Материал: Рогожин В.В., Рогожина Т.В. Биохимия сельскохозяйственной продукции

18.1. Химический состав молока

18.1.2. Белки молока

К основным белкам молока относят четыре электрофоретически разделимые фракции казеинов, сывороточные белки (β-лактоглобулин, α-лак- тальбумин), альбумин сыворотки крови, иммуноглобулины, β-микрогло- булин, лактоферрин, церулоплазмин. Казеина содержится в молоке около 80% от общего количества белка, тогда как β-лактоглобулина — 7…12%, α-лактальбумина — 2…5%, сывороточного альбумина — 0,8…1,4%.

Казеин. По структуре казеин является фосфопротеидом, обладает способностью к самопроизвольному формированию мицелл в присутствии ионов кальция, цитратов и фосфатов. Известны четыре типа казеина: αs1-, αs2-, β-, χ-казеин, которых в молоке соответственно 38, 10, 39 и 13 % от суммарного количества казеинов. Казеины отличаются между собой по молекулярной массе, количеству фосфорной кислоты в них, а χ-ка- зеин — еще и содержанием углеводов, представленных глюкозамином и сиаловыми кислотами.

В молоке около 95% казеина образуют мицеллы глобулярной формы, размер которых составляет 150…200 нм, и только 5% казеина находится в виде мономерных форм, полимеров фракций казеина и субмицелл. Каждая мицелла содержит в себе все виды казеина и состоит из 7000…8000 полипептидных цепей, соединенных между собой ионами Са2+. На периферии мицелл расположен χ-казеин, выполняющий роль защитного коллоида.

Особое внимание следует уделить строению χ-казеина. Этот белок состоит из нескольких компонентов, главный из которых не содержит углеводы, тогда как в структуре других компонентов содержатся олигосахариды. Сложность формирования вторичной структуры χ-казеина обусловлена наличием у него 32% α-спирали, 31% параллельной и 24% антипараллельной β-структуры. Причем спирализация полипептидной цепи χ-казеина происходит вблизи участка связывания химозина (реннина).

Фермент реннин (сычужный фермент), который добавляется к молоку при изготовлении сыров, отщепляет от χ-казеина гликопептид, после чего нарушается структура мицелл и происходит створаживание молока. Причиной створаживания является то, что χ-казеин, потеряв под дейс-

383

Глава 18. Биохимия молока

твием фермента гидрофильный гликопротеид, образует нерастворимые соли с ионами Са2+ даже в нейтральной среде, чего не происходит при нативном состоянии белка в молоке. Тогда как растворимые αs1-, αs2- и β- казеины подвергаются гидролитическому расщеплению под действием плазмина молока.

Казеин характеризуется высокой биологической ценностью благодаря содержанию в его составе полного набора аминокислот. В казеине содержится от 0,1 до 1% фосфора, связанного сложноэфирной связью с остатками серина, входящими в молекулу белка. С казеином соединен кальций. Все это обусловливает высокие питательные качества казеина для человека. Синтез казеина осуществляется в молочной железе из доставляемых в нее кровью аминокислот и фосфатов. Для этой же цели в железе используются и сывороточные альбумины, которые вначале гидролизуются до аминокислот, а потом вовлекаются в процессы биосинтеза белка.

β-Лактоглобулин. После осаждения казеина (при подкислении молока или под действием реннина) остается сыворотка, содержащая набор белков, среди которых содержится β-лактоглобулин. Он относится к группе альбуминов, так как способен растворяться в растворе (NH4)2SO4 и характеризуется высоким содержанием SH-групп. β-Лактоглобулин состоит из двух полипептидных цепей с молекулярной массой 18,3 кДа, которые при температуре выше 30 °С способны распадаться на мономерные формы. Дальнейшее нагревание приводит к агрегации субъединиц, соединенных между собой дисульфидными связями. В целом β-лактоглобулин имеет две дисульфидные связи между остатками цистеина в положении 66 и 160, 106 и 119 и одну свободную сульфгидрильную группу в положении 13. При нагревании молока до 70 °С и выше часть сульфгидрильных групп отщепляется в виде сероводорода, что придает кипяченному молоку специфический запах. Нагревание молока также сопровождается изменением пространственной структуры сывороточных белков, в результате чего возникают дополнительные дисульфидные связи, при этом молекулы белка денатурируют. β-Лактоглобулин придает молоку определенные физико-химические свойства. Так, в денатурированном состоянии этот белок адсорбируется на мицеллах казеина, предохраняя молоко от свертывания при сгущении. В денатурированном состоянии β-лактоглобулин препятствует створаживанию молока, поэтому молоко, предназначенное для получения творога, нельзя перегревать.

α-Лактальбумин. Белок относится к гликопротеидам, состоит из одной полипептидной цепи с молекулярной массой 16,5 кДа и изоэлектрической точкой 5,1. Входит совместно с галактозилтрансферазой в состав лактозосинтазы. В стабилизации третичной структуры белковой молекулы α-лактальбумина принимают участие ионы кальция, поэтому α-лакталь- бумин денатурирует только при температурах выше 65 °С.

384

18.1. Химический состав молока

Альбумин сыворотки крови (сывороточный альбумин). В молоке содержится сывороточный альбумин — белок глобулярной структуры с молекулярной массой 66 кДа. Он мало чем отличается от аналогичного белка крови, т. е. его синтез происходит не в молочной железе, а в других органах животных.

Церулоплазмин и лактоферрин. Они являются соответственно медь-

ижелезосодержащими белками молока. Оба белка предназначены для накопления и переноса ионов меди и железа, адсорбируя их на поверхности белковой глобулы. Как специализированные переносчики они способны обеспечить поступление ионов меди и железа в организм детенышей, ликвидируя таким образом недостаток этих ионов в растущем организме. Однако между собой церулоплазмин и лактоферрин различаются по молекулярной массе — 151 и 76,5 кДа соответственно.

Очищенный церулоплазмин имеет голубую окраску за счет высокого содержания меди (8 атомов меди на молекулу белка); катализирует реакции оксидазного окисления аскорбиновой кислоты, гидрохинона, катехолов и п-фенилендиамина. Оптимум активности церулоплазмина приходится на рН 5,6…6,0. Ингибиторами фермента являются цианид и азид, а активаторами — Fe2+. Содержание церулоплазмина в молоке составляет менее 1 мг/кг.

Лактоферрин содержит в своем составе углеводы, являясь гликопротеидом. Синтез лактоферрина происходит в клетках молочной железы. В молоке КРС содержится 20…350 мг/кг лактоферрина. При этом его концентрация может возрастать в молозиве и стародойном молоке в десятки

иболее раз.

18.1.3. Ферменты молока

В молоке присутствуют ферменты глутатионпероксидаза, каталаза, липаза, щелочная фосфатаза и др. Глутатионпероксидаза представлена в организме животных в нескольких формах (GPX–I, GPX–II, GPX–III и GPX–IV). Глутатионпероксидаза GPX–I эукариот является селенсодержащим белком, катализирующим следующую реакцию:

2Г-SH + Н2О2 → Г-S-S-Г + 2Н2О,

где Г-SH и Г-S-S-Г — восстановленная и окисленная формы глутатиона.

Другой формой глутатионпероксидазы служит GPX–II, которая катализирует реакцию окисления глутатиона при участии гидроперекисей липидов:

2Г-SH + ROOН → Г-S-S-Г + ROН + Н2О,

где R — алкильный радикал (обычно фосфолипид).

В последнее время обнаружена новая форма глутатионпероксидазы GPX–IV, по специфичности действия тождественная GPX–II, но отлича-

385

Глава 18. Биохимия молока

ющаяся от нее строением первичной структуры полипептидной цепочки. Возрастание пероксидазной активности в молоке может наблюдаться при воспалительных процессах в молочной железе.

В молоке содержится незначительное количество каталазы. Фермент катализирует реакции разложения (диспропорционирования) перекиси водорода на воду и кислород.

Н2О2 → Н2О + О2

Совместно с пероксидазой и СОД каталаза входит в состав антиоксидантной системы животных. Возрастание активности фермента отмечается у новотельных и стародойных коров. Особенно высокая активность фермента проявляется при заболеваниях вымени у коров (маститах).

Липаза, обнаруженная в молоке, катализирует реакции гидролиза сложноэфирных связей, расщепляя триглицериды на глицерин и жирные кислоты. Высокое содержание липазы наблюдается в зимнем молоке по сравнению с летним. Отмечается возрастание активности липазы к концу лактации, что сказывается на качестве молока (прогорклое молоко). Липаза может адсорбироваться на поверхности жировых шариков, вызывая порчу масла, подвергшегося плесневению. Под действием липаз сыры, созревающие при участии плесени, приобретают специфичный вкус.

Щелочная фосфатаза катализирует в щелочной среде реакции гидролиза ортофосфорных эфиров. В действии фермента проявляются свойства гидролазы (1) при отщеплении фосфата от субстрата и трансферазы, когда осуществляется перенос фосфата на молекулу акцептора (глюкоза) (2).

Максимальная активность фермента проявляется при рН 9,0…10,0. Высокое содержание фермента отмечено в лактирующей молочной железе. По своей природе щелочная фосфатаза относится к мембранным ферментам и поэтому участвует в механизмах переноса фосфора через клеточные мембраны, являясь компонентом системы активного транспорта. Кроме того, фермент принимает активное участие в процессах кальцификации костной ткани, поэтому его много в сыворотке крови, откуда щелочная фосфатаза поступает при активном кровоснабжении в молочную железу.

386

18.1. Химический состав молока

Ферменты попадают в молоко из крови или являются составными частями отторгающихся клеток секреторного эпителия. Поэтому высокая активность щелочной фосфатазы в молоке может свидетельствовать о заболеваниях печени и костной системы. Щелочная фосфатаза в молоке может быть и микробного происхождения. Поэтому высокая активность фермента может свидетельствовать о низком санитарном качестве молока.

18.1.4. Углеводы молока

Основным углеводом молока является дисахарид лактоза, или молочный сахар, которого содержится 4,5…5,0 %. Кроме того, в молоке может быть до 0,2 % галактозы и 0,01…0,1 % глюкозы. В незначительных количествах в молоке присутствуют и другие олигосахариды: трисахариды, тетрасахариды, пентасахариды, гексасахариды и др.

18.1.5. Липиды молока

Жирные кислоты молока могут частично синтезироваться в молочной железе, а частично поступают из крови. Содержание нейтральных липидов

вмолоке может колебаться в пределах 2,8…4,5%. При этом содержание моно- и диглицеридов в молоке составляет 80%, т. е. всего 1,2…2,6%.

Фосфатидилхолин и фосфатидилэтаноламин являются основными фосфолипидами молока, содержание которых составляет более 60% всех фосфолипидов. При этом основная часть фосфолипидов молока входит

всостав оболочек жировых шариков (60…70 %).

Общее содержание фосфолипидов в молоке и молочных продуктах может составлять (в %): 0,02…0,06 в молоке, 0,15…0,19 в сливках, 0,016…0,028

вобезжиренном молоке, 0,36…0,38 в масле, 0,14…0,23 в пахте. При гомогенизации 5…15% фосфолипидов может перейти в раствор, тогда как при сепарировании молока 60…70% фосфолипидов переходят в сливки, а при сбивании сливок (при производстве масла) 50…65% фосфолипидов переходят в пахту.

Основным стерином молока является холестерин, который входит

всостав жировых шариков. Содержание стеринов в молоке может достигать 0,010…0,014 % и обычно составляет 0,2…0,4 % от общего количества липидов.

Биологически активные вещества липидной природы, представляющие собой оксигенированные производные полиненасыщенных жирных кислот, содержащие в углеводородной цепи пятичленные циклы, называются простагландинами. В молоке содержатся низкие концентрации простагландинов. Однако их высокое содержание в крови определяет сильное регуляторное действие на секрецию молочной железы.

387