1.9: Виробництво сиру
- Page ID
- 26075
Виробництво сиру (Університет Гвельфа, виробництво сиру)
Сироваріння - це, по суті, процес зневоднення, при якому казеїн молока, жир і мінерали концентруються від 6 до 12 разів, залежно від сорту. Основними етапами, загальними для більшості сортів, є підкислення, коагуляція, зневоднення та засолювання.
Процес виробництва сиру:
Хімічні компоненти молока
Молоко в основному складається з води з чотирма біологічними макромолекулами; вуглеводи (лактоза), жири, фосфопротеїни казеїну та сироватковий білок.
казеїн
Казеїни - фосфопротеїни. Ці білки в основному випадкові котушки мають мало вторинної або третинної структури. Вони відрізняються високою термостійкістю.
- Визначте первинну, вторинну і третинну структуру білків.
- Обведіть фосфорильовані бічні ланцюги серину в типовій повторюваної одиниці в\(\beta\) -казеїні.
- Казеїни мають відносно високий [негативний/позитивний] заряд від фосфатів.
Казеїн існує в молоці у вигляді міцел, які складаються з сотень молекул казеїну, координованих з іонами Са +2.
- Намалюйте мультфільм з декількох казеїнових кулястих білків, що утворюють міцелу з гідрофобним центром і гідрофільної зовнішньою поверхнею. Додайте іони кальцію.
Агрегація казеїну (формування сиру)
Хоча міцелла казеїну досить стабільна, ось два основних способи, за допомогою яких може бути індукована агрегація. Агрегація є ключовим етапом виробництва сиру.
- Ферментативні - хімозин (сичужний фермент) або інші ферменти (важливі для чеддерів і гауда)
Під час первинної стадії сичужний фермент розщеплює зв'язок Phe (105) -Met (106) каппа-казеїну, утворюючи розчинний білок, який дифундує від міцели та пара-каппа-казеїну.
Під час вторинної стадії міцели агрегуються. Це пов'язано з втратою стеричного відштовхування каппа-казеїну. Кальцій сприяє згортанню, діючи як міст між міцелами.
Під час третинної стадії згортання утворюється гель, молочний сир твердне, і рідина відокремлюється.
- Намалюйте мультфільм з декількох міцел, що злипаються разом. Показати іони кальцію, що діють як мости.
2. Кислотний. Підкислення призводить до дестабілізації або агрегування міцел казеїну. Кислотні коагульовані свіжі сири можуть включати сир, кварк і вершковий сир.
- Враховуючи кількість присутніх фосфатних груп, припустити, що буде з фосфатами, оскільки рН опускається нижче 4,6.
- Намалюйте виникає кислотно-лужну реакцію.
- Що відбувається з іонами Са +2?
Кислотна коагуляція може бути досягнута природним шляхом за допомогою закваскової культури лактобактерій.
- Ці бактерії перетворюють лактозу в _________________.
Кислий сир більш крихкий, ніж сичужний сир через втрату кальцію.
- Поясніть, чому втрата кальцію робить сир більш крихким.
Сироватка
До сироваткових білків відносяться\(\beta\) -лактоглобулін, альфа-лактальбумін, бичачий сироватковий альбумін (БСА) та імуноглобуліни (Ig). Ці білки мають добре виражені третинні і четвертинні структури. Вони розчинні у воді при більш низькому рН, але не коагулюються після протеолізу або кислотної обробки. Коли казеїн згортається ферментами або кислотною обробкою, зазвичай відбувається етап проціджування, при якому вода відокремлюється від сиру.
- Чи залишається сироватка з сиром або водою?
Існує третій процес коагуляції казеїну, тепло-кислотний.
У цьому процесі тепло викликає денатурацію сироваткових білків, які можуть взаємодіяти з казеїнами. З додаванням кислоти казеїни випадають в осад разом з сироватковими білками.
- Намалюйте мультфільм цього процесу.
При теплокислотній коагуляції 90% білка може бути відновлено. Приклади сирів, виготовлених цим методом, включають Панір, Рікотту і Кесо Бланко.
Метаболізм лактози в гомоферментативних лактобацилах
Огляд
При додаванні лактобактерій в молоко бактерія використовує ферменти для вироблення енергії (АТФ) з лактози.
- Побічний продукт виробництва АТФ - __________.
Молочна кислота згортає молоко, яке потім відокремлюється, утворюючи сири, які використовуються для виробництва сиру та сироватки.
Раніше ми розглянули шлях бактерій для перетворення глюкози в молочну кислоту.
- Згадайте цей шлях та причину того, що ці бактерії використовують цей процес, а не цикл TCA та окислювальне фосфорилювання.
Однак ми не говорили про те, як ця бактерія може перетворити лактозу в глюкозу.
- Лактоза є [моносахарид/дисахарид/полісахарид]. Обведіть один.
Лактоза гідролізується до глюкози і\(\beta\) -галактози.
- Намалюйте два моносахарида.
Метаболізм галактози
Глюкоза може бути перетворена в молочну кислоту, як обговорювалося раніше. Галактоза перетворюється в 6-фосфат глюкози в чотири етапи по шляху Лелуара.
Стежка Лелуара Ступінчастий
1. Перша реакція - фосфорилювання галактози до галактози 1-фосфату.
- Намалюйте реакцію і передбачте продукт для цієї реакції.
2. Галактоза 1-фосфат вступає в реакцію з уридифосфат глюкози (УДП-глюкози) з утворенням УДП-галактози і глюкози 1-фосфату.
- Намалюйте реакцію і прогнозуйте продукти для цієї реакції.
3. Потім галактозний фрагмент UDP-галактози епімеризується до глюкозо-1-фосфату. Конфігурація гідроксильної групи при вуглеці 4 інвертується УДП-галактозою 4-епімеразою.
Цей фермент використовує NAD + на першому кроці. А потім відновлює NAD + на другому кроці.
- Намалюйте стрілки для цієї реакції. Додайте в NAD +.
4. Глюкоза 1-фосфат, що утворюється з галактози, ізомеризується до глюкози 6-фосфату фосфоглюкомутазою.
На цьому шляху UDP-глюкоза та UDP-галактоза виконують каталітичні ролі, але не підлягають жодному чистому обороту. Тому можна сказати, що вони утворюють крихітний метаболічний цикл між ними.
- Поясніть це спостереження про шлях Лелуара.
дозрівання сиру
Підготовка і дозрівання
Після того, як сироватка видаляється з сиру, існує велика різноманітність обробки сиру залежно від типу сиру, який готується. Деякі сорти сиру, такі як Колбі або Гауда, вимагають промивання сиру, щоб збільшити вміст вологи і знизити кислотність. Сіль додається до деяких сирів різними методами: Гауда вимочується в розсолі, в той час як Фета має поверхневу сіль.
Потім сир дозрівають до отримання бажаних ароматів і текстур. Цей процес дозрівання включає подальше бродіння бактеріями, доданими дріжджами або цвіллю та ферментативні реакції від доданих ліпаз або сичужного ферменту. Ці процеси розвивають відмінні характеристики для кожного сиру.
У таблиці нижче наведено зразок молекул смаку, отриманих в результаті розпаду
компонентів молока.
| Казеїновий білок | Молочні жири | Лактоза |
|---|---|---|
| Етанова кислота | Карбонові кислоти | Діацетил |
| Альдегіди | лактони | ацетальдегід |
| Аміни | Ефіри | оцтова кислота |
| Кетони |
Більше прикладів: Саймон Коттон, Освіта в хімії, Королівське товариство хімії, Дійсно сирна хімія
дозрівання сиру
ліполіз
Ліполіз є критичним кроком є ліполіз тригліцеридів до ефірів і кислот, які дають багато ароматних молекул.
- Намалюйте продукти цієї реакції ліполізу.
Метаболізм жирних кислот (b-окислення) видаляє вуглець одночасно до кожної з цих жирних кислот.
- Намалюйте пару коротших ланцюжків жирних кислот.
Часто присутні естерази, які можуть перетворити ці коротші ланцюгові жирні кислоти в метилові ефіри.
- Намалюйте пару можливих коротколанцюгових метилових ефірів.
Це смердючі і ароматні
дозрівання сиру
Бродіння пропіонової кислоти: ароматизатори
Види Propionibacterium - факультативні анаероби, які можуть ферментувати цукру (глюкозу або лактозу) в пропіонову кислоту. Цей процес створює аромат і аромати, знайдені в швейцарських сирах.
Факультативний анаероб - це організм, який: (вибрати правильне визначення)
- робить АТФ аеробним диханням, якщо присутній кисень, але здатний перейти на бродіння або анаеробне дихання, якщо кисень відсутній.
- не може зробити АТФ при відсутності кисню і загине при відсутності кисню.
Цей процес викрадає частину циклу TCA.
- На схемі вище обведіть або виділіть структури, які використовуються в циклі TCA.
- Цей шлях буде функціонувати, коли цикл TCA [вкл/викл] через ____________.
- Як цей шлях допомагає бактеріям регенерувати NAD +
Бродіння пропіонової кислоти: ароматизатори
Ключовим кроком на шляху Вуда-Веркмана є перенесення карбоксильної групи з метилмалонілу CoA до пірувату з утворенням пропіонілу CoA та оксалоацетату.
Цей механізм використовує вітамін В12 (біотин).
Намалюйте стрілки для декарбоксилювання метилмалонілу CoA:
Процес триває з карбоксильованим біотином і енолатом пірувату.
Намалюйте енолатний аніон пірувату. Це нуклеофіл або електрофіл?
Оскільки цей крок триває з карбоксильованим біотином та енолатом пірувату з утворенням оксалоацетату.
Намалюйте стрілки для цього перетворення.
Тепер, коли ви зробили пропіоніл КоА. Як він перетворюється в пропіонову кислоту?
Намалюйте стрілки для цього процесу транс-тіоетерифікації. Обов'язково включайте чотиригранний проміжний.
Додаткові запитання
- Згортання молока - не єдина роль бактерії у виробництві сиру. Молочна кислота, що виробляється бактерією, знижує рН продукту і зберігає його від росту небажаними бактеріями та цвіллю, тоді як інші продукти метаболізму та ферменти, що виробляються Lactococcus lactis, сприяють тонким ароматам та ароматам, які відрізняють різні сири.
- Подивіться на інші хімічні побічні продукти, створені цією бактерією, і які «аромати» надають. (Більше охоплені в розділі йогурту!)
- Дефіцит ферменту лактази в тонкому кишечнику призводить до непереносимості лактози, яка часто зустрічається у більшості популяцій за межами північної Європи, які минули дитячий вік.
Якщо лактоза не розщеплюється, вона не може всмоктуватися, тому вона подорожує до товстого кишечника. Багато бактерій, виявлених там, мають здатність метаболізувати лактозу, яку вони з радістю перетворять у кислоти та газ.- Чи зможе хтось, хто має непереносимість лактози, їсти сир? Чому чи чому ні?
Джерела
H. Hettinga і G.W. Reinbold, ПРОПІОНОКИСЛОТНІ БАКТЕРІЇ - ОГЛЯД. Журнал молочних та харчових технологій, 1972, 35 (6), 358-372.