Кисломолочные напитки (кумыс, кефир) характеризуются самой большой степенью протеолиза, в них развиваются кроме кокков, еще палочки и дрожжи.

Тема 5: БИОХИМИЧЕСКИЕ ИЗМЕНЕНИЯ КОМПОНЕНТОВ МОЛОКА В ПРОЦЕССЕ ПЕРЕРАБОТКИ

5.1. Брожение молочного сахара

5.2. Гидролиз и окисление липидов

5.3. Распад белков и изменение аминокислот

При производстве большинства молочных продуктов в молоко вносят специально подобранные штаммы молочнокислых, пропионовокислых бактерий и дрожжей. В результате их жизнедеятельности происходит глубокий распад молочного сахара, липидов и белков молока с образованием многочисленных химических соединений.

Изучение биохимических свойств и активности микроорганизмов, входящих в состав заквасок, позволяет лучше использовать их при формировании консистенции, вкуса и аромата продуктов, повысить биологическую ценность и качество молочных продуктов.

5.1. Брожение молочного сахара

Процесс глубокого распада молочного сахара под действием микроорганизмов называется брожением. Существует несколько типов брожения лактозы, различающихся составом конечных продуктов.

Начальным этапом всех типов брожения является расщепление молочного сахара под влиянием фермента лактазы до глюкозы и галактозы. Далее брожению подвергается глюкоза. Галактоза не сбраживается, при участии фермента уридиндифосфатглюкозы она переходит в глюкозе-1 фосфат, который после изомеризации превращается в глюкозо-6-фосфат и включается в схему превращения глюкозы.

Галактоза+АТФ галактокиназа галакгозо-1-фосфат+АДФ

Галакгозо-1-фосфат + J ДФГ уридинтрансфераза глюкозо -1 – фосфат

(10)

Все типы брожения до образования пировиноградной кислоты идут с получением одних и тех же промежуточных продуктов. Дальнейшие превращения ПВК могут идти в разных направлениях, которые будут определяться специфическими особенностями данного микроорганизма и условиями среды. Конечными продуктами брожения могут быть молочная, пропионовая, уксусная, масляная кислоты, спирт и другие соединения.

Молочнокислое брожение является основным процессом при изготовлении заквасок, сыра и кисломолочных продуктов.

Суммарное уравнение молочнокислого брожение имеет вид:

С₆Н₁₂О₆+2Ф_н+2АДФ 2С₃Н₆О₃+2АТФ+Н₂О

Молочная кислота

(11)

Молочнокислые бактерии по характеру продуктов сбраживания глюкозы относят к гомоферментативным или гетероферментативным. Гомоферментативные бактерии образуют главным образом молочную кислоту (90%) и лишь незначительное количество побочных продуктов.

Гетероферментативные - около 50% глюкозы превращают в молочную кислоту, а остальные 50%- в этиловый спирт, уксусную кислоту и СО .

Характерным признаком при делении молочнокислых бактерий на группы является путь сбраживания глюкозы. Гомоферментативные бактерии (молочнокислые, стрептококки) сбраживают глюкозу по гликолитическому пути Эмбдена-Мейергофа, гетероферментативные - пентозофосфатным путем.

Превращение глюкозы в ПВК происходит в 10 стадий в результате ряда последовательных реакций при участии 10 ферментов (цит. по К.К. Горбатовой).

Глюкоза

1 АТФ

АДФ

Глюкозо-6-фосфат

Фруктозо-6-фосфат

3 АТФ

АДФ

Фруктозо-1,6-дифосфат

альдолаза

глицеральдегид 3-фосфат 5 диоксиацетонфосфат

1,3 Дифосфоглират

7 АДФ

АТФ

3-фосфоглицерат

2-фосфоглицерат

9 -Н₂О

Фосфоенолпируват

10 АДФ

АТФ

Пируват

Молочная кислота

(12)

Молочная кислота может быть не единственным конечным продуктом гомоферментативного молочнокислого брожения. Ход брожения часто изменяется в зависимости от конкретных условий (СО , О рН, температура среды и т.п.). В качестве побочных продуктов могут образовываться самые разнообразные вещества: летучие и нелетучие органические кислоты, глицерин, спирты, ацетон и т.д.

Ароматические вещества образуются из глюкозы лишь в небольших количествах. Более значительное их накопление наблюдается при сбраживании лимонной кислоты. Возможные метаболические пути превращения глюкозы гомоферментными молочнокислыми бактериями приведены на схеме:

Пируват

(ароматические в-ва)

Лактат ЩУК Ацетил К₀А Ацетил К₀А

Яблочная Этанол Ацетоацетил К_оА Диацетил

Янтарная Ацетат Бутанол Ацетоин

Сукцинил К₀А Масляная кислота Бутандиол

Метилмалонил К₀А Ацетон

Пропионовая кислота Пропанол

(13)

К гомоферментативным бактериям относятся: молочнокислые стрептококки, диацелактис, сливочный стрептококк; термофильные молочнокислые палочки болгарская палочка, ацидофильная палочка и др.

Гетероферментативные лейконостоки, молочнокислые палочки сбраживают глюкозу пентозофосфатным путем. Это объясняется отсутствием у них ключевого фермента альдолазы, необходимого для расщепления фруктозо-1,6 дифосфата на 2 молекулы триозофосфата.

В ходе реакции по пентозофосфатному пути из каждого моль глюкозы образуется молекула молочной кислоты, молекула этанола и СО .

С₆Н₁₂О₆+Ф_н+2АДФ→С₃Н₆О₃+С₂Н₅ОН+СО₂+АТФ

(14)

Бифидобактерии браживают глюкозу по фруктозо-6-фосфатному пути. В отличие от пентозофосфатного пути глюкоза превращается не в глюкозо-б-фосфат, а во фруктозо-6-фосфат. В конечном итоге выход уксусной кислоты оказывается больше выхода молочной кислоты в 1,5 раза.

Спиртовое брожение глюкозы имеет место при выработке кефира, кумыса, курунги и других кисломолочных продуктов. Возбудителями являются молочные дрожжи Они сбраживают глюкозу с образованием этанола и углекислоты.

Кроме этанола дрожжи могут образовывать и другие спирты (изобутиловый, пропиловый, глицерин), уксусную, пропионовую и янтарную кислоты, а также ацетоин и диацетил.

Пропионовокислое брожение. Возбудителями являются пропионовокислые бактерии. Они превращают глюкозу или молочную кислоту в пропионовую и уксусную кислоты с одновременным образованием янтарной кислоты.

Суммарное уравнение (если одна треть молекул глюкозы превращается в уксусную кислоту, а 2/3 в пропионовую) имеет следующий вид: (15)

ЗС₆Н₁₂О₆+8Ф_н+8АДФ→4СН₃СН₂СООН+2СН₃СООН+2CO₂+2Н₂О+8АТФ

Общий энергетический выход составляет 2 2/3 моль АТФ на I моль глюкозы.

Пропионовокислое брожение углеводов и молочной кислоты играет важную роль в процессе созревания твердых сыров.

Маслянокислое брожение происходит в молочных продуктах под воздействием маслянокислых бактерий и др.

Известно несколько типов маслянокислого брожения различающихся образующимися продуктами:

1) с образованием масляной кислоты и уксусных кислот, СО ↑ и Н ↑ (16)

2С₆Н₁₂О₆+2Н₂0+7Ф_н+7АДФ→СН3СН2СН2СООН+2СН₃СООН+4СО₂+6Н₂+7АТФ

2) с образованием бутилового и изопропилового спиртов, а также этанола и ацетона.

В процессе маслянокислого брожения наряду с масляной кислотой образуются вещества, обладающие резким неприятным запахом, а также большое количество газов. Такое брожение - нежелательный процесс в молочной промышленности, так как он является причиной появления в кисломолочных продуктах неприятного вкуса, запаха и вспучивания сыров.

5.2. Гидролиз и окисление липидов

Изменения молочного жира в молочных продуктах начинаются при их выработке и наиболее интенсивно протекают при их хранении. Они могут иметь как биохимическую природу (идти под действием ферментов), так и химическую (под действием высоких температур, кислорода воздуха и света). В ряде случаев они приводят к возникновению пороков продукта.

Превращения молочного жира сводятся в основном к двум химическим процессам - гидролизу и окислению.

Гидролиз жира - это процесс расщепления триглицеридов жира на глицерин и жирные кислоты при взаимодействии с водой:

СН₂О-СОR СН₂ОН

│ │

СНО-СОR+3Н₂О→СНОН+3RСООН

│ │

СН₂О-СОR СН₂ОН

(17)

Ферментативный гидролиз жира (липолиз) в сыром молоке является нежелательным процессом, так как низкомолекулярные жирные кислоты (масляная, капроновая) могут вызывать различные пороки вкуса молока. При условии накопления оптимальных количеств свободных жирных кислот, гидролиз жира играет положительную роль. Так, при выработке многих сыров вследствие накопления СЖК органолептические свойства продукта улучшаются, поэтому целесообразно усиливать липолитическое расщепление жира. Из микроорганизмов, обладающих липолитической активностью, в сыроделии применяют молочнокислые и пропионовокислые бактерии и некоторые виды микроскопических грибов родов пенициллум, обусловливающие острый перечный вкус мягких сыров.

Окисление жира - это его глубокий распад с образованием перекисей, альдегидов, кетонов, оксикислот и других соединений. Окисление жира часто приводит к появлению в продуктах нежелательных привкусов и запахов. Оно может быть биохимическим (ферментативным) или химическим (перекисное окисление).

Ферментативное окисление жирных кислот происходит по типу окисления, но в молочных продуктах оно идет не до конца, а останавливается на стадии образования высокомолекулярных метилалкилкетонов.

СН₃ СН₃ СН₃

| | |

(СН₂)n (СН₂)n (СН₂)n

| | |

СН₂+АТФ+НS-КоА→СН₂ → С=О

| | |

СН₂ СН₂ СН₃

| |

СООН СО-SКоА

ацил-КоА метилкетон (18)

Ферментативное окисление жирных кислот по данному типу происходит в мягких сырах и сливочном масле. При этом образуются самые различные метилкетоны: метилбутилкетон, метилпроприлкетон, метиламилкетон, метилгептилкетон. Некоторые из них придают сырам определенные вкусовые качества, а в масле являются причиной такого порока, как прогоркание.

Перекисное (не ферментативное) окисление происходит в результате взаимодействия жира с молекулярным кислородом. Окислению подвергается в первую очередь свободный жир, не защищенный оболочкой, а из жирных кислот преимущественно окисляются ненасыщенные.

Окисление жирных кислот молекулярным кислородом, проходит через цепные реакции с образованием промежуточных продуктов перекисного типа.

Образование свободных радикалов, приводящих к зарождению цепи окисления, происходит при отрыве атома водорода от жирной кислоты (19)

RH→R⁰+H⁰

Инициатором цепных реакций могут быть металлы, кислород, ферменты, свет, различные типы излучения. Активный радикал R° далее вступает в реакцию с молекулярным кислородом, образуя перекисный радикал (20)

R⁰+0₂→R00°

Перекисный радикал, реагируя с новой молекулой окисляемого вещества, дает гидроперекись и новый свободный радикал (21)

R00°+RH→ROOH+R° и т.д.

Таким образом, на первой стадии окисления образуются различные гидроперекиси и перекиси, являющиеся неустойчивыми высокоактивными соединениями. Первичные продукты окисления существенно не влияют на органолептические свойства продуктов. После их накопления в жире начинают протекать разнообразные реакции, в результате которых образуются вторичные продукты окисления, часто обладающие неприятным вкусом и запахом - альдегиды, кетоны, кислоты, эпоксиды, оксисоединения.

При окислении олеиновой кислоты образуются низкомолекулярные насыщенные альдегиды гептаналь, октаналь, нонаналь. Помимо полиненасыщенных кислот образуются ненасыщенные альдегиды пентен-2 -аль, октен-2-аль и другие с общей формулой СН -(СН ) -СН -СН-СН-СН-СН-СНО. Многие из этих альдегидов обладают неприятным вкусом и в различных комбинациях могут придавать молочным продуктам посторонние привкусы: салистый, рыбный.

На процесс окисления влияют некоторые химические вещества, которые либо замедляют (антиоксиданты), либо сильно ускоряют окисление жира (металлы переменной валентности медь, никель и др.)

Задержку окислительной порчи продуктов вызывают антиоксиданты, действие которых заключается во взаимодействии со свободными радикалами, в результате чего происходит обрыв цепей окисления.

Известно большое количество соединений, обладающих сильными антиоксидантными свойствами. Одни из них содержатся в пищевых продуктах (естественные антиоксиданты), другие - получают искусственно и вносят в продукты (синтетические антиоксиданты).

Среди естественных антиоксидантов наиболее активными являются токоферолы, содержащие подвижный атом водорода, который может взаимодействовать со свободными радикалами. При их добавлении к сырому молоку, с умеренными и сильновыраженными окислительными запахом и вкусом, балловая оценка запаха и вкуса повышается в 2-3 раза.

Из синтетических антиоксидантов наибольшую активность имеют соединения фенольного типа - бутилокситолоул, бутилоксианизол и др.

Аскорбиновая кислота обладает как оксидантным, так и прооксидантным действием. При ее естественном уровне в молоке (10-20 мг/дм ) проявляется прооксидантный эффект, а при добавлении ее в молоко в количестве 50 мг/дм и более происходит ингибирование процессов образования окисленных запаха и вкуса (аскорбиновая кислота связывает кислород и, окисляясь, препятствует образованию пероксида).

В последние годы для предохранения животных жиров от окисления стали применять смесь глюкозы и ферментных препаратов глюкооксидазы и каталазы. При окислении глюкозы до глюконовой кислоты из среды удаляется кислород, образующаяся же перекись водорода разлагается каталазой (22)

Глюкоза+О₂+Н₂О→глюконовая кислота +H₂O₂

2H₂O₂→2Н₂0+О₂

5.3. Распад белков и изменение аминокислот

Ферментативный распад молочных белков при приготовлении заквасок, кисломолочных продуктов и сыров осуществляют молочнокислые, пропионовые бактерии и дрожжи. Продуктами распада белков в молочных продуктах являются пептиды различной молекулярной массы и аминокислоты. Протеолиз белков и аминокислот под влиянием ферментов молочнокислых, пропионовокислых бактерий и дрожжей осуществляется мягко, продукт обогащается ценными азотистыми веществами, повышается биологическая ценность и вкусовые достоинства.

Наоборот, разложение белков и аминокислот гнилостными и другими посторонними микроорганизмами вызывает порчу молочных продуктов, так как сопровождается образованием нежелательных, часто дурно пахнущих и ядовитых веществ.

Способность молочнокислых бактерий к протеолизу является одним из их биохимических свойств. Они предпочтительно гидролизуют белковые фрагменты, но могут избирательно атаковать и фракции нативного казеина.

Стрептококки разлагают белок преимущественно до пептонов и пептидов (с накоплением лишь незначительного числа аминокислот), палочки же образуют в молоке большое количество свободных аминокислот. Это зависит от аминокислотного состава белков молока, протеолитической активности бактерий и в большей степени от интенсивности потребления ими аминокислот в процессе своей жизнедеятельности.

Для жизнедеятельности молочнокислых бактерий требуется от 8 до 16 аминокислот, причем для молочных палочек этот набор является более разнообразным, чем для стрептококков.

Изучение протеолитической активности молочнокислых бактерий представляет интерес, поскольку продукты распада белков (в первую очередь аминокислоты) при накапливании в процессе созревания и хранения молочных продуктов оказывают значительное влияние на формирование вкуса, запаха и биологическую ценность. Использование заквасок, состоящих из культур с повышенной протеолитической активностью, позволяет ускорить процесс выработки кисломолочных продуктов и сыров.

В простокваше распад белков весьма незначителен, так как при ее приготовлении используются только молочнокислые стрептококки. При выработке творога создаются более благоприятные условия для развития молочнокислых стрептококков и действия протеолитических ферментов, что объясняется высокой буферностью среды (оптимум действия протеаз молочнокислых стрептококков находится при рН 6,0-7,5). В готовом продукте обнаружены растворимые белковые и небелковые азотистые вещества, в том числе свободные аминокислоты, повышающие биологическую ценность творога.

Кисломолочные напитки (кумыс, кефир) характеризуются самой большой степенью протеолиза, в них развиваются кроме кокков, еще палочки и дрожжи.

Еще более благоприятные условия для действия бактериальных протеаз имеются в сырах, для которых протеолитический распад белков происходит в результате совместного действия сычужного фермента и протеаз молочнокислых кокков и палочек.

Аминокислоты, образующиеся в результате распада белков молока и не использованные микроорганизмами, подвергаются дальнейшим ферментативным превращениям. Они дезаминируются, переаминируются и декарбоксилируются.

Дезаминнрование – отщепление - группы. При этом образуется различные кето-, окси- и карбоновые кислоты; ПВК, пропионовая, кетоглутаровая, янтарная, яблочная и др. (23)

R–CHNH₂-СООН+1/2О₂ → R–CO-COOH+NH₃

окислительное дезаминирование кетокислота

R-CHNH₂–COOH+H₂O → R-CHOH-COOH+NH₃

гидролитическое дезаминирование оксикислота

R-CHNH₂-COOH+2H → R-CH₂ COOH +NH₃

восстановительное дезаминирование карбоновая кислота

Далее кетокислоты могут декарбоксилироваться до соответствующих альдегидов.

Переаминирование – группы аминокислот переносятся на кетокислоты с образованием главным образом глютаминовой и аспарагиновой кислот, а также аланина. Особенно интенсивно - группа переносится к пировиноградной, кетоглутаровой и щавелевоуксусной кислотам.

Декарбоксилирование - приводит к образованию С0 и аминов (24)

R-СН₂-СН-NH₂-СООН→СО₂+R-СН₂-СН₂NН₂

Полученные амины далее подвергаются окислительному дезаминированию с образованием аммиака и альдегида или используются в качестве промежуточных продуктов ряда азотистых соединений, являющихся ростовыми факторами.

Дата добавления: 2018-09-22; просмотров: 322; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

Мы поможем в написании ваших работ!