов и др.

Лактоза. В процессе высокотемпературной пастеризации молока и особенно при стерилизации происходит изомеризация лактозы и ее взаимодействие с аминогруппами белков.

Изомеризация лактозы происходит путем перемещения в глюкозном остатке водорода от второго углеродного атома к первому (так называемая перегруппировка Амадори):

В молоке лактулоза находится в двух формах — свободной и ковалентно связанной с аминогруппами белков молока, как лактуло-золизин (в сыром молоке она не обнаружена). Образование лактулозы зависит от температурыt продолжительности тепловой обработки и рН молока. Ее содержание в пастеризованном молоке незначительно, но повышается при УВТ-обработке и стерилизации молока в упаковке.

Взаимодействие лактозы с аминогруппами белков (главным образом с к-казеином) происходит в процессе длительной высокотемпературной обработки молока. Конечным продуктом взаимодействия являются коричневые пигменты — мелакоидины. Реакция меланоидинообразования (сахароаминная реакция, неферментативное потемнение, реакция Майара, или Мейлларда) является одним из наиболее распространенных процессов, происходящих при тепловой обработке пищевых продуктов (молока, хлеба, мяса, фруктов и пр.), Образование темноокрашенных меланоидинов происходит в результате целого ряда окислительно-восстановительных реакций между соединениями, содержащими свободные карбонильные и аминные группы. В качестве карбонильных соединений в пищевых продуктах могут быть углеводы и продукты окисления жиров. Наиболее активны пентозы (ксилоза и арабиноза), затем гексозы (глюкоза, галактоза, фруктоза) и, наконец, дисахарид лактоза.

Рис. 1. Образование меланоидинов аминокислоты (лизин, аргинин, гистидин, глицин и др.), белки, пептиды и др.

Современная схема образования меланоидиновых пигментов в молоке и молочных продуктах дана (по данным различных авторов) на рис. 1.

Из рис. 1 видно, что процесс меланоидинообразовання в молоке идет в три стадии. На первой и второй стадиях происходит взаимодействие Сахаров и аминокомпонентов с образованием реакционное подобных карбонильных соединений. При этом аминокислоты выполняют роль катализатора. На третьей стадии промежуточные карбонильные соединения взаимодействуют с аминокомпонентами, в результате чего образуются циклические азотсодержащие окрашенные продукты — меланоидины.

Соли. В процессе тепловой обработки молока изменяется в первую очередь состав солей кальция. Эти изменения могут иметь необратимый характер. В плазме молока нарушается соотношение форм фосфатов кальция: часть гидрофосфатов и дигидрофосфатов кальция, находящихся в растворенном состоянии, переходит в плохо растворимый фосфат кальция:

Образовавшийся фосфат кальция агрегирует и осаждается на мицеллах казеина. При этом происходит необратимая минерализация ка-зеинаткальцийфосфатного комплекса, что приводит к нарушению структуры мицелл и снижению термоустойчивости молока. Часть фосфата кальция выпадает на поверхности теплообменных аппаратов, образуя вместе с денатурированными сывороточными белками отложения — так называемый молочный камень и молочный пригар.

Таким образом, в результате пастеризации, УВТ-обработки и стерилизации в молоке снижается количество растворенного кальция (на 11…50%), что ухудшает способность молока к сычужному свертыванию. Поэтому при выработке творога и сыра в пастеризованное молоко вносят для восстановления солевого баланса растворимые соли кальция в виде СаСl.

Липиды. Тепловая обработка не влияет существенно на жир молока. При пастеризации триацилглицерины молочного жира химически почти не изменяются. Длительная выдержка при высоких температурах и стерилизации молока приводят к нерачительному гидролизу триацилглицеринов и изменению их эфирнокислотного состава. При этом увеличивается количество в молоке диацилглицеринов (1,2- и 1,3-форм) и снижается на 2…3% содержание в триацилглицеринах ненасыщенных жирных кислот. При длительном хранении стерилизованного молока происходит дальнейший гидролиз триацилглицеринов и окисление ненасыщенных жирных кислот с накоплением разнообразных альдегидов и кетонов.

В процессе высокотемпературной тепловой обработки молока и сливок также происходит образование лактонов и мстил кетонов из соответствующих освободившихся окси- и кетокислот по схеме:

При тепловой обработке молока подвергаются изменениям оболочки шариков жира. Даже при низких температурах нагревания наблюдается переход белков и фосфолипидов с поверхности шариков жира в плазму молока. При пастеризации дисперсность жира повышается, изменяется состав оболочек — нарушенные нативные оболочки шариков жира быстро восстанавливаются за счет адсорбции казеина и сывороточных белков молочной плазмы. Поэтому степень дестабилизации жира при пастеризации весьма незначительна. Однако в результате денатурации белковых компонентов оболочек шарики жира теряют способность склеиваться и отстой сливок замедляется.

Витамины и ферменты. Тепловая обработка в той или иной степени приводит к потерям витаминов. Они зависят от температуры нагревания и продолжительности выдержки. Наибольшие потери витаминов происходят при стерилизации молока в упаковке. УВТ-обработка способствует большему сохранению витаминов.

Незначительным разрушениям при тепловой обработке подвергается витамин А и его провитамин — каротин (пастеризация и стерилизация разрушают его на 10…16%, УВТ-обработка– не более 1%). Практически не снижается при пастеризации количество рибофлавина. Более значительны при всех видах тепловой обработки потери аскорбиновой кислоты — они составляют 10…30%.