Лекція 2. Вуглеводи молока

План.

1. Лактоза (молочний цукор).

2. Властивості лактози.

3. Роль бродіння в виробленні різних видів молочних продуктів.

Література: Горбатова К.К. Биохимия молока и молочных продуктов. – СПб.: ГИОРД, 2001 с. 47…53.

1. Лактоза (молочний цукор) це дисахарид, який має емпіричну формулу С₁₂ Н₂₂ О₁₁, складається з залишків двох простих цукрів: галактози і глюкози

Чиста лактоза в 5-6 разів менш солодка, ніж звичайний цукор – сахароза. Вона також гірше розчиняється в воді. Лактоза в складі молока та молочних продуктів при вживанні позитивно впливає на здоров’я людини. Вона допомагає засвоєнню кальцію, фосфору, покращує склад мікрофлори кишечнику (молочна кислота, яка утворюється при зброджуванні лактози, пригнічує розвиток гнилісних бактерій), що особливо важливо для дітей. Крім того, її компонент галактоза необхідний для побудови нервових і мозкових тканин людини. Відповідно, виробництво і вживання населенням незбираномолочних і кисломолочних продуктів багатих на лактозу. Повинні безперервно зростати.

Лактоза, виділена з молочної сироватки, знаходить широке застосування у виробництві продуктів дитячого харчування, а також хлібобулочних, кондитерських (тісто при використанні лактози повільніше черствіє і стає більш пухким, а шоколад та інші солодощі – менш притомними). Застосовується лактоза і у виробництві медичних препаратів (як наповнювач таблеток і порошків і в якості поживного середовища при отриманні пеніциліну).

2. В молоці лактоза знаходиться в вигляді двох форм: альфа і бета. α-Форма лактози менш розчинна, ніж β-форма. Обидві форми можуть переходити одна в одну, швидкість їх переходу залежить від температури.

В перенасичених розчинах лактоза утворює кристали правильної форми. Кристалічну лактозу отримують із молочної сироватки після очищення та згущення в вакуум-апаратах. Кристалізація лактози також відбувається під час виробництва згущеного молока з цукром. Це важлива технологічна операція, яка впливає на консистенцію молочних консервів.

При нагріванні водних розчинів лактози до температури 100⁰С (а також вапняного розчину лактози до 35⁰С) молочний цукор перетворюється в лактулозу. Лактулоза відрізняється від молочного цукру тим, що містить замість залишку глюкози залишок фруктози.

Лактулоза добре розчиняється у воді (не кристалізується навіть в концентрованих розчинах), більш солодка ніж лактоза. Її широко застосовують в виробництві продуктів дитячого харчування, так перерахованих позитивних властивостей лактулоза стимулює ріст біфідобактерій в кишечнику дітей. При виробництві сухих молочних продуктів для дитячого харчування використовують суміш лактулози з лактозою - лакто-лактулозу.

При високих температурах (160-180⁰С) спостерігається карамелізація цукру і його розчин набуває коричневого забарвлення. При прийнятих в молочній промисловості режимах теплової обробки молока карамелізація лактози практично не відбувається. Але нагрівання молока до температури вище 95⁰С викликає легке побуріння. Це пов’язано з реакцією, яка проходить в молоці між лактозою і білками або деякими вільними амінокислотами. Вона має назву реакції Майара. В результаті утворюються меланоїдіни – речовини темного кольору з вираженим запахом та смаком.

Реакція меланоїдіноутворення найбільш активно проходить при стерилізації, згущенні і сушці молока і менш активно – при пастеризації, особливо без витримки молока.

Тривале нагрівання з розчиненими кислотами викликає розпад молочного цукру на глюкозу та галактозу з приєднанням молекули води, тобто його гідроліз:

С₁₂ Н₂₂ О₁₁ + Н₂О → С₆ Н₁₂ О₆ + С₆ Н₁₂О₆

лактоза глюкоза галактоза

Лактоза розкладається на пості цукри під впливом ферменту (лактази), який виділяється молочнокислими бактеріями.

3. Процес більш глибокого розпаду молочного цукру під дією мікроорганізмів називають бродінням. При цьому утворюються різні продукти: кислоти (молочна, оцтова, пропіонова, масляна), спирти (етиловий, бутиловий), вуглекислий газ. Які саме продукти залежить від мікроорганізмів. Розрізняють наступні види бродіння: молочнокисле, спиртове, пропіоновокисле і маслянокисле.

Всі види бродіння до утворення піровиноградної кислоти ідуть однаково. На першій стадії молочний цукор під впливом лактази розкладається на моносахариди: глюкозу і галактозу (галактоза не підлягає безпосередньому бродінню і переходить в глюкозу):

С₁₂ Н₂₂ О₁₁ + Н₂О → С₆ Н₁₂ О₆ + С₆ Н₁₂О₆

лактоза глюкоза галактоза

В подальшому глюкоза активується (фосфорилюється) в результаті приєднання залишку фосфорної кислоти від аденозинтрифосфатної кислоти (АТФ) і в формі фосфорних ефірів захоплюється в цілий ряд ферментативних перетворень. Із кожної молекули глюкози утворюються дві молекули піровиноградної кислоти:

С₆ Н₁₂ О₆ → СН₃СОСООН

глюкоза піровиноградна кислота

Наступні перетворення піровиноградної кислоти (в залежності від виду бродіння) йдуть в різних напрямах, які визначаються специфічними особливостями (складом ферментів) мікроорганізмів.

Молочнокисле бродіння відіграє важливу роль при виробництві сирів, простокваші, сиру кисломолочного та інших кисломолочних продукті. Спиртове бродіння виникає при виробництві кефіру, кумису, пропіоновокисле – при дозріванні швейцарського та советского сирів. Маслянокисле ж бродіння небажане для всіх видів молочних продуктів, оскільки негативно впливає на їх смак, і консистенцію.

Контрольні запитання.

1. З яких складових частин складається лактоза?

2. Напишіть емпіричну формулу лактози.

3. Які властивості має лактоза?

4. Які речовини утворюються в результаті реакції Майара?

5. Що таке бродіння?

6. Які види бродіння Ви знаєте?

7. Які продукти утворюються при бродінні?

8. Яке значення має бродіння молочного цукру в харчовій промисловості?