Научно-исследовательская работа по теме:"Пищевые белки молока"

Городское научное общество учащихся

Секция химии

Пищевая ценность молока с точки зрения химика

Выполнили:

Ученики 9 «А» класса

Костенко Александра,

Цыпин Алексей

Руководитель: учитель химии:

Нечаева Ирина Геннадиевна

Великий Новгород

ВВЕДЕНИЕ

Молоко и различная молочная продукция относятся к наиболее известным издавна продуктам питания. Молочные продукты имеют огромное значение в питании современного человека как полноценные в биологическом отношении продукты питания.

В настоящее время становятся все более актуальными вопросы снабжения населения белковыми продуктами питания. При остром дефиците животного белка в питании человека на Земле одним из значительных источников белка стали молоко и молочные продукты. Высокая биологическая и пищевая ценность белков молока обуславливает целесообразность их и использования в виде пищевых продуктов для непосредственного употребления или в качестве полуфабрикатов с целью обогащения различных продуктов питания и кормов для сельскохозяйственных животных.

Ежедневное употребление молока и различных молочных продуктов способствует сохранению здорового сердца, так как  в молоке содержатся химические элементы, не допускающие развития метаболического синдрома, увеличивающего концентрацию холестерина и способствующего отложению излишнего жира. Вопросы доступности и качества молока и молочных продуктов сейчас особенно актуальны в связи с ускорением темпа жизни современного человека, необходимости поддержания высокого тонуса и работоспособности при максимальной обеспеченности рациона полноценными и сбалансированными продуктами.

Теоретическая часть

Среди огромного количества различных продуктов животного и расти- тельного происхождения наиболее совершенными, т.е. наиболее ценными в пищевом и биологическом отношении, являются молоко и молочные продукты. Молоко единственный пищевой продукт, который обеспечивает организм млекопитающих всеми необходимыми питательными веществами. И.П. Павлов указывал на три основных свойства молока как пищевого продукта: легкая усвояемость, способность к возбуждению органов пищеварения и лучшее усвоение азота молока по сравнению с азотом других продуктов. Перевариваемость молока и молочных продуктов колеблется от 95 до 98 % Павлов писал: «Молоко – это удивительная пища, созданная самой природой».

Высокая питательная ценность молока обусловлена не только содержанием в нем белковых веществ, жира, углеводов, минеральных солей и благоприятным их соотношением, но и специфическим составом указанных компонентов. Фактически нет другого пищевого продукта, который по питательной ценности равен молоку. В 1 л молока содержится: 32 г белка, что соответствует количеству его в четырех-пяти куриных яйцах, 32 г молочного жира, что соответствует 36 г сливочного масла, 48 г молочного сахара, что эквивалентно калорийности 12 кусков сахара, а также минеральные соли и почти все известные витамины, необходимые организму человека любого возраста.

Как известно, важная роль в рациональном питании принадлежит животным белкам. По переваримости и сбалансированности аминокислотного состава белки молока относятся к наиболее биологически ценным. Их переваримость (усвояемость) составляет от 96 до 98 %.

 Важно отметить, что основной белок молока - казеин - легко «атакуется» и переваривается в нативном неденатурированном состоянии с помощью протеолитических ферментов пищеварительного тракта.

Сравнение состава незаменимых аминокислот белков молока с составом «идеального» белка свидетельствует о практическом отсутствии у них аминокислот, лимитирующих биологическую ценность белков.

Лимитирующими биологическую ценность белков считаются те аминокислоты, скор которых составляет менее 100 %. Аминокислотный скор показывает процентное содержание каждой аминокислоты в исследуемом белке по отношению к их содержанию в «идеальном» белке. Один грамм «идеального» белка по шкале ФАО/ВОЗ (принятой в 1973 г.) содержит (в мг): изо- лейцина - 40, лейцина - 70, лизина - 55, серосодержащих аминокислот (ме- тионин+цистин) - 35, ароматических (фенилаланин+тирозин) - 60, треонина - 40, триптофана - 10, валина - 50.

 Некоторый дефицит серосодержащих аминокислот, в основном цистина, отмечен для казеина, но ими богаты сывороточные белки молока. Сывороточные белки характеризуются также высоким содержанием двух других наиболее дефицитных аминокислот: лизина и триптофана. Поэтому введение сывороточных белков молока в пищевые продукты, особенно растительного происхождения, способствует резкому увеличению их биологической ценно- сти, что связано с улучшением степени сбалансированности аминокислотного состава.

Определенную ценность в питании человека представляет жир молока. По сравнению с жирами животного происхождения он лучше усваивается в организме человека. Этому способствуют, во-первых, относительно низкая температура плавления жира (от 28 до 33 °С); во-вторых, нахождение его в молоке в тонкодиспергированном виде. Коэффициент переваримости молочного жира составляет от 97 до 99 %. Молочный жир содержит сравнительно мало незаменимых полиненасыщенных жирных кислот. Однако при употреблении 0,5 л молока покрывается около 20 % суточной потребности чело- века в этих кислотах. Присутствие же в молочном жире дефицитной арахидоновой кислоты, жирных кислот с короткой цепью, а также значительных количеств фосфолипидов и витаминов (А, D, Е) повышает его биологическую ценность. Кроме того, соотношение жира и белка в молоке близко к оптимальному.

Важным компонентом молока является лактоза. В отличие от других Сахаров она относительно плохо растворима в воде, медленно всасывается в кишечнике и тем самым стимулирует развитие в нем молочнокислых палочек, которые, образуя молочную кислоту, подавляют гнилостную микрофлору и способствуют лучшему всасыванию кальция и фосфора. Особенно важна роль лактозы в питании грудных детей.

Большое значение в питании человека имеют минеральные вещества. Прежде всего следует отметить высокое содержание в молоке и молочных продуктах кальция и фосфора, выполняющих ряд важных функций в организме человека. Оба элемента находятся в молоке в хорошо сбалансированных соотношениях, что обусловливает их сравнительно высокую усвояемость. Так, отношение между кальцием и фосфором в молоке составляет 1:1 - 1,4:1 (в твороге и сыре 1:1,5-1:2), в то время как в мясе и рыбе оно равно соответственно 1:13 и 1:11. Около 80 % суточной потребности человека в кальции удовлетворяется за счет молока и молочных продуктов.

Вместе с тем молоко сравнительно бедно некоторыми микроэлемента- ми: железом, медью, марганцем, йодом, фтором. В настоящее время делаются попытки вносить в молоко соединения йода и фтора, при производстве же продуктов детского питания к молочной основе обычно добавляют соли железа.

Молоко и молочные продукты являются постоянным источником почти всех витаминов. Особенно богаты они относительно дефицитным в пищевых продуктах рибофлавином - около 50 % суточной потребности человека в витамине удовлетворяется за счет молока и молочных продуктов.

Биологическую ценность молока дополняют разнообразные ферменты, гормоны, антитела, антибиотики и другие биологически активные вещества.

Таким образом, пищевая и биологическая ценность молока бесспорна, и оно должно являться незаменимым продуктом питания человека во все периоды его жизни. Недаром по древней легенде Геракл в младенчестве питался именно молоком, хлынувшим по воле Зевса с Олимпийских высот. Разлившееся после этого по всей вселенной молоко образовало Галактику или Млечный путь. «Источником здоровья», «белой кровью» называли молоко древние философы. .

Белки.

Общее содержание  белков в коровьем молоке может колебаться в пределах 3,0—3,9 %, в среднем 3,2 %. Они представляют собой смесь различных фракций с относительной молекулярной  массой выше  10 тыс.  В основном  различают  две основные группы: казеин  (фракции белка, которые выпадают при подкислении молока до рН 4,6) и сывороточные белки (фракции, которые при подкислении  остаются в растворимом состоянии). Казеины составляют в среднем 79% общего содержания белка, остальное  —  сывороточные  белки, среди  которых преобладают лактоглобулины и а-лактоальбумины  и иммуноглобулины. Казеин в молоке  находится в  виде сложного комплекса  с солями кальция и фосфорной  кислоты. Казенны и сывороточные белки несколько отличаются по аминокислотному составу. Так, глутаминовой кислоты несколько больше в казеине, чем в сывороточных белках.  Такой важной незаменимой кислоты, как цистин,  в сывороточных белках содержится  значительно больше, чем в  казеине.

1. Состав и содержание белков коровьего молока

В целом  аминокислотный состав молока сбалансирован настолько, что коровье молоко является  практически весьма полноценным белковым продуктом.  В нем отмечается только небольшой недостаток  серосодержащих аминокислот  (за счет цистина). Скор равен  94 %.   Помимо белков  в молоке содержится незначительное количество (4—10 %) небелковых форм азота, в том числе около 2- 3 %  свободных аминокислот.  

Наличие свободных аминокислот имеет важное значение в молочной промышленности при производстве молочнокислых изделий и сыров, так как они являются важным источником питания молочнокислых бактерий.

Пищевая  и энергетическая ценность молока

Молоко великий физиолог И. П. Павлов назвал «изумительной пищей, приготовленной самой природой, отличающейся легкой удобоваримостью и питательностью по сравнению с другими видами пищи».

Человек питается молоком животных с тех пор, как приручил их. Еще в Древнем Египте молоко считалось средством для лечения некоторых болезней. Знаменитый Авиценна сказал, что молоко — наилучшая пища для пожилых, или, по его выражению, людей, «подвинутых в годах». С середины XVIII века оно входит в лечебные диеты жителей России и Западной Европы: его используют при лечении сердечных заболеваний, туберкулеза, подагры и т. д. Ныне молоко стало общепризнанным диетическим продуктом.

Исследованиями установлено, что в молоке содержится до 120 различных ингредиентов. Соотношение их зависит от вида молока. Так, наименее жирное молоко — кобылье, больше всего жира и белка содержит оленье молоко. Молоко овец и коз по калорийности и содержанию жира превосходит коровье.

Данные о химическом составе некоторых видов молока представлены в таблице.

Молочный жир в значительном количестве содержит биологически ценные полиненасыщенные жирные кислоты и отличается низкой температурой плавления, что способствует его лучшему усвоению. Благодаря тонкой дисперсности он хорошо всасывается в кишечнике. Содержатся в молоке и очень ценные антисклеротические вещества — фосфатиды.

В коровьем молоке насчитывается свыше 15 витаминов и около 20 разнообразных минеральных веществ. Особое значение имеют соли кальция и фосфора. Двух стаканов молока в день достаточно, чтобы удовлетворить потребность организма в кальции. Кроме того, молоко содержит почти все микроэлементы: кобальт, медь, цинк, бром, йод, марганец, фтор, серу, молибден и пр.

Молочный сахар, или лактозу,— этот важный источник энергии,— организм человека усваивает почти полностью — на 98%. Под действием тех или иных микроорганизмов лактоза может превращаться в различные кислоты, на чем и основано приготовление многих молочных продуктов.

Изменения химического состава и физических свойств молока

Колебания в содержании сухого вещества и его составных частей обусловлены влиянием нескольких основных факторов: породы коров, возраста и состояния организма животных, периода лактации, вида кормов, условий содержания и доения, времени года.

Молоко коров различных пород различается по химическому составу: содержанию жира, белка, сахаров, а также макро- и микроэлементов. Наблюдаются различия в активности отдельных ферментов. В зависимости от породы коров отмечают отличия в составе казеинаткальцийфосфатного комплекса в молоке. Молоко коров различных пород различается также по соотношению фракций, размерам мицелл казеина и содержанию минеральных веществ, что обусловливает неодинаковую продолжительность сычужного свертывания молока и плотность сычужного сгустка. Могут также наблюдаться различия в размерах и составе жировых шариков.

На протяжении всего периода лактации состав молока также изменяется. В период со 2-го по 6-й месяц содержание жира и белка несколько снижается, затем вновь наблюдается небольшой рост. Количество кальция и фосфора незначительно повышается к концу лактации, тогда как содержание золы и лактозы практически остается постоянным. Молозиво (первые 7 дней лактации) и стародойное молоко (последние 7 дней лактации) не подлежат приемке на предприятиях, перерабатывающих молоко-сырье.

Полноценность и достаточность кормов непосредственно влияют на продуктивность коров, состав и пищевую ценность молока. Сезонные колебания в составе молока вплотную связаны с колебаниями в структуре и рационах кормов, а также с сочетанием периодов лактации, стоцлового и пастбищного содержания и т.д.

Химический состав молока, степень дисперсности и концентрация его составных частей определяют основные физические свойства молока.

Таблица . Физические свойства молока

Первые четыре характеристики молока широко используют при оценке качества молока-сырья, и все перечисленные показатели очень важны при его последующей переработке.

В состав молока входят почти все вещества, необходимые для нормальной жизнедеятельности организма. В лечебном питании используется коровье молоко и очень редко – козье, кобылье, овечье. Коровье молоко содержит 3,9% белка, в состав которого входит около 20 аминокислот, лактоглобулин, обладающий антибиотическими свойствами. При кипячении молока часть аминокислот, глобулинов и альбуминов выпадает в осадок, при пастеризации этих изменений не происходит. Молоко содержит 3,7% легко усвояемого жира, богатого высоконенасыщенными жирными кислотами, лецитином и хорошо сбалансированным холестерином. В состав коровьего молока входит 4,7% легко всасываемого молочного сахара, минеральные вещества, в том числе кальций, фосфор, относительно много калия и мало натрия, что усиливает выделение мочи. Оно содержит жирорастворимые витамины (А, В, Е) и витамины группы В (В2, Ве), обладает свойством ощелачивать внутреннюю среду, является слабым возбудителем желудочной секреции и хорошо усваивается в кишечнике. Некоторые люди не переносят молоко в результате врожденной или приобретенной (при некоторых заболеваниях органов пищеварения) недостаточности фермента лактазы, расщепляющего молочный сахар. Непереносимость молока возможна и при повышенной чувствительности к молочному белку. В этих случаях молоко либо только добавляется в различные блюда, либо же полностью исключается из рациона. Доброкачественное молоко имеет приятный вкус и запах, без осадка.

ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ

Цель работы – исследование пищевой ценности коровьего молока фермерских и частных хозяйств Новгородского района по содержанию белка и оценка его натуральности.

Задачи исследования:

- изучение химического состава коровьего молока и аминокислотного состава белков молока по литературным источникам;

- провести социологический опрос по вопросам потребления молока среди школьников 9-х классов;

- ознакомиться с различными химическими и физико-химическими методами исследования качества, пищевой ценности и натуральности молока;

- провести анализы проб молока из частных хозяйств для оценки содержания белка и возможной фальсификации.

СОБСТВЕННЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ

Массовую долю общего белка в молоке можно определить различными методами:

Метод Къельдаля. Основан на определении массовой доли азота в пробе. В отличие от других химических элементов, массовая доля азота в отдельным белках- величина довольно постоянная. В белках молока она составляет 15,67 %. Пробу смешивают с определенным количеством концентрированной серной кислоты и сжигают, при этом азот превращается в сульфат аммония, который, в свою очередь, разлагают раствором гидроксида натрия с образованием аммиака. Аммиак улавливают борной кислотой, образовавшуюся соль тетрабората аммония оттитрывают раствором хлороводородной кислоты. По объему раствора соляной кислоты, израсходованной на реакцию с тетработатом аммония, рассчитывают массовую долю азота и белка.

Метод Лоури. Основан на измерении оптической плотности окрашенного раствора, в котором одновременно происходят по меньшей мере две цветные реакции на балок: биуретовая и реакция Фолина. Биуретовая реакция обусловлена наличием в молекулах белков пептидной связи (-СО-NH-), способной образовывать окрашенные комплексы с ионами двухвалентной меди. Окрашивание комплексов варьирует от красного до синего с преобладанием фиолетового в зависимости от числа входящих в них атомов азота: при участии четырех атомов азота появляется красное окрашивание, трех – фиолетовое, двух – синее.

Реакция Фолина состоит в восстановлении смеси фосфорновольфрамовой и фосфорномолибденовой кислот тирозиновым и цистеиновым радикалами белковой молекулы с образованием комплексного соединения синего цвета. Реакция не очень специфична, но весьма чувствительна. Поэтому метод Лоури позволяет вести определения белков в сильно разбавленных раствора где количество их выражается всего лишь десятками микрограммов. Массовую долю белка в испытуемой пробе устанавливают по калибровочному графику, который, как правило, строят с использованием раствора тирозина известной концентрации.

Метод формольного титрования. Формольный метод определения белка в молоке основан на том, что водный нейтральный раствор аминокислот в присутствии нейтрального формалина способен повышать кислотность с образованием соединений, в которых оба водорода аминогруппы замещаются метильной группой:

R-CH-COOH + HCOH  → R-CH-COOH + H2O

         ׀                                     ׀

        NH2                                                 N=CH2

аминогруппа        метильная труппа

Свободную группу СООН оттитровывают щелочью:

R - СН – СООН  + NaOH  → R-CH-COONa + H2О

|                                      |

N = СН2                             N = СН2

Таким образом, титриметрический метод определения массовой доли белка основан на измерении объема титранта (раствора щелочи), вступающего в реакцию с определяемым ионом (H+). Момент окончания реакции (точку эквивалентности устанавливают по изменению окраски индикатора.

Список литературы

1. Охрименко О.В. и др. Лабораторный практикум по химии и физикп молока / О.В.Охрименко, К.К.Горбатова, А.В.Охрименко. – СПб., 2005. – 256 с.
2. Богатова О.В., Догарева Н.Г.Химия и физика молока: Учебное пособие.- Оренбург, 2004.-137 с.
3. Горбатова К.К. Химия и физика белков молока. – М., Колос, 1993. – 192 с.
4. Горбатова К.К. Исследование химического состава молока: Методические указания к лабораторным работам по химии и физик молока для студентов специальности 1017. Л., 1986. – 30 с.
5. Скурихин И.М., Нечаев А.П. Все о пище с точки зрения химика: Справ.издание.- М., 1991. – 288 с.