Серия «Что такое молоко?»

Бациллы и клостридии наряду с вегетативными формами образуют и покоящиеся формы – цисты и споры. Это особые структуры, формирующиеся внутри цитоплазмы «материнской» клетки. Эндоспоры обладают устойчивостью к высоким температурам и дозам радиации, летальным в норме для вегетативных клеток.

Археи (архебактерии) - тоже одноклеточные, тоже не имеют ядра, тоже могут иметь разные формы. В общем, оно крякает как утка, плавает как утка, но... Разница между ними и бактериями понятна только специалисту, она спрятана на биохимическом уровне: строение мембран, белковый и фосфолипидный состав. Любопытно, что ни один вид археев не является патогенным, то есть они не способны вызвать заболевание.

Цианобактерии. Изначально их называли синезелёными водорослями, но потом покопались поглубже во внутренних структурах и отнесли к бактериям, не смотря на способность заниматься фотосинтезом. Эти товарищи очень дружелюбны и увлекаются вступлением в симбиозы с беспозвоночными, грибами и растениями.

Вирусы - это неклеточные организмы, то есть они, единственные из нынеживущих, не состоят из клеток. Ведут исключительно паразитический образ жизни и могут функционировать только в теле хозяина. Не питаются, не выделяют продукты обмена, не дышат. Не умея размножаться, они занимаются репликацией - клонируют сами себя за счёт ресурсов клеток других организмов. В отдельную группу выделяют бактериофаги - вирусы, поражающие исключительно бактериальные клетки.

Микроскопические грибы. Самые известные представители - это дрожжи и плесневые грибы. Дрожжи имеют форму круглых или овальных клеток, размножаются почкованием. В присутствии кислорода дышат, в отсутствии - получают энергию путем брожения. Это называется «эффект Пастера». Однако в среде с высоким содержанием сахаров бродят даже в присутствии кислорода. Это называется «эффект Кребтри». Плесень - бывает как одноклеточной, так и многоклеточной, имеет разветвлённую грибницу (мицелий), любит кислород и влажную среду. Плесень размножается спорами, и это принципиально иная история, чем у бацилл и клостридий. Споры плесени предназначены для размножения, как семена у растений. Бактериальные споры - способ защиты от неблагоприятных условий, предназначены для самосохранения. Не путаем!

Одноклеточные водоросли - это простейшие представители водорослей, состоящие из одной клетки. Если в памяти из школьных лет всплывает забавное слово Хламидомонада, так это как раз из этой оперы, и ничего общего с хламидиозом не имеет.

Простейшие - полноценные но одноклеточные организмы, относятся к царству животных. Один из коварных представителей простейших - малярийный плазмодий.

Вышеуказанные микроорганизмы по отношению к человеку можно условно разделить на 4 группы:

Сапрофиты (организмы, питающиеся органическими веществами отмерших организмов или выделениями живых) – не опасны для здоровья. Могут быть полезны человеку, например, при производстве продуктов питания, но могут быть и вредны для производств: нарушают технологический процесс, увеличивают потери сырья, снижают выход, качество и сроки годности готовой продукции.

Симбиотические - являются частью нашего организма и без них существование человека под большим вопросом.

Условно-патогенные – могут быть сапрофитами, но в определенных условиях способны вызывать заболевания (факультативные паразиты).

Патогенные – облигатные паразиты (существуют только за счет иного организма, причиняя ему вред). Патогенность передается по наследству. Степень патогенности у микроорганизмов может меняться. Она характеризуется "вирулентностью". Ее можно ослабить физическими, химическими, биологическими факторами.

Освежив память, вернёмся к нашим баранам коровам. Молоко – уникальный продукт, оцененный по достоинству не только человеком, но и микроорганизмами, для которых оно служит хорошей питательной средой. Молоко внутри вымени здорового животного почти стерильно. Обсеменение микробами зависит от чистоты и состояния вымени, кожного покрова животного, рук человека, посуды и другого инвентаря, подстилок, кормов, воды и воздуха, наличия мух и других насекомых. Как видно, имеется множество источников загрязнения молока микробами, состав и численность которых изменяются в зависимости от времени хранения сырого продукта. При этом выделяют несколько фаз:

Бактерицидная (цидная, антимикробная, статическая) фаза. Характерна для свежевыдоенного молока. В нём отмечается задержка роста микроорганизмов. Антимикробные свойства парного молока связаны с наличием иммуноглобулинов, лизоцимов, лактенинов, бактериолизинов, агглютининов и других веществ, которые поступают из крови или синтезируются молочной железой. Они предназначены для формирования иммунитета у телят. С повышением температуры их активность понижается, а при 55°С и выше блокируется. Чтобы сохранить бактерицидные свойства сырого молока, его охлаждают. При температуре 30оС бактерицидность сохраняется в течение 3-х часов, при 15оС - около 8 часов, при 10оС - около 24 часов. Статическая фаза заканчивается с инактивацией антимикробных веществ.

Фаза смешанной микрофлоры. Это период наиболее активного размножения микробов. В её начале наблюдается развитие разных групп микроорганизмов, то есть все, кто сумел пробраться в молоко, начинают активную и бурную жизнедеятельность. Продолжительность фазы смешанной микрофлоры составляет 12-18 ч. За этот период число клеток микроорганизмов в 1 мл молока может достигать сотен миллионов. Качественный состав микрофлоры молока в этой фазе определяется ее исходным составом, скоростью развития отдельных видов микроорганизмов и температурой хранения молока:

Криофлора (флора низких температур) размножается в охлажденном молоке (0-8ºС). Характеризуется медленным развитием психрофильных (холодолюбивых) микроорганизмов.

Мезофлора (флора средних температур) состоит из микроорганизмов, развитие которых происходит в молоке, хранящемся при температуре 10-35°С. При этой температуре микроорганизмы размножаются в геометрической прогрессии, преобладают молочнокислые бактерии. Однако интенсивно развиваются также бактерии группы кишечной палочки, флюоресцирующие, гнилостные, микроккоки, стафилококки, которые разлагают белки и жир молока, выделяют продукты жизнедеятельности и ухудшают качество молока.

Термофлора (флора высоких температур) состоит из бактерий, размножающихся в молоке при температуре его хранения свыше 40ºС.

Если в начале фазы смешенной микрофлоры молоко пропастеризовать, то основная масса вегетативных микроорганизмов будет уничтожена и качество молока сохранится.

Фаза молочнокислых бактерий. Наблюдается только при температуре хранения молока выше 10°С. Она характеризуется увеличением количества диких молочнокислых бактерий, происходит накопление кислот и понижение рН. В такой среде деятельность гнилостных, маслянокислых и бактерий других групп замедляется, а многие микробы гибнут. преобладанием молочнокислых микроорганизмов. Молоко сквашивается. Вскоре продукты жизнедеятельности становятся небезразличными и для самих молочнокислых бактерий. Они не выдерживают низкого рН и к концу периода полностью исчезают. Создаются условия, благоприятные для развития плесневых грибов и дрожжей.

Фаза плесневых грибов и дрожжей. Начинается активное развитие грибов, которые используют молочную кислоту, разлагают белки с образованием щелочных продуктов, в результате чего повышается рН и среда становится пригодной для развития аммонификаторов и маслянокислых микробов.

Фаза гнилостной микрофлоры. Исчезает сгусток молока, оно приобретает жидкую консистенцию. При комнатной температуре гнилостные процессы прогрессируют, накапливаются газы.

Таким образом, в процессе хранения исчезают антимикробные свойства молока, и при несоблюдении правил хранения в нем создаются условия для развития нежелательной микрофлоры, в результате чего продукт портится. Чаще всего в молоко попадают дикие молочнокислые бактерии, аммонификаторы (гнилостные микробы), плесневые грибы, маслянокислые бациллы, реже – возбудители инфекционных болезней. На последних остановимся чуть подробнее.

Популярностью пользуется мнение, что парное молоко можно смело пить некипячёным. Памятуя о бактерицидной фазе сырого молока делаем вывод, что это утверждение теоретически верно. Но (!) только в том случае, когда вы 100% уверены в здоровье животного и чистоплотности его хозяев! А вы точно уверены? Да и вообще, бережёного Бог бережёт.  Кого же мы можем подцепить от продукта с сомнительным происхождением?

Кишечная палочка (Escherichia сoli). Условно-патогенный микроорганизм, является нормальным обитателем кишечника теплокровных организмов, в том числе человека. Однако в других органах и тканях, а также при резком возрастании в количестве способна вызывать патологии. При попадании в большом количестве с пищей вызывает  эшерихиоз, сопровождающийся диареей (в том числе с кровью и слизью), лихорадкой и болями в животе.

Сальмонелла (Salmonella enterica). Эта бактерия широко распространена среди с/х животных, в том числе крупного рогатого скота. Примечательно, что у инфицированных животных признаки болезни часто не проявляются. Заражение чаще всего происходит в результате потребления зараженных яиц, мяса, домашней птицы и молока. Для сальмонеллёза характерны резкое повышение температуры, боль в области живота, диарея, тошнота и рвота.

Шигеллы (Shigella spp.). Эти бактерии близки кишечной палочке и сальмонелле. Передаются от человека к человеку, в том числе и через продукты питания. Отличительная особенность некоторых шигелл - способность быстро размножаться в молоке. Являются возбудителями бактериальной дизентерии. Симптомы заболевания: диарея со слизью и кровью (не даром ранее эту болезнь называли кровавым поносом), боль в животе, озноб, слабость. В наше время это заболевание хорошо поддаётся лечению, осложнения встречаются редко.

Листерия (Listeria monocytogenas). Листериозы — одни из самых тяжелых болезней пищевого происхождения. Они достаточно редкие, но сопровождаются высокой смертностью. Листерии могут выживать и размножаться при низких температурах, в том числе в холодильнике. Они способны передаваться от человека к человеку, от беременной плоду, приводя к мертворождению или патологиям новорожденных. Симптомы болезни включают диарею, повышенную температуру, головные и мышечные боли, в тяжелых формах - менингит и сепсис.

Иерсении (Yersinia spp.). Бактерии этой группы являются возбудителями псевдотуберкулёза и кишечного иерсениоза. Вероятность заразиться псевдотуберкулёзом от домашнего скота  минимальна. Кишечный иерсениоз может проявляться в разных формах с разными симптомами. Среди них температура, головные боли, слабость, боли в животе, тошнота, рвота, диарея с кровью и слизью, кашель, поражение суставов, конъюктивит. Кстати, ещё один представитель рода, Yersinia pestis (Чумная палочка), является возбудителем бубонной чумы.

Микобактерия Коха (Mycobacterium tuberculosis), известная в народе как Палочка Коха - возбудитель туберкулёза. Передаётся, в том числе, при употреблении в пищу молока от заражённого животного. Она особенно любит поражать организмы с ослабленным иммунитетом. Сначала оккупирует лёгкие, потом с током крови разносится в другие органы и ткани. Часто протекает в скрытой бессимптомной форме, переходя в активную на поздних стадиях заболевания.

Бруцеллы (Brucella spp.). Группа бактерий, вызывающих бруцеллёзы. Передаётся при контакте с заражёнными собаками и крупным и мелким рогатым скотом. Чаще всего заражение происходит от употребления в пищу непастеризованного молока инфицированных коз и овец, но и коровам в этом вопросе до конца доверять не стоит. Заболевание вызывает гриппоподобные симптомы: лихорадку, слабость, озноб, головные боли а также потерю веса. Кроме того, встречаются нетипичные формы заболевания, сопровождающиеся диареей, рвотой, покраснениями и сыпью, болями в мышцах и суставах.

Коксиелла (Coxiella burnetii). Передаётся преимущественно через воздух при контакте с больным животным, возможно заражение через молоко и молочные продукты, в том числе пастеризованные, так как она устойчива к воздействию высоких температур. Очень устойчива во внешней среде. Вызывает заболевание под названием «Ку-лихорадка». Сопровождается высокой (до 40°С) температурой, общей интоксикацией и поражением лёгких. Это заболевание относится к группе риккетсиозов, другие заболевания этой группы печально известны в мировой истории: сыпной тиф, клещевые тифы, пятнистая лихорадка и лихорадка Скалистых гор. Они вызываются другими бактериями группы риккетсий и с молоком не передаются.

Афтовирус (Aphtovirus). Этот вирус вызывает афтозную лихорадку, более известную под названием ящур. Наиболее распространён у КРС и свиней, реже встречается у мелких домашних и у диких рогатых. В сыром молоке вирус сохраняет жизнеспособность до 30 часов при комнатной температуре и до 10 суток в холодильнике, при пастеризации гибнет через 5 часов, при кипячении - за 5 минут. Заражение человека обычно происходит при очень высокой вирусной нагрузке. Заболевание может проявляться в разных формах, с высокой температурой, учащением пульса, слабостью, мышечными болями, высыпаниями, возможны боли в животе, диарея с кровью, боль при мочеиспускании. Продолжительность заболевания 2-3 недели, однако при атипичном злокачественном течении наблюдается высокая смертность.

Вирус клещевого энцефалита (tick-borne encephalitis virus). Возбудиель клещевого энцефалита. Чаще всего вирус передаётся через укус клеща, но возможен также и алиментраный (через пищу) путь передачи от инфицированного животного, в основном от коров и коз. Симптомы при таком способе заражения схожи с симптомами при заражении через укус: лихорадка, озноб, головные боли, боли в мышцах и суставах, тошнота, рвота, симптомы менингита. Тяжесть протекания болезни зависит от возраста человека, его иммунитета и от дозы вируса, попавшего в организм. Вирус погибает при пастеризации и кипячении.

Всё это звучит страшно, но давайте без паники! Коровы в животноводческих комплексах находятся под наблюдением ветеринарных врачей и под контролем Россельхознадзора. В промышленную переработку молоко обязательно сопровождается ветеринарным свидетельством о его безопасности. Про ЛПХ ничего сказать не могу, но очень надеюсь, что среди животноводов большинство всё же люди сознательные.

Что ж, над сырым молоком мы поиздевались вдоволь. А что на счет кипячёного/пастеризованного? При высоком изначальном микробном обсеменении продукта, нарушении технологии обработки, герметичности упаковки или режимов хранения молоко может менять свои характеристики. И по характеру возникающих изменений мы можем предположить, кто же именно поселился в нашем напитке. Практической пользы от этого знания не много, продукт в любом случае уже испорчен. Однако оно может помочь избавиться от распространенных заблуждений, из разряда «молоко не прокисло, а стало горьким, значит в него чего-то напихали, и вообще это не молоко!».

Кислотное свертывание молока - самое распространённое, привычное и ожидаемое изменение  в молоке при хранении. Оно обусловлено развитием диких видов молочнокислых бактерий при хранении продукта в стандартных условиях.

Свертывание молока без повышения кислотности может возникнуть за счет термостойких ферментов психрофильных бактерий и микрококков, накапливающихся в сыром молоке в процессе длительного хранения при низких температурах. Также он вызывается развитием мезофильных гнилостных бацилл (Bacillus subtilis, B. circulans и B. coagulans). В этом случае у молока  появляется горький вкус.

Горький вкус, возникающий без изменения консистенции молока, обусловлен или развитием термофильных бацилл, например Bacillus stearo thermophilus, или развитием микроорганизмов-аммонификаторов, которые расщепляют белки и выделяют аммиак.

Прогорклый вкус появляется в результате развития анаэробных бацилл рода Cloctridium (маслянокислые бактерии). Они разлагают молочный сахар с образованием масляной кислоты и газов. Помимо прогорклого вкуса продукт приобретает неприятный запах. Этот порок также наблюдается также при развитии в молоке флуоресцирующих бактерий, которые окисляют жиры с образованием альдегидов и кетонов.

Тягучее молоко. Этот порок может возникать без повышения и с повышением кислотности. В первом случае возбудителем порока является палочка тягучего молока Bacterium lactis viscosum, а во втором - молочнокислые бактерии, вырабатывающие вязкие полисахариды и образующие слизь при сквашивании.

Посторонний вкус и запах возникает при обильном загрязнении молока бактериями группы кишечной палочки и флуоресцирующими бактериями, которые разлагают белки и образуют летучие продукты с разнообразными запахами.

Пороки цвета связаны с развитием в молоке психрофильных бактерий. Красный цвет возникает при развитии в молоке Чудесной палочки (Serratia marcescens), которая выделяет пигмент красного цвета, а синий цвет - при развитии Синегнойной палочки (Pseudomonas aeruginosa).

Бродящее молоко. Характеризуется сильным газообразованием, появлением посторонних запахов. Этот порок в пастеризованном молоке вызывают газообразующие анаэробные клостридии.

Ну вот, собственно, и вот. Общие факты о молоке вроде бы все изложила, в следующий постах буду переходить непосредственно к переработке молока на производстве. Спасибо всем подписавшимся за терпение, к сожалению, не получается писать и выкладывать ритмично и с небольшими промежутками.

Каждый отдельно взятый казеиновый белок - это цепочка примерно из дух сотен аминокислот. Каждая аминокислота несёт на себе как минимум один отрицательный и один положительный заряд (дабы не усложнять, механизм расписывать не буду, просто примем этот факт). Таким образом в одной молекуле белка собирается множество разноимённых зарядов, а в составе мицеллы их вообще невообразимое количество. Однако они не ведут беспорядочную половую жизнь, а действуют на благо всей конструкции, обеспечивая устойчивость между её частями. Помните фразу «противоположности притягиваются»? Так вот это оно. Положительные заряды тянутся к отрицательным, формируют и удерживают связи.

На поверхности «шарика» мицеллы концентрируются каппа-казеины, это те, что с хвостиками. При этом хвостики свои они выставляют наружу, потому мицелла имеет волосатый вид. Хвостики несут на себе отрицательный заряд. Таким образом на поверхности мицеллы присутствуют как отрицательные, так и положительные заряды, но первые сильно преобладают, то есть суммарно поверхность заряжена отрицательно.

Все казеиновые мицеллы плавают в воде. А молекулы воды являются диполями - с одной стороны заряжены положительно, а с другой - отрицательно. Логично, что диполи воды своими положительными концами тянутся к отрицательно заряженным хвостикам на поверхности мицеллы и прочно соединяются с ними. Получается вот такая ромашка:

Этот слой диполей воды на поверхности мицеллы называется гидратной оболочкой белка. Именно она не позволяет отдельным мицеллам взаимодействовать, соединяться друг с другом и образовывать агломераты. На внешнюю часть гидратной оболочки липнут следующие диполи воды, к ним - следующие и так далее. На картинке выше изображена одиночная мицелла. А их там много:

Это схематичная картинка в 2D, а теперь представьте всё это в объёме! В этой отрицательно-положительной суете возникают Ван-дер-ваальсовы взаимодействия, силы взаимного притяжения и отталкивания: диполи одновременно и тянутся друг к другу, и бегут друг от друга. Именно это постоянное напряжение поддерживает равновесие в системе, не даёт мицеллам осесть на дно или скооперироваться. И как бы мы не перемешивали, не переливали, не взбалтывали молоко, оно остается равномерным и однородным.

Для того, чтобы сделать из жидкого молока плотный продукт (сыр, творог, сметану и т.д.) нужно заставить казеиновые мицеллы коагулировать, то есть слипаться друг с другом. Этому препятствует гидратная оболочка, значит нужно от неё избавиться. Гидратная оболочка держится за счёт зарядов, значит нужно их убрать. Таким образом основа коагуляции - нейтрализация отрицательных зарядов на поверхности белковой мицеллы. Без своих поверхностных отрицательных зарядов мицеллы потеряют стабильность, начнут взаимодействовать друг с другом, формируя пространственные структуры в виде сети или цепочек, образуется сгусток. Самые распространённые способы коагуляции - кислотный и сычужный. Иногда эти способы комбинируют и называют кислотно-сычужной коагуляцией.

Сычужная коагуляция проводится при помощи фермента химозина. Ранее его получали из сычуга - одного из желудков молочных телят, отсюда и название. Сейчас на производствах в основном используется фермент микробного происхождения. Ферменты - это биологические катализаторы, провоцирующие и ускоряющие какую-то определённую реакцию. Конкретно химозин срезает с поверхности мицеллы торчащие наружу хвостики каппа-казеина, разумеется, вместе с их отрицательными зарядами. В отсутствии заряда мицеллы утрачивают гидратную оболочку и начинают слипаться с образованием сгустка. Этот способ широко применяется при производстве сыров.

Перед тем, как перейти к кислотной коагуляции, вспомним такое понятие как активная кислотность, то есть рН среды. Простыми словами - это степень кислости или щелочности продукта. Измеряется она в единицах рН по шкале от 0 до 14, где 7 - нейтральная среда, > 7 - щелочная, < 7 - кислая. За кислость отвечают водородные ионы, чем их концентрация больше, тем кислее будет продукт. рН свежего молока составляет примерно 6,8 единиц, то есть оно имеет слабокислую реакцию.

Кислотная коагуляция запускается при попадании в молоко кислоты. Тут есть два варианта. Первый -  влить в молоко непосредственно кислоту, которая в водной среде быстро диссоциирует на положительно заряженные ионы водорода и кислотный остаток, рН продукта резко падает. Процесс формирования сгустка пойдет быстро, но неоднородно, могут образовываться комочки. Во избежание этого необходимо вносить кислоту максимально равномерно по всему объёму. Таким способом делают, например, сыр Маскарпоне.

Второй путь - добавление заквасочных микроорганизмов. Они выделяют кислоту постепенно, процесс будет более длительным, но более равномерным. Этот путь сложнее, так как требует особого внимания как к самим микробам, так и к процессу их культивирования. На молекулярном уровне это выглядит так:

Бактерии попадают в молоко, акклиматизируются и начинают свою жизнедеятельность. Они выделяют фермент лактазу, который расщепляет молочный сахар лактозу на два моносахара - глюкозу и галактозу. Бактерии поедают глюкозу и постепенно выделяют молочную кислоту. По мере выделения молочная кислота в водной среде также постепенно диссоциирует на положительно заряженные ионы водорода и кислотный остаток. Положительные водородные ионы оттесняют диполи воды от отрицательных хвостиков на поверхности мицеллы и сами с ними соединяются. Положительный заряд водородного иона + отрицательный заряд хвостика в сумме дают ноль, то есть заряд обнуляется. Диполю воды это не интересно, и он отстаёт от мицеллы. Этот эффект называется буферной ёмкостью белка - белок фиксирует на себе водородные ионы, не даёт им слишком активно накапливаться в окружающей его среде, процесс снижения рН идет плавно. Бактерии продолжают выделять, молочная кислота - диссоциировать, водородные ионы - обнулять заряд хвостиков. В один прекрасный момент количество оставшихся необнулённых отрицательных зарядов сравнивается с количеством имеющихся на поверхности мицеллы положительных зарядов. Суммарный заряд поверхности казеиновой мицеллы становится равен нулю. Диполям воды это не интересно, и они отстают от мицеллы. Значение рН среды, при котором происходит это событие называется изоэлектрической точкой белка. Для казеина это значение составляет 4,7 единиц рН. В изоэлектрической точке утратившие гидратную оболочку мицеллы начинают активно слипаться и формировать сгусток. При этом бактерии всё ещё продолжают выделять, молочная кислота - диссоциировать, водородные ионы - обнулять заряд оставшихся хвостиков. Таким образом при дальнейшем снижении рН (ниже 4,7) положительные заряды начинают преобладать над отрицательными, суммарный заряд поверхности становится положительным - происходит перезарядка поверхности белковой мицеллы. Диполи воды снова начинают тянуться к белкам, гидратная оболочка восстанавливается.

Перейдём к жирам.

Существует такое правило: полярное взаимодействует с полярным, неполярное - с неполярным. Вода полярная, её молекулы-диполи несут отрицательные и положительные заряды. Молекулы жира не заряжены. Поэтому жир не взаимодействуют с водой. Молочный жир распределён в объеме молока в виде небольших капель - жировых шариков. Каждый шарик имеет двухслойную оболочку в состав которой входят особые белки, они так и называются «белки оболочек жировых шариков». Об этом я писала здесь: Что такое молоко? (Часть 2) .

Эти белки выполняют роль эмульгатора, связывая шарик с водной средой. То есть жир мимикрирует под белок, и механизм его связи с диполями воды строится на том же принципе, что и у белковой мицеллы. Благодаря этому жировые шарики равномерно распределены по объёму молока и не отторгаются на поверхность. Почему же тогда у домашнего молока происходит отстаивание сливок?

Плотность жира ощутимо ниже плотности воды, поэтому он всегда всплывает на поверхность. Жировые шарики - самый крупный компонент цельного молока, который удерживается в объёме молока благодаря связям с диполями воды. Однако их удерживающих сил не хватает противостоять выталкивающей силе разности плотностей. И постепенно жировые шарики, как пузырьки в газировке, поднимаются вверх. Так на поверхности цельного молока образуется слой сливок, состоящий из жировых шариков в белковых оболочках. Для предотвращения этого события на производствах молоко подвергают гомогенизации. В этом процессе один жировой шарик разбивается на множество более мелких. Новорожденные шарики тут же покрываются своей эмульгирующей оболочкой и сцепляются с диполями воды. Благодаря их небольшому размеру удерживающая сила диполей превосходит выталкивающую силу, и расслоения на фракции не произойдёт. Именно поэтому у магазинного молока отстаивания сливок не происходит.

На этом, пожалуй, завершу обзор темы устойчивости молока как единой системы. В следующий раз планирую уделить время (не)братьям нашим меньшим и рассказать о бактериях и прочей мелочи, которая любит обживаться в питательной жидкости, вырабатываемой молочными железами самок млекопитающих во время лактации))

Лактозу называют молочным сахаром, она является дисахаридом, то-есть состоит из двух моносахаридов: глюкозы и галактозы. Эти два моносахара по отношению друг к другу являются изомерами - веществами с одинаковым составом, но разным строением. Их основным предшественником является еще один изомер - глюкоза, поступающая в молочную железу из крови животного.

Для того, чтобы усвоить лактОзу, в первую очередь нашему организму нужно расщепить её на вышеуказанные составные части. Это происходит под действием специального фермента - лактАзы, который синтезируется в клетках тонкого кишечника. Если организм синтезирует этот фермент в недостаточном количестве или не синтезирует вовсе, то возникает лактазная недостаточность и, как следствие, непереносимость лактозы. Таким образом, этим людям в целом молоко можно, а лактозу в частности нельзя.

Для получения безлактозного молока в обычное молоко на производствах добавляют фермент. Лактоза расщепляется на глюкозу и галактозу, которые не причинят человеку дискомфорта. Так что сам по себе состав молока не меняется, изменяется лишь форма входящих в него сахаров.

Безлактозное молоко на вкус слаще обычного. По шкале сладости сладость глюкозы и галактозы составляет 70-74 и 40-50 единиц соответственно. А сладость их соединения (лактозы) всего 16-20 единиц. Таким образом один и тот же набор химических элементов наш язык воспринимает по-разному, в зависимости от соединения.

При производстве кисломолочных продуктов на предприятиях в молоко добавляют специальные заквасочные микроорганизмы. Они с помощью лактазы перерабатывают лактозу в молочную кислоту, которая, собственно и сквашивает молоко, стимулируя формирование сгустка.

Следующий компонент молока - жир, 2,8-6%. Вообще молекулы жиров состоят из трехатомного спирта глицерола и трёх жирных кислот. Температура плавления и кристаллизации жиров зависит от видов и процентного соотношения входящих в их состав жирных кислот. Температура плавления молочного жира около 30°С, температура его кристаллизации около 20°С. Переход из твёрдого состояния в жидкое происходит постепенно. Именно поэтому сливочное масло в холодильнике твердое, на кухонном столе - пластичное, а на сковороде - жидкое.

Жиры по своей природе неполярны, то есть не имеют заряда. Именно поэтому они не способны смешиваться с водой, молекулы которой полярны и являются диполями. Для соединения жира с водой необходимы эмульгаторы - вещества, одна часть молекулы которых заряжена, а другая нет. Заряженная (гидрофильная) часть связывается с водой, а незаряженная (гидрофобная) с жиром, таким образом как бы сшивая их друг с другом.

Молочный жир – один из наиболее ценных по питательности компонентов. Он имеет желтый цвет благодаря содержащимся в нём пигментам - каротиноидам. Их содержание в молоке колеблется в зависимости от рациона и времени года. Жир находится в молоке в виде шариков. Они покрыты двухслойной оболочкой, в состав которой входят лецитин, холестерин и специальные белки - белки оболочек жировых шариков. Именно они находятся на поверхности этой конструкции и обеспечивают связь жирового шарика с водной средой.

Помимо основных компонентов - воды, белков, сахара и жиров - в молоке есть еще множество различных веществ.

Минеральные вещества, 0,7%. Они делятся на макро- и микроэлементы, и не потому, что одни большие, а другие маленькие. Макроэлементов в молоке относительно много (99,9% от общего количества). К ним, например, относятся кальций, калий, фосфор, магний, натрий, хлор, сера. Каждый из них имеет важное значение в равновесии системы. Например. кальций и фосфор входят в состав казеиновых мицелл и обеспечивают их устойчивость. Среди микроэлементов молока выделяют железо, цинк, кобальт, йод, марганец, фтор.

Витамины. Сколько всего в природе существует витаминов, пока не ясно. В зависимости от классификации разные источники выдают разные цифры. Научным сообществом на сегодняшний день признано всего 13 штук и в молоке есть почти все. Все витамины делятся на водо- и жирорастворимые. Водорастворимые витамины (С и группа В) сосредоточены в водной фазе, в обезжиренном молоке, жирорастворимые (A, D, E, F, K) - в жировой, в сливках.

Гормоны. Это химические стимуляторы, которые вырабатываются эндокринной системой организма. В небольшом количестве они попадают в молоко из крови животного и не имеют большого значения для потребителя или технологического процесса.

Ферменты. Это биологические катализаторы - вещества, ускоряющие или провоцирующие химические реакции. Их действие специфично, каждый фермент катализирует определённую реакцию. Так лактаза только расщепляет лактозу на моносахара, других задач у неё нет. Ферменты действуют при определенных температурах и рН среды. Также их активность зависит от наличия химических веществ — активаторов и ингибиторов. Роль активатора, например, могут играть некоторые витамины.

Часть ферментов молока синтезируется непосредственно в молочной железе, часть поступает из крови. Также они продуцируются микрофлорой, что приводит к росту количества ферментов в уже выдоенном молоке.

Ферменты имеют белковую природу, при температуре 60-80ºС белок денатурирует, и фермент инактивируется. Этот факт имеет большое промышленное значение. Температурная обработка молока инактивирует ферменты, компоненты молока не подвергаются превращениям и дольше сохраняются в неизменном виде, увеличивается срок годности продукта.

Соматические клетки. В многоклеточных организмах присутствуют два типа клеток: половые и соматические. Первые отвечают за размножение, а из вторых собственно и состоит организм. Все клетки постоянно обновляются, отмершие удаляются, в том числе и с биологическими жидкостями. Так в молоко попадают клетки эпителия и крови. В молоке здоровой коровы количество соматических клеток не должно превышать 500 тысяч штук в 1 мл. Увеличение их числа говорит о воспалительных процессах, в частности о заболевании маститом. Высокое содержание соматических клеток мешает переработке молока, снижает его сыропригодность.

Газы. Они попадают в молоко из организма животного, при выдаивании и обработке, а также в результате жизнедеятельности микроорганизмов. В 1 л молока содержится около 50-80 мг газов: углекислый, кислород, азота, незначительное количество аммиака. В процессе хранения вследствие развития микрофлоры количество аммиака в сыром молоке увеличивается, а содержание кислорода понижается. На производствах часто используют деаэраторы, которые выгоняют из продукта лишние газы, а также летучие ароматические соединения, которые придают молоку посторонний запах. При производстве кисломолочных продуктов газы, в частности кислород, являются помехой, так как заквасочные бактерии анаэробны.

Помимо стандартного набора обязательных компонентов в молоке могут присутствовать различные посторонние вещества: пестициды, гербициды, инсектициды, радионуклиды, тяжелые металлы, токсины. Они попадают в молоко с кормом, водой или из воздуха. Также в молоке могут находится антибиотики. Основной путь их поступления - лекарственные препараты. Молоко от коровы, перенёсшей антибиотикотерапию, не должно сдаваться на перерабатывающие предприятия в течение 10 дней с момента прекращения лечения, до выведения препаратов из организма. Однако также антибиотики в незначительном количестве могут накапливаться в уже выдоенном молоке в результате деятельности некоторых микроорганизмов.

Собственно, по составу молока у меня вроде бы и всё. Если что запамятовала - извиняйте, напоминайте, обсудим) В следующем посте планирую напомнить, что молоко - это не просто набор разрозненных компонентов, а упорядоченная система, все части которой находятся в постоянном взаимодействии. Расскажу, почему крупные и тяжелые казеиновые мицеллы не оседают на дно, а лёгкие жировые шарики не всегда всплывают на поверхность.

Следующий интересный комментарий, точнее несколько на одинаковую тему: цвет!

Белый цвет молока это, разумеется, оптический эффект. Но обусловлен он в первую очередь белками, роль жира не столь значительна в этом вопросе. Молоко с точки зрения отношений воды и жира является эмульсией первого типа, то есть системой "масло в воде". Такие эмульсии обычно имеют молочно-белый цвет. Однако шарики молочного жира покрыты многослойной белковой (белково-липидной) оболочкой. То есть отражение непосредственно от чистого жира минимально! Сам по себе молочный жир имеет жёлтый цвет (более или менее яркий, в зависимости от кормовой базы и сезона года). Помните цвет топлёного масла? Вот, это оно! Белковые оболочки, покрывающие жир, сглаживают цвет, делая его кремовым или "молочным". Чем жирнее молоко, тем кремовее оно выглядит.

Кроме того, молоко не является чистой эмульсией. Оно - многокомпонентная дисперсная система. Отражение и рассеивание света происходит от всех его составных частей. Также степень интенсивности цвета зависит в том числе от степени диспергации этих самых частей - чем мельче, тем больше площадь отражающей поверхности, тем цвет насыщеннее. Усреднëнное содержание жира и белка в молоке примерно по 3,5%. То есть при примерно равном содержании и при среднем размере жирового шарика в 5000 нм, а казеиновой мицеллы в 150-200 нм, отражающая площадь белка существенно больше, чем жира. Так что наибольшее значение в этом процессе имеют казеиновые мицеллы.

Наглядный эксперимент: если убрать из молока жир, оно остаётся белым, иногда с голубоватым оттенком, то есть за белизну жир ну никак не может быть в единоличном ответе! Ну все же видели в магазине обезжиренное молоко? А вот если извлечь из обезжиренного молока белок, то оставшаяся жидкость будет прозрачная, жёлтая или даже с зеленоватым оттенком.

Вытащить белок можно методом мембранной фильтрации (как бы процедить молоко от белка). Для наглядности сделала фото колб с промежуточным результатом ультрафильтрации (извлечения белка) на нашем заводе.

Другой способ вытащить белок - осадить его, то есть сделать, например, творог. Отделившаяся сыворотка также будет "безбелковым молоком", только кислым. А цвет сыворотки... ну вы поняли, да?

Вообще от физики я далека, у меня еë и в школе-то толком не было. Так что с какими-то терминами и понятиями могла напутать. Но общую суть передала, как смогла.

Я немного разгреблась со своими хлопотами и, наверное, созрела. Попробую, а там уж как пойдёт, не буду загадывать.

Ну что ж, начнëм, помолясь. И начнём с основ. Что же такое молоко? С точки зрения биологии, это питательная жидкость, выделяемая молочными железами самками млекопитающих, предназначенная для вскармливания детëнышей. Только вдумайтесь в это определение! Новорождённый детëныш, беспомощный и беззащитный, первое время (у разных видов разный срок) питается исключительно молоком, растëт (увеличивается в размерах) и развивается (совершенствует системы организма). То есть в молоке есть абсолютно все необходимые для этого компоненты!

С точки зрения состава молоко - это многокомпонентная жидкость, в которой все составные части находятся в тесной связи и постоянном взаимодействии.
Что же это за вещества и как они уживаются в пределах одного продукта?
Сразу оговорюсь, что процентное соотношение компонентов в молоке зависит от так называемых зоотехнических факторов: породы коровы, стадии лактации, состояния здоровья, сезона года, условий содержания, кормовой базы и так далее. Поэтому в посте цифры буду приводить в примерных диапазонах.

Самый объëмообразующий компонент молока - вода, её там аж +/- 87%. Важно отметить, что молекула воды полярна и является диполем - несёт на себе одновременно и положительный, и отрицательный заряд. Эта информация пригодится нам в ходе дальнейшего повествования.

Следующий ключевой компонент - белки, 2,8-3,7%. Вообще все белки состоят из аминокислот и несут на себе большое количество отрицательных и положительных зарядов. Белки молока можно разделить на несколько групп, основные три: казеин, сывороточные и белки оболочек жировых шариков. Кстати, именно белки придают молоку белый цвет.

Казеин называют основным белком молока. На самом деле это целая группа белков: альфа- (два типа), бета-, гамма- и каппа-казеины. Мало того, что их молекулы сами по себе достаточно крупные, так они ещё любят собираться в упорядоченные структуры - мицеллы. Альфа-, бета- и гамма-казеины располагаются в основном в центре, а каппа-казеины - на периферии. Также каппа-казеины имеют "хвостики", которые несут отрицательный заряд. Таким образом, казеиновая мицелла имеет вид волосатого шарика.

Дополнительно в состав мицеллы входят кальций и фосфор.
Казеиновые мицеллы устойчивы к высоким температурам - остаются неизменны до +/-140°С. Именно они отвечают за формирование структуры сгустка кисломолочных продуктов. В желудке казеин створаживается, долго переваривается и создаёт длительное чувство сытости.

Молекулы сывороточных белков более мелкие и существуют в молоке по отдельности. Они подвержены воздействию высоких температур и начинают постепенно денатурировать при температуре от 65°С. Готовому продукту они придают вкус и нежность. При употреблении быстро усваиваются и пополняют белковый запас организма.

Третья группа - белки оболочек жировых шариков - неразрывно связана с темой молочного жира, поэтому расскажу о них позже.
Также в составе молока присутствуют пептиды, отдельные аминокислоты и небелковые азотистые основания.

На этом позвольте откланяться, и так простыню по дороге из командировки с телефона накатала, притомилась. А ведь это только начало. Если скучно / сложно / не интересно - дайте знать, и я не буду мучить вас новыми постами на эту тему.

Приглашаю авторов опубликованных комментариев: @padavidlo @Sylar20 @Dosifeya @marrena @mr.FlNCH @Andrewsarh @SagamorNord