Молоко является сложной коллоидной системой, включающей воду (около 87–88 %), белки (3–3,5 %), жиры (3–4 %), углеводы (главным образом лактозу, 4,5–5 %), минеральные вещества (0,7–0,8 %) и витамины. Основные белки молока делятся на казеины и сывороточные белки. Казеины образуют коллоидный комплекс с кальцием и фосфатами — казеинат кальция, который стабилен при нейтральном pH и температуре молока. Сывороточные белки, такие как лактоальбумин и лакто-глобулин, растворимы в водной фазе и чувствительны к тепловой обработке, подвергаясь денатурации при температуре выше 70 °C.
Жир молока представлен в виде эмульсии — жировых глобул, окружённых мембраной, содержащей белки и фосфолипиды. Эти глобулы имеют средний размер 1–5 мкм и обеспечивают стабильность эмульсии, предотвращая сливание жировых капель. Минеральные вещества находятся как в растворимой форме (например, хлориды и сульфаты), так и в коллоидной форме (фосфаты кальция, казеиновые комплексы), что влияет на свойства молока при коагуляции.
Ферментативные реакции играют ключевую роль в изменении свойств молока. Лактоза может подвергаться гидролизу под действием фермента β-галактозидазы с образованием глюкозы и галактозы, что усиливает сладость молока. Казеины при взаимодействии с кислотами или ферментами (например, реннином) коагулируют с образованием сгустка, который служит основой для сыра.
Окислительные процессы в молочном жире приводят к образованию пероксидов и альдегидов, вызывающих прогорклый вкус. Скорость окисления зависит от температуры хранения, наличия кислорода и металлических катализаторов (железо, медь). Антиоксиданты, такие как витамин Е и казеиновые пептиды, замедляют эти процессы.
Термическая обработка (пастеризация, стерилизация) изменяет физико-химические свойства молока. Денатурация сывороточных белков увеличивает их способность связывать воду, повышая вязкость молока и уменьшая его склонность к пенеобразованию. В то же время при высоких температурах могут образовываться реакции Майяра между лактозой и ε-аминогруппами белков, что приводит к потемнению и изменению вкуса.
Сыр формируется из коагулированного казеина, содержащего минеральные вещества и жир. При созревании сыра белки подвергаются протеолизу ферментами микрофлоры, что изменяет текстуру и формирует вкусовые соединения — аминокислоты, пептиды, летучие кислоты. Жир также участвует в гидролизе, образуя свободные жирные кислоты, усиливающие аромат сыра.
Кефир, йогурт и другие кисломолочные продукты содержат живую микрофлору, способствующую ферментации лактозы с образованием молочной кислоты. Кислотность изменяет заряд казеиновых молекул, вызывая коагуляцию и формирование гелеобразной структуры. В процессе ферментации появляются биологически активные пептиды с антигипертензивными и иммуномодулирующими свойствами.
Сливки и масло представляют собой концентрированный жир молока. В процессе сбивания сливок происходит разрушение мембран жировых глобул и коалесценция жировых капель с выделением пахты. В масле происходят незначительные химические изменения белков и липидов, а окисление жира контролируется снижением содержания кислорода и использованием антиоксидантов.
Кальций и фосфаты играют ключевую роль в формировании коллоидной структуры казеина и влияют на коагуляцию. Магний, калий и натрий регулируют осмотическое давление и стабильность молочной сыворотки. Витамины группы В участвуют в ферментативных процессах молочной микрофлоры, а жирорастворимые витамины (А, D, Е, К) концентрируются в молочном жире, оказывая влияние на окислительную стабильность продукта.
Минеральный состав также определяет буферные свойства молока, влияя на его способность противостоять изменению pH при ферментации и хранении. Например, высокая концентрация кальция и фосфатов повышает устойчивость казеина к кислотному свертыванию, что важно при производстве сыра с плотной текстурой.
Химический состав молока оценивается по содержанию жира, белка, лактозы и минеральных веществ. Используются методы рефрактометрии, спектрофотометрии, криоскопии и титриметрии. Определение кислотности позволяет судить о свежести и активности микрофлоры. Газовая хроматография используется для анализа жирнокислотного состава, а ВЭЖХ — для оценки содержания водорастворимых витаминов.
Ключевым аспектом является контроль процессов окисления и гидролиза липидов, так как они напрямую влияют на органолептические свойства и срок годности молочных продуктов. Применение антиокислителей и соблюдение температурного режима хранения позволяет минимизировать потери качества.
Молоко и молочные продукты представляют собой сложные химические системы, где взаимодействие белков, жиров, углеводов, минеральных веществ и ферментов определяет их пищевую ценность, функциональные свойства и устойчивость к хранению.