Характеристики молока
В нормальном состоянии у молока белый (возможно, с желтым оттенком) цвет, специфичный запах, сладковатый вкус и гомогенная (однородная) консистенция. Было бы ошибкой рассматривать этот продукт как механическую смесь различных компонентов. Его прав
ильнее назвать сложным коллоидным раствором, с основными составляющими в виде воды, газов и сухого вещества. К последнему относятся белок, жир, лактоза (молочный сахар), микро- и макроэлементы, ферменты, витамины и многое другое.
Усвояемость молока организмом человека – очень высокая. По жиру этот показатель находится на отметке 95%, по белку – 96%, по сахару – 98%.
Энергетическая ценность 1 кг «стандартного» продукта (то есть, имеющего средний химический состав) равняется 663 ккал. Молоко стимулирует работу ЖКТ и хорошо усваивается даже в тех случаях, когда органы пищеварения отличаются слабой работой секреторной железы.
Химический состав молока
Молоко насыщает организм минеральными веществами. Особенно много в нем фосфора и кальция, витаминов и микроэлементов. В белках есть жизненно важные незаменимые аминокислоты: фенилаланин, триптофан, лизин, метионин, треонин, валин, цистин, аргинин, лейцин и изолейцин.
Всего в продукте содержится более 250 различных ингредиентов, важнейшие из которых можно определить анализатором качества молока. Среди них есть 23 витамина, по 20 аминокислот и глицеридов жирных кислот, четыре вида сахаров, ряд фракций сывороточных белков и казеина, 30 микро- и макроэлементов, лимонная кислота, фосфатиды, ферменты и пигменты. Составные части делятся на истинные и неистинные. Первые образуются в организме животного при секреции молока, в результате процесса обмена веществ. Вторые – посторонние. Они попадают в продукт в результате деятельности человека. Сюда относятся гербициды, антибиотики, радиоизотопы, инсектициды.
В зависимости от процентного содержания по массе вещества, истинные компоненты делятся на главные и второстепенные. Первую группу составляют вода, белок, жир и молочные сахара. Во вторую входят соли, находящиеся в жидкости в виде анионов и катионов, лимонная кислота, ферменты, фосфатиды, газы и стерины.
Приведенный выше химический состав сырья обусловливает его питательную ценность. Это учитывается в производстве, при разработке технологических процессов, с подбором необходимого оборудования, от простых молочных бидонов и емкостей из нержавеющей стали, до более сложных устройств, таких как анализатор молока, пищевые центробежные насосы или молокомеры.
Влияние на свойства молока главных компонентов
Как было сказано в предыдущей части статьи, истинные, то есть, природные, компоненты молока, делятся на главные и второстепенные. К первым относятся вода, жир, белок и молочные сахара.
Вода
Вода – это основа продукта. Ее большая средняя доля в сырье, которое дает корова (87,5%), еще не говорит о том, почему молоко является жидкостью (в огурцах, например, тоже воды – 80%). Главная причина другая – потому что прочие компоненты в ней растворены. На сухие вещества приходится 12,5%. Из них жиры составляют 3,8%, белки – 3,3% (в том числе казеин – 2,7%), лактоза (молочный сахар) – 4,7%. На второстепенные ингредиенты остается 0,7%. Если посмотреть на сырье самок других животных, то картина получится аналогичной. Содержание воды (по массе) в молоке овцы равно 82,1% (жир – 6,7%), козы – 86,8%, буйволицы – 83,1% (жир – 7,5%), кобылицы – 90% (мало жира – 1%, и белка – 2%, зато лактозы – 6,7%), верблюдицы – 86,4%, оленихи – 63,3% (для последней, из 36,7% сухих веществ 22,5% - это жиры, 10,3% - белки, а лактозы – всего 2,5%).
Вода в молоке присутствует в различных связанных формах. Благодаря такому разнообразию, ее соединения имеют разную степень прочности. Это важно для правильного понимания явлений и процессов, протекающих во время изготовления и хранения кисломолочных продуктов, молочных консервов, масла, сыра и прочего. Это также влияет на подбор и конструкцию оборудования для внутрихозяйственной транспортировки сырья и производства конечной продукции: молочных фильтров, насосов для пищевых продуктов, расходомеров молока, ванн длительной пастеризации, фитингов для пищевой промышленности и многих других.
Жир
Ярко выраженные консистенция, структура, вкус и аромат продуктов переработки молока возможны благодаря тому, что в исходном сырье присутствует жир. Этот же компонент препятствует образованию таких пороков, как крупитчатость (зернистость) и водянистость. С другой стороны, именно из-за наличия жира, в неподходящих условиях, молоко может обрести прогорклый вкус и неприятный запах.
Среди различных показателей сырья, которые определяются анализатором качества молока, перед заливкой на охлаждение и хранение в термоизолированные емкости, содержание жира является одним из основных. От него зависят качественные параметры конечной продукции, такие как жирность сливок, творога или сметаны.
В молочном жире присутствует около двух десятков жирных кислот. Для сравнения – в других жирах, растительных или твердых животных, их количество находится в пределах от пяти до восьми. В этом компоненте содержится много витаминов A, D, Е и К – в прочих животных жирах их почти нет.
Температуры плавления и застывания молочного жира достаточно низкие – соответственно, - 25-30 град С и - 17-28 град С. Вещество находится в сырье в виде крошечных капелек. В 1 мл молока их насчитывается от 4 до 17 миллиардов. Попадая в пищеварительный тракт человека, они становятся жидкими, за счет чего намного легче воспринимаются и усваиваются (на 95%!) организмом.
Жир легче воды и обрата, а потому в молочных бидонах или флягах для молока, оставленных на какое-то время, он всплывает на поверхность. Образуются сливки – сметаноподобная масса светло-желтого цвета, с приятным сладковатым привкусом.
СОМО (сухой обезжиренный молочный остаток) – это молоко, из которого удалены жир и вода. Данная характеристика показывает питательную ценность сырья. По ней можно понять, сколько его потребуется на изготовление масла, творога и другой продукции. СОМО считается показателем «настоящего» молока. В среднем он составляет 9%. Если оказывается меньше 8%, то делается вывод, что продукт разбавляли водой. Значение СОМО может определить анализатор качества молока практически любой модели.
Средняя массовая доля белков в коровьем молоке составляет 3,3%. Этот компонент отличается большой питательной ценностью. Кроме того, он почти полностью (96%) усваивается организмом человека. Количество белка в продукте, определенное с помощью анализатора молока, является еще одним важным параметром сдаваемого на переработку сырья. Белок представляет собой огромную (по сравнению с другими элементарными частицами) молекулу. Ее составляющие называются аминокислотами.
В молочном белке есть незаменимые аминокислоты. Так называются вещества, которые для человека жизненно необходимы. Но организм не может синтезировать их самостоятельно, а потому должен получать указанные химические соединения извне, с потребляемой пищей. Если хотя бы одна незаменимая аминокислота отсутствует, то обмен веществ будет серьезно нарушен. Таким образом, обычное молоко, налитое в какие-нибудь емкости из нержавеющей стали, пластмассы или керамики, на самом деле оказывается настоящей кладезью нужных для человека ингредиентов.
С точки зрения важности для организма, на первом месте стоят три аминокислоты:
- Лизин. Участвует в процессе образования крови. Если в пище его недостаточно, то сократится количество эритроцитов (красных кровяных телец) и гемоглобина. Кроме того, начнется мышечное истощение, возникнут изменения в легких и печени, произойдет сбой азотного обмена и насыщения костей кальцием.
- Метионин. Служит для регулировки жирового обмена. В частности, благодаря ему, можно не бояться ожирения печени, атрофии эндокринных желез, нарушения передачи сигналов от нервных окончаний в головной мозг.
- Триптофан. Необходимый элемент при синтезировании важных для организма соединений: серотонина и никотиновой кислоты. Его недостаток нередко оканчивается слабоумием, может спровоцировать возникновение таких опасных болезней, как рак, туберкулез, диабет.
Помимо указанных выше, в молоке присутствуют треонин и аргинин. Они нормализуют процессы развития и роста. По этой причине молоко рекомендуют давать детям. Есть также валин, лейцин, изолейцин, фенилаланин.
Чтобы полностью обеспечить дневную потребность в аминокислотах для взрослого человека (14,5 г белков сыворотки или 28,4 г белков молока), надо выпивать по 0,5 л продукта. Малышам – меньше. Так что одного молочного бидона хватит на 2 группы детсада на несколько дней.
Белки
В ЖКТ человека молочный белок распадается на составляющие и участвует в синтезировании собственных белков организма:
- Казеин (2,6%). Молочный белок состоит из этого вещества на 80%. Казеин обуславливает белый цвет и непрозрачность продукта. Он коагулирует (сворачивается) под влиянием солей, кислот и сычужного фермента. В последнем случае образуются сладкие сыворотка и плотный сгусток. Это свойство используется при изготовлении творога и сыра. В молекуле белка есть свободные аминогруппы. Под их действием начинается реакция казеина и формалина. Указанная особенность лежит в основе формольного способа определения наличия в молоке белков.
- Сывороточные (сульфамидные) белки (0,6%). Питательная ценность глобулина и альбумина на 25% выше, чем казеина. Они применяются в фармацевтике, а также в производстве диетических и сухих детских продуктов.
- Энзимы. Влияют на химические реакции, происходящие внутри продукта. Их эффективность зависит от рН и температуры. По некоторым из них контролируют качество с помощью анализаторов молока. Например, липаза разделяет жир на свободные кислоты и глицерол. В «плохом» продукте с избыточными кислотами она является причиной прогорклого вкуса. Если сырье на несколько секунд нагреть до 80 град С, активизируется перксидаза. Так проверяют, подвергалось ли молоко пастеризации. Каталаза, способная расщепить Н2О2 (перекись водорода) на кислород и воду, содержится в молоке животных с больным выменем. Если этот орган здоровый, ее там почти нет. Фосфатаза расщепляет на спирт и фосфорную кислоту некоторые эфиры. Разрушается при нагреве сырья, в течение 15 сек, до 72 град С. Это еще один тест на пастеризацию.
Сахар
Лактоза. 4,74% - именно столько сахара показывает в среднем анализатор качества молока после проведения исследований. Лактоза стимулирует нервную систему и обеспечивает профилактику сердечно-сосудистых болезней. Если у малышей врожденная непереносимость молока, то причиной этому обычно бывает сбой в процессе синтеза лактазы. Подобное встречается и у взрослых, когда молокопродукты плохо усваиваются из-за снижения активности данного фермента. Такое может произойти, если долго не пить молоко, или при некоторых болезнях пищеварительного тракта.
Лактоза присутствует только в молоке и молокопродуктах. Это лишнее доказательство ценности сырья и объяснение, почему полные молочные бидоны так радуют глаз. При попадании в человеческий организм, она служит катализатором для некоторых биохимических реакций. Под действием лактазы данный вид сахара распадается на галактозу и глюкозу. В ЖКТ лактоза «борется» с гнилостной микрофлорой.
Для молочнокислых бактерий лактоза служит источником углерода. Под влиянием их ферментов, она сбраживается – это положено в основу изготовления кислосливочного масла, сыра и кисломолочных продуктов. Лактоза, наряду с другими компонентами, обуславливает вкус молока и его свойства. В том, что молочные фляги наполнены такой соблазнительной жидкостью, есть и ее большая заслуга.
Известен опыт, с помощью которого иллюстрируют присутствие в молоке лактозы. В пробирку с 1 мл продукта, очищенного с помощью молочных фильтров, наливают 1 мл раствора NaOH (10%), потом - несколько капель 5%-го медного купороса. После выпадения синего осадка, емкость нагревают. О наличии лактозы свидетельствует осадок ярко-оранжевого цвета.
Минеральные вещества
Массовая доля минеральных веществ в молоке невелика, всего 0,8%. Но значение их для человеческого организма трудно переоценить. Достаточно сказать лишь о фосфоре и кальции – элементах, из которых строятся волосы, ногти, зубы и костные ткани. Всего же в продукте от буренки, разлитом по молочным бидонам и термоизолированным емкостям, с помощью современных методов физико-химического анализа, найдено около полусотни подобных ингредиентов. Притом, все они не только хорошо сбалансированы, но и представлены в легкоусвояемой форме.
Кальций. Один из важнейших элементов. В коровьем молоке, как парном, так и прошедшем через молочные фильтры, он содержится в количестве 100 – 140 мг% (миллиграмм-процент - тысячная часть процента или содержание вещества в мг в 100 мл раствора либо 100г вещества). Точное значение зависит от кормов, породы, периода лактации, времени года. Так, например, летом кальция в молоке меньше, зимой – больше.
В продукте данный компонент находится в трех формах. Около 10% от общего содержания (8,5 – 11,5 мг%) – в виде ионизированного или свободного кальция. Еще приблизительно 22% - это кальций, связанный с казеином. Но более всего (около 68%) это вещество присутствует в виде цитратов и фосфатов.
От находящегося в сырье кальция зависят свойства и качество продуктов переработки молока. С ним связаны консистенция и структура сырного теста, образование сычужного сгустка, свертываемость сырья, размер мицелл казеина. В процессе изготовления плавленых сыров кальций тоже важен. Он связывает соли-плавители, которые способствуют растворению белков и равномерному распределению жира по всей массе. Участвует в формировании характерной консистенции конечного продукта, влияет на его вкусовые качества. Кроме того, содержание кальция влияет на загустевание стерилизованного и сгущенного молока, разлитых по емкостям из нержавеющей стали и поставленным на длительное хранение, на образование на дне осадка, на степень растворимости сухого молока и качество восстановленного.
Фосфор. Этот компонент находится в продукте в количестве 74 – 130 мг%. Конкретное значение от сезона зависит мало, в основном – от стадии лактации, породы и кормового рациона. Так что, при равных других условиях, зимой и летом содержание фосфора в молочной фляге окажется почти одинаковым.
Фосфор присутствует в молоке в органической и неорганической форме. Первая представлена соединениями, в которых данный элемент входит в состав нуклеиновых кислот, фосфорных эфиров, углеводов, фосфолипидов, ряда ферментов, казеина. Вторая – это фосфаты кальция и прочих металлов. На нее приходится от 45 до 100 мг%.
Фосфор является одним из компонентов казеинаткальцийфосфатного комплекса. Если он присутствует в белке, то последний проявляет более высокую устойчивость против влияния протеолитических ферментов. Это вещество также стабилизирует оболочки шариков жира.
Магний. В коровьем молоке его немного, 12 – 14 мг%. Но функции очень важные. Это вещество участвует в укреплении иммунитета детеныша, повышает сопротивляемость его организма кишечным болезням, ускоряет рост и развитие. Магний улучшает продуктивность взрослых особей и нормализует микрофлору рубцовой ткани.
Натрий и калий. Натрий в молоке содержится в количестве 30 – 77 мг%, калий – 135 – 170 мг%. Точное значение в течение года изменяется мало, зависит, в основном, от физиологического состава коровы. В этом отношении продукт, разлитый по молочным бидонам, можно считать стабильным. Хотя, к зиме калия становится несколько меньше, а натрия – больше.
При изготовлении молочных консервов соотношение фосфорно-кислых солей калия и натрия играет важную роль. Хлориды этих элементов поддерживают необходимое осмотическое давление молока и крови, без которого нормальное течение жизненных процессов невозможно. А цитраты, фосфаты и карбонаты принимают участие в буферной системе свежего молока. Они обеспечивают стабильную концентрацию ионов водорода в узком диапазоне. Помимо этого, цитраты и фосфаты натрия и калия способствуют растворению в молоке солей магния и кальция, которые в воде растворяются плохо. Тем самым обеспечивается солевое равновесие, то есть, заданное соотношение между анионами лимонной и фосфорной кислот, способствующих растворению, и ионами кальция. От этого, в свою очередь, зависит количество ионов кальция, влияющего на тепловую стабильность мицелл казеина и их дисперсность.
Чем более жирное сырье налито в молочные фляги, тем больше в нем лимонной кислоты. Она является исходным материалом для производства ароматических веществ (диацетил, ацетонин). Это благодаря им кисломолочные продукты и кислосливочное масло имеют такой приятный запах.
Хлор в молоке содержится в концентрации от 90 до 120 мг%. Повышенное его содержание ухудшает технологические свойства продукта. У коров, больных маститом, наблюдается значительное (до 30%) увеличение содержания хлоридов.
Минеральные вещества, присутствующие в молоке в микроколичествах
Содержание в молоке серы и микроэлементов изменяется в большой степени. Их количество зависит от воды, почвы, здоровья коровы, состава кормов, условий первичной обработки (применялись ли фильтры тонкой очистки молока, гомогенизаторы и прочее) и хранения продукта. Микроэлементы принимают участие в построении ферментов, гормонов и витаминов.
Среди важнейших микроэлементов можно назвать железо, медь, цинк, марганец, кобальт, йод, молибден, фтор, алюминий, кремний, селен, олово, хром, свинец и другие. Если в молоке будет слишком много меди, то начнется процесс окисления аскорбиновой кислоты и самоокисления жира, появится кисловатый привкус. Дефицит цинка нарушает пищеварение, замедляет рост животного и его половое созревание. Недостаток йода ухудшает качество сырья, так как является причиной гипофункции щитовидной железы. Поэтому, чтобы бидоны для молока были наполнены полезным продуктом, коровам дают муку из морских водорослей. При дефиците селена рост животного замедляется. Возникает сосудистая патология, начинаются дегенеративные изменения репродуктивных органов и поджелудочной железы. Кроме того, селен является превосходным антиоксидантом.
Не все микроэлементы оказываются в молоке «запланировано». Часть их может попасть туда, например, с доильного оборудования или тары. Из-за этого может появиться нежелательный привкус, снизиться срок хранения.
Витамины, ферменты, пигменты
Кроме указанных выше главных и второстепенных ингредиентов, в молоке присутствуют витамины, ферменты и пигменты. Объемная часть этих компонентов очень мала, тысячные доли процента и даже меньше. Анализаторы молока их наличие или отсутствие не показывают. А, между тем, качество продукта в большой степени зависит от того, будут ли в нем находиться данные вещества в достаточных количествах.
Для примера можно взять хотя бы витамины. На сегодняшний день в молоке обнаружено более 30 их разновидностей. Среди самых распространенных – А, В1, В2, С и D. Из них В1, В2 и С – водорастворимые, А и D – растворяются в жире.
Благодаря действию витамина С, в молоке и сливочном масле тормозятся процессы окисления. Пиридоксин, пантотеновая кислота, тиамин и прочие усиливают рост молочнокислых бактерий. Без них изготовление продуктов переработки молока невозможно. Так что, если в емкости из нержавеющей стали или пластмассы получили кефир – то в этом большая заслуга витаминов.
Молочные ферменты оксидоредуктазы и гидролазы имеют большое значение для промышленности. Ферменты расщепления и фосфорилазы участвуют в обмене веществ и в процессе биосинтеза компонентов продукта. При изготовлении питьевого молока, сыров, кисломолочной продукции и молочных консервов ферменты также играют важную роль. Кроме того, с их помощью можно судить о некоторых характеристиках сырья. Например, пероксидазная и фосфатазная пробы позволяют определить, проходил ли продукт через ванны пастеризации молока. При каталазной пробе, по числу нативных ферментов (тех, которые выделяются с молоком секреторными клетками вымени животного) можно сделать вывод о нарушении секреции – если их слишком много.
Пигменты каротиноиды обусловливают характерную окраску молочного жира и самого молока.
Также в молоке присутствуют небелковые азотистые соединения. Их немного, от 0,02% до 0,08%, так как азот, в основном, связан с белками.
Загрязняющие вещества
К сожалению, кроме огромного количества полезных, в сырье присутствуют и вредные вещества. Не смотря на то, что продукт проходит через фильтры тонкой очистки молока, задерживается на них далеко не все.
Токсичные элементы: мышьяк (до 0,05 мг/кг), свинец (до 0,1 мг/кг), ртуть (до 0,005 мг/кг), кадмий (до 0,03 мг/кг).
Микотоксины: Афлатоксин М1. Допустимое количество – 0,0005 микрограмм в 1 литре сырья. Афлатоксин М1 относится к канцерогенным высокотоксичным продуктам деятельности плесневых грибов. Это метаболит (продукт метаболизма, то есть, обмена веществ) Афлатоксина В. Он оказывается в коровьем молоке в том случае, когда животное потребляет корма с повышенным содержанием Афлатоксина В1. В ваннах длительной пастеризации Афлатоксин М1 не разрушается. Поэтому контроль его содержания должен вестись не только на стадии первичной переработки молока. Готовые продукты тоже надо проверять.
Антибиотики: тетрациклиновая группа, левомицетин, пенициллин, стрептомицин.
Ингибиторы: средства для мойки и дезинфекции оборудования.
Гормоны: эстроген и аналогичные. В большом количестве гормоны присутствуют только в свежевыдоенном продукте. Поэтому для подростков вредно часто пить парное молоко. У девочек это оканчивается ранним половым созреванием, у мальчиков – задержкой полового развития. После того, как сырье проходит соответствующую переработку и разливается по термоизолированным емкостям, а затем по бутылкам и пакетам, число гормонов сильно сокращается.
Радионуклиды: стронций-90, цезий-137. А также пестициды и бактерии.
Приведенный выше обзор компонентов молока наглядно показывает, насколько это полезный продукт для всех людей, не зависимо от пола и возраста.