Mléko je komplexní biologický systém, jehož složení je klíčové pro výživu a zároveň pro výrobu mléčných výrobků. Mezi nejdůležitější složky patří tuk, bílkoviny a laktóza. Porozumění způsobu jejich vzniku a přítomnosti v mléce je zásadní pro mlékárenský průmysl i pro spotřebitele. Mléko představuje polydisperzní systém tvořený vodou a pevnými složkami. Mléčný tuk je přítomen ve formě emulze v tzv. mléčné plazmě. Hlavní mléčná bílkovina, kasein, je přítomna ve formě koloidní disperze v tzv. mléčném séru, které obsahuje koloidní roztok sérových bílkovin a pravý roztok laktózy, minerálních látek a dalších složek.
Složení mléka a biosyntéza klíčových komponent
Kravské mléko obsahuje v průměru 4 % tuku, 3,2 % bílkovin (2,6 % kaseinu a 0,6 % sérových bílkovin), 4,6 % laktózy a 0,7 % popelovin. Množství těchto složek je variabilní, nejvíce kolísá obsah tuku. Odchylky obsahu bílkovin a laktózy nepřesahují obvykle několik desetin procenta. Důležité složky mléka - tuk, bílkoviny a laktóza - vznikají složitými biochemickými procesy v mléčné žláze savců.
Mléčný tuk
Přibližně 98 % mléčného tuku je tvořeno triacylglyceroly (TAG), které jsou syntetizovány v sekrečních buňkách mléčné žlázy z glycerolu a mastných kyselin. Mastné kyseliny pocházejí ze dvou zdrojů. Pro de novo syntézu mastných kyselin přežvýkavci využívají kyselinu octovou a ß-hydroxymáselnou. Oproti tomu monogastrická zvířata jako zdroj uhlíku využívají glukózu. Kyselina octová vzniká při bachorové fermentaci, stejně jako kyselina máselná, která se při absorpci mění na kyselinu ß-hydroxymáselnou. Z těchto kyselin se vytvoří prekurzor pro syntézu mastných kyselin a několika biochemickými kroky dojde k vytvoření mastné kyseliny. Mastné kyseliny jsou poté esterifikovány s glycerolem a vznikají triacylglyceroly. Množství tuku je v každém mléce individuální.
Mléčné bílkoviny
Většina proteinů je syntetizována v mléčné žláze z aminokyselin krevní plazmy. Dále mléčná žláza odebírá z krve ještě různé množství albuminu, globulinu, fibrinogenu a nebílkovinných dusíkatých látek. Kromě aminokyselin je nutný zdroj uhlíku pro tvorbu uhlíkaté strukturální složky bílkovin. Zdrojem uhlíku jsou u přežvýkavců těkavé mastné kyseliny, zejména kyselina propionová, a dále také některé mastné kyseliny. Prekurzory pro tvorbu bílkovin se dostávají do hrubého endoplazmatického retikula buněk mléčné žlázy, kde jsou z nich syntetizovány bílkoviny, které jsou pak transportovány do Golgiho aparátu.
Kasein
Kasein představuje jednu z nejdůležitějších mléčných bílkovin, jelikož hraje zásadní úlohu ve výrobě mléčných výrobků. Kasein se podílí na mléčném srážení, což představuje základ výroby sýrů. Z bílkovin má největší zastoupení (80 %) kasein, který patří mezi fosfoproteiny. Kasein je termostabilní - zvýšením teploty se nesráží. Dále jsou z bílkovin v mléce obsaženy syrovátkové bílkoviny (laktalbumin, laktoglobulin, sérový albumin). Syrovátkové proteiny se nachází v mléčném séru po vysrážení kaseinu. Tyto syrovátkové proteiny podléhají denaturaci nad 60 °C.
Čtěte také: Průvodce kročejovou izolací
Kasein je heterogenní skupina fosfoproteinů. Z hlediska současného názvosloví se dělí na αS1, αS2, β a κ. Kasein se sráží z odtučněného mléka při hodnotě pH 4,6, která je blízká jeho izoelektrickému bodu. Kaseiny nejsou v mléce ve formě monomerů, ale jsou agregovány do kaseinových komplexů a micel.
Kasein je tvořen 4 různými frakcemi: αs1, αs2, β a κ-kaseinem, kdy nejvíce alergenní bývá právě první jmenovaná frakce. Kozí mléko vykazuje minimální přítomnost αs1 kaseinu, proto je mnohými alergiky tolerováno. Zbylé frakce jsou pak alergenní výjimečně.
Beta-kaseiny A1 a A2
Největší podíl mléčných proteinů tvoří kaseiny, které se dále dle svých vlastností rozdělují na čtyři hlavní skupiny: alfaS1, alfaS2, beta a kappa kaseiny. Beta-kaseiny zaujímají 30 % z celkového množství mléčných proteinů. Mohou se nacházet v několika variantách, ale nejčastěji se vyskytuje A1 a A2 beta‑kasein. Beta-kaseiny A1 a A2 mají 209 aminokyselin, z nichž 208 je naprosto identických. Pouze aminokyselina na pozici 67 se u beta-kaseinů A1 a A2 liší. Beta-kaseiny jsou v trávicím traktu rozloženy na menší kousky pomocí trávicích enzymů. Elastáza není schopna štěpit A2 beta-kasein, ale díky záměně prolinu za histidin atakuje A1 beta-kasein a dojde k uvolnění kousku proteinu o délce 7 aminokyselin, který se nazývá beta-kasomorfin-7. Beta-kasomorfin-7 se váže na opioidní receptory. Potíže s trávením však byly popsány pouze po konzumaci A1 mléka, které obsahuje vysoké hladiny beta-kasomorfinu-7. U A2 mléka žádná spojitost s poruchami trávení nebyla zaznamenána. I lidé, které trápily zažívací obtíže po konzumaci mléka, popisovali po přechodu na A2 mléko zmírnění těchto obtíží či dokonce jejich úplné vymizení. Konzumace konvenčního mléka (A1) může u predisponovaných jedinců přispívat ke vzniku některých onemocnění jako je ateroskleróza, diabetes, onemocnění srdce nebo nervové soustavy.
Původně všechny krávy dávaly A2 mléko, což je původní varianta mléka, nalezená také u koz, ovcí a v mateřském mléce. Před několika tisíci lety však u některých populací krav v severní Evropě došlo k náhodné přeměně na A1 mléko. Dnes většina vysoko produkčních plemen produkuje převážně A1 mléko. Konvenční mléko je tedy většinou směsí A1 a A2 mléka, bývá označováno jako A1 mléko. Pouze krávy s genotypem A2A2 dávají A2 mléko. Genotyp zvířete je možné určit jen pomocí genetického testu.
Laktóza
Laktóza je disacharid, který se skládá z glukózy a galaktózy. Vyskytuje se pouze v mléce savců. Je syntetizována v buňkách mléčné žlázy. Mléčná žláza však není schopna syntetizovat glukózu a musí ji získávat z krve. U přežvýkavců se vstřebá jen malá část glukózy přímo z potravy, jelikož většina sacharidů je v bachoru fermentována na těkavé mastné kyseliny (TMK), které jsou vstřebávány do krve. 45 až 60 % glukózy je syntetizováno v játrech pomocí glukoneogeneze, a to zejména z kyseliny propionové a glukoplastických aminokyselin (alanin, serin atd.). Kyselina propionová je jediná z těkavých mastných kyselin, která může být využitelná pro glukoneogenezi. Pro syntézu jedné molekuly laktózy jsou zapotřebí dvě molekuly glukózy, přičemž z jedné se vytvoří galaktóza, která spolu s druhou molekulou glukózy putuje do Golgiho aparátu (GA), kde vzniká laktóza. V Golgiho aparátu jsou malé vezikuly, které se od GA oddělují a putují k cytoplazmatické membráně. V cytoplazmatické membráně se otevírají a jejich obsah je vylučován do lumen alveolu. Laktóza, protože nemůže volně difundovat přes membrány, způsobuje vznik hypertonického prostředí uvnitř vezikul. Laktóza patří mezi disacharidy a obsahuje galaktosu a glukosu. Systematický název zní β-D-galaktopyranosyl-(1→4)-β-D-glukopyranosa. Laktosa obsahuje glykosidickou vazbu mezi 1. uhlíkem galaktosy a 4. uhlíkem glukosy. Na glukose je tedy volná hydroxylová skupina na 1. uhlíku - tzv. poloacetalový hydroxyl. Může tedy docházet k oxidaci na tomto uhlíku, a tudíž laktosa patří mezi redukující sacharidy.
Čtěte také: IPA asfaltová izolace: Co potřebujete vědět
Intolerance laktózy se obvykle projeví v průběhu života, jak ubývají trávicí enzymy. Intolerancí mléčného cukru, tedy laktózy, trpí 8-10 % Evropanů a až 20 % Čechů. Vazba vápníku na laktózu je mimo jiné považována za důvod zvýšené resorpce vápníku z mléka.
Kvalita mléka a jeho složení je ovlivněna mnoha faktory, mezi které patří plemeno, výživa dojnice, zdravotní stav, průběh laktace, sezóna, a hygiena při dojení, chlazení, skladování a dopravě do mlékárny.
Praktická izolace kaseinu a detekce laktózy
Izolace kaseinu z mléka je jednoduchý experiment, který si můžete vyzkoušet i doma, zatímco detekce laktózy vyžaduje laboratorní podmínky.
Domácí experiment - izolace kaseinu
Tento experiment umožní vizuálně pozorovat srážení kaseinu a oddělení syrovátky.
Pomůcky a potraviny
- Sklenička
- Lžička
- Cedník
- Čtverec tkaniny
- Mléko
- Ocet nebo Citronek (Lemonka)
Postup
- Do poloviny skleničky nalijte mléko.
- Přilijte 4 lžičky octa nebo citronové šťávy.
- Zamíchejte a nechte stát.
Po několika minutách se vytvoří bílá sraženina.
Čtěte také: Radon a asfaltová izolace
- Na cedník položte čtverec tkaniny a sraženinu přeceďte.
- Přebytečnou kapalinu vymačkejte lžičkou.
Vysvětlení
Čirá nažloutlá kapalina, která proteče, se nazývá syrovátka. Bílá sraženina, která zůstala na cedníku, obsahuje různé bílkoviny, nejvíce bílkovinu nazývanou kasein.
Při zahřívání mléka k varu dochází k denaturaci syrovátkových proteinů (tedy laktalbuminu, laktoglobulinu, sérového albuminu) - tuto denaturaci lze pozorovat jako vznik škraloupu na hladině. Po jeho odebrání a přidání octa nebo zředěné kyseliny chlorovodíkové k vychladlému mléku dochází k vysrážení kaseinu (fosfoprotein). Kasein se v mléce shlukuje do micel, na jejichž povrchu jsou vázány ionty a hydrofilní sérové bílkoviny, které chrání vnitřní hydrofobní obsah. Snižováním pH dochází k porušování povrchových struktur kaseinových micel, tím dochází k uvolnění kaseinu a jeho denaturaci. Takto uvolněný kasein již není rozpustný, a proto tvoří sraženinu. Tento typ srážení je vratný - neutralizací mléka dojde k opětovnému rozpuštění kaseinu. Tohoto kyselého srážení kaseinu se využívá při výrobě jogurtů nebo tvarohů. V potravinářství slouží ke kyselému srážení kaseinu bakterie mléčného kvašení, které produkují kyselinu mléčnou.
Laboratorní izolace kaseinu a detekce laktózy
Tento postup je určen pouze pro osoby s odborným vzděláním v chemickém oboru a je nutné dodržet veškerá bezpečnostní pravidla.
Chemikálie a pomůcky
- Pipeta
- Büchnerova nálevka
- Filtrační papíry
- Kádinka
- Odtučněné mléko
- 1M roztok HCl (C)
- Ethanol (F)
- pH metr
- Magnetické míchadlo
- Zkumavka
- Fehlingovo činidlo
- Vodní lázeň nebo kahan
- Petriho miska
Postup
- Do kádinky nalijte odtučněné mléko, položte na magnetické míchadlo a vložte pH metr.
- Po kapkách přidávejte roztok kyseliny chlorovodíkové. Vzniká objemná klkovitá sraženina kaseinu.
- V přidávání roztoku HCl pokračujte až do hodnoty pH 4,6.
- Sraženinu kaseinu odfiltrujte, na filtru promyjte vodou a ethanolem a poté nechte vysušit.
- Odeberte 5 ml filtrátu (syrovátky) do zkumavky a přidejte k němu 5 ml Fehlingova činidla.
- Zkumavku ponořte do vodní lázně nebo ji zahřejte nad kahanem.
- Část sraženiny zachycené na filtračním papíře přeneste na Petriho misku a přikápněte pár kapek Fehlingova činidla.
Pozorované změny a vysvětlení
Po svaření mléka se na hladině objevuje škraloup. Po jeho odebrání a přidání octa nebo zředěné kyseliny chlorovodíkové k vychladlému mléku vzniká sraženina. Přefiltrováním této sraženiny získáváme bezbarvý filtrát, na filtračním papíře se zachytí bílá sraženina. Při zahřívání zkumavky obsahující bezbarvý filtrát a Fehlingovo činidlo lze pozorovat vznik oranžové sraženiny. Mléko obsahuje 5 % laktosy (mléčný cukr), 4 % bílkovin, 5 % tuku a 88 % vody. Z bílkovin má největší zastoupení (80 %) kasein, který patří mezi fosfoproteiny. Kasein je termostabilní - zvýšením teploty se nesráží.
Filtrací dochází k oddělení vysráženého kaseinu. Ve filtrátu lze následně dokázat přítomnost laktosy - mléčného cukru. Laktosa se oxiduje (přesněji 1. uhlík glukosy), Cu2+ (obsažené ve Fehlingově činidle) se redukují na oranžovou sraženinu oxidu měďného. Po přikápnutí Fehlingova činidla ke sraženině kaseinu lze pozorovat tvorbu fialového zbarvení. Dochází k reakci mezi Cu2+ a peptidovou vazbou -CO-NH- za vzniku komplexu Cu2+ a dané bílkoviny. Vzniklý komplex je barevný - fialový. V mléce lze tedy dokázat 3 složky - syrovátkové bílkoviny, které denaturují při teplotě nad 60 °C (škraloup). Dále lze dokázat kasein kyselým srážením (pomocí octa nebo zředěné HCl) a následně pomocí Fehlingova činidla. Provedením Biuretové reakce lze dokázat přítomnost peptidové vazby (fialové zbarvení).
Alternativy k mléku a mléčným výrobkům
Alergie na bílkovinu kravského mléka může potrápit úplné novorozeně. A to i tehdy, pokud je dítě kojeno, kdy kasein z mléčných výrobků konzumovaných maminkou, přechází volně do mateřského mléka. U miminek je alergie spojována se střevní kolikou, průjmem, bolestí bříška, úporným ekzémem, silným nadýmáním, plačtivostí, neprospíváním na váze. Kravské mléko bez úpravy vykazuje na 100 ml zhruba 3,3 g bílkovin, dále 3,9 g tuku a 4,5 g mléčného cukru. Na rozdíl od mléka mateřského, které je tučnější a plné omega 3 a 6 NMK, obsahuje kravské mléko vyšší % bílkoviny, které je potřebné pro rychlejší růst telete. Z tohoto důvodu je toto mléko pro novorozeně zcela nevhodné. Příjem živočišných bílkovin překyseluje organismus a ten se nadměrné kyselosti brání mimo jiné vyvázáním vápníku z kostí, tím přímo pomáháme rozvoji osteoporózy. Kravské mléko opravdu není spolehlivý zdroj vápníku a dokonce díky jeho konzumaci celkově přicházíme o vápník, protože jsou jím po konzumaci vyvolávány škodlivé vedlejší procesy metabolismu.
Pokud jsme alergičtí na kravské mléko nebo trpíme intolerancí laktózy, existují různé alternativy:
- Kozí mléko: obsahuje o něco méně kyseliny listové a vitamínu B12, ale více vitamínu D, fosforu a vápníku. Laktózy je zhruba o 10 % méně. Tukové částečky jsou celkově menší, což je typické i pro mléko mateřské. Kozí mléko vykazuje minimální přítomnost αs1 kaseinu a tudíž bývá mnohými alergiky tolerováno.
- Ovčí mléko: na rozdíl od kravského je bělejší a sladší. Obsah bílkoviny je poměrně vysoký, kolem 7 %. Je hodnotnější na vápník, fosfor a hořčík, ale draslíku a manganu obsahuje o něco méně než kravské mléko. Ovčí mléko platí za hotový B-komplex, ze všech mlék čítá nejvíce vitamínů skupiny B. Rovněž i vitamínu D nacházíme více. Laktózy pak ovčí mléko vykazuje stejně jako kravské.
- Rostlinná mléka: mandlové, rýžové, konopné či makové. Mandlové a makové mléko platí za výtečný zdroj vápníku, jenž se lehce vstřebává. Konopné je plné omega 3, 6, 9 NMK a celou škálou minerálů, jako je vápník, zinek, jód, hořčík, síra, fosfor, chrom, taktéž i železo.
Srovnání výživových hodnot mlék (na 100 ml)
| Složka | Kravské mléko | Kozí mléko | Ovčí mléko | Mandlové mléko (neslazené) | Rýžové mléko (neslazené) |
|---|---|---|---|---|---|
| Bílkoviny | 3.3 g | ~3.1 g | ~7 g | ~1 g | ~0.3 g |
| Tuk | 3.9 g | ~4.5 g | ~6 g | ~1.1 g | ~1 g |
| Laktóza/Sacharidy | 4.5 g | ~4.0 g (o 10 % méně) | ~4.5 g | ~0.1 g | ~9 g |
| Vápník | ~120 mg | Více než kravské | Více než kravské | ~120 mg (fortifikované) | ~120 mg (fortifikované) |
| Vitamín D | Malé množství | Více než kravské | Více než kravské | Nízké (fortifikované) | Nízké (fortifikované) |
| αs1 Kasein | Významné množství | Minimální přítomnost | Není dominantní | Není obsaženo | Není obsaženo |
Poznámka: Hodnoty jsou přibližné a mohou se lišit v závislosti na konkrétním produktu a výrobci.
tags: #izolace #laktozy #a #kaseinu #z #mleka