Лактоза молока, строение и биохимические функции

 

«Калининградский Государственный Технический Университет»,

ФГОУ ВПО «КГТУ»

 

Кафедра химии

Курсовая работа по биохимии

 

 

 

Лактоза молока, строение и  биохимические функции

 

 

Руководитель:

д.б.н., профессор Сергеева Н.Т.

_____________подпись

_________________дата

Исполнитель: студент группы 08-ОП

Артёмова Я.Г.

____________подпись

 

Калининград

2010

 

Содержание

Введение--------------------------------------------------------------------------------------------3

1.Литературный обзор---------------------------------------------------------------------------4

   1.1. Биохимическая ценность молока------------------------------------------------------4

       1.1.1.Белковый  состав молока-------------------------------------------------------------4

       1.1.2.Аминокислотный  состав молока---------------------------------------------------5

       1.1.3.Липидный  состав молока------------------------------------------------------------8

       1.1.4.Витаминный  состав молока---------------------------------------------------------10

       1.1.5. Углеводный  состав молока---------------------------------------------------------11

        1.1.6.Минеральный  состав молока------------------------------------------------------12

   1.2.Строение лактозы--------------------------------------------------------------------------14

   1.3.Синтез лактозы-----------------------------------------------------------------------------15

   1.4.Биохимические функции лактозы------------------------------------------------------17

   1.5. Изменения в  составе молока при тепловой обработке----------------------------19

   1.6. Изменение лактозы при тепловой обработке----------------------------------------20

2.Экспериментальная часть---------------------------------------------------------------------25

   2.1.Материал исследования-------------------------------------------------------------------25

   2.2.Методика исследования-------------------------------------------------------------------25

   2.3.Результаты исследования-----------------------------------------------------------------27

Выводы----------------------------------------------------------------------------------------------28

Список используемой литературы-------------------------------------------------------------29

 

 

 

 

 

ВВЕДЕНИЕ

Питание, несомненно, является основным фактором, определяющим физическое и умственное развитие, сопротивляемость человеческого организма отрицательным  воздействиям, его трудоспособности, продолжительности жизни и т.д.

Среди огромного количества различных продуктов животного и растительного происхождения наиболее совершенным, т.е. наиболее ценным в пищевом и биологическом отношении является молоко и молочные продукты. Пищевая ценность молока состоит в том, что оно содержит все необходимые для человеческого организма питательные вещества (белки, жиры, углеводы, минеральные вещества, витамины, воду) в хорошем сбалансированных соотношениях и в легкоперевариваемой  форме.

Таким образом, пищевая и  биологическая ценность молока бесспорна, и оно должно являться незаменимым продуктом питания человека во все периоды его жизни.

В молоке содержится уникальное вещество, нигде более в природе  не встречающееся – лактоза, или  молочный сахар. Лактоза играет очень  важную роль в нашей жизни. Начиная  с того, что это основной углевод  детского питания, который помимо энергетической функции выполняет и другие: стимулирует в кишечнике рост полезных бактерий – бифидобактерий, лактобацлл,  бактероидов, усиливает синтез витаминов и всасывание кальция, магния, марганца. [5]

Однако не у каждого  человека есть возможность ежедневно  употреблять парное молоко, и чаще всего мы покупаем молоко в пластиковых пакетах в магазине. Ведь при  промышленном производстве молока применяются различные режимы термической обработки, чтобы увеличить срок хранения молока, а также предохранить продукт от порчи, при этом  в биохимическом составе молока происходят изменения, в том числе и лактозы.

Целью курсовой работы является изучение строения и биохимических функций лактозы коровьего молока. Для этого поставлены следующие задачи:

1.изучить биохимический  состав молока

2.изучить строение лактозы

3. изучить синтез лактозы

4.изучить биохимические  функции лактозы

5.изучить изменения лактозы  молока при тепловой обработке

 

1.ЛИТЕРАТУРНЫЙ  ОБЗОР

1.1.Биохимическая ценность молока

Химический состав молока животных очень сложный. В молоке содержатся аминокислоты, белки, углеводы, липиды, фосфатиды, стероиды, витамины, ферменты, соли, газы, вода, кальций.

 

Таблица 1.1.Химический состав коровьего молока, % [7]

Названия веществ	Содержание
Вода	88
Липиды	3,7
Углеводы	5,4
Минеральные вещества	0,8
Белки	3,7

 

Состав и свойства молока зависят в основном от породы и возраста коровы, лактационного периода, кормления и условий содержания.

В молоке содержится от 87-89 % воды, которая жизненно необходима для новорожденного. Её роль неоценима -  являясь основной средой протекания жизненных процессов, она переносит питательные вещества, участвует в многочисленных реакциях (прежде всего в гидролитических), стабилизирует температуру тела и т.д. [3]

 

1. Белковый состав молока

 

Белки молока имеют особое значение в питании людей. Общее  содержание в молоке колеблется от 2,9 до 4 %. В молоке обнаружена целая  система белков, среди которых  выделяют две главные группы: сывороточные белки и казеины.

Основная часть белков молока (78-85%) представлена казеином. Известно, что казеины являются собственно пищевыми белками. Казеины характеризуется высокой биологической ценностью благодаря содержанию в его составе полного набора аминокислот. Они выполняют структурные функции и являются источником кальция и фосфора, а также целого ряда активных пептидов. [3]

Не менее важными биологическими функциями обладают сывороточные белки. Так, иммуноглобулины выполняют защитную функцию. Лактоферин и другие белки обладает антибактериальными свойствами.

 

Таблица 1.2.   Фракционный состав белков коровьего молока, % [2]

Белок	Содержание
Казеины	78-85
α-казеины	45-55
χ-казеины	8-15
γ-казеины	3-7
β-казеины	25-35
Сывороточные белки	15-20
β-лактоглобулин	7-12
α-лактальбумин	2-5
иммуноглобулины	1,9-3,3

 

Из таблицы 2 видно, что  в коровьем молоке больше содержится казеинов, чем сывороточных белков. Казеины молока в основном представлены  α-казеинами (50%).  А сывороточные белки  (10%) составляет β-лактоглобулин. Белки молока усваиваются хорошо, примерно на 96-98%.

 

2. Аминокислотный состав молока

Белки молока содержат почти  все аминокислоты, обычно встречающиеся  в белках. В том числе восемь аминокислот, которые не синтезируются в организме человека и поэтому называются незаменимыми (валин, лейцин, изолейцин, фенилаланин, триптофан, метионин, треонин, лизин) и две аминокислоты, которые хотя и образуются в организме, но в недостаточном количестве (аргинин и гистидин).

Сывороточные белки молока особенно богаты незаменимыми аминокислотами - содержат больше лейцина, изолейцина, лизина, глутаминовой кислоты, а казеин – также серина и пролина (но мало цистеина).  По содержанию незаменимых аминокислот белки молока относятся к биологически полноценным белкам.  [2]

Изолейцин - одна из незаменимых аминокислот, необходимых для синтеза гемоглобина. Также стабилизирует и регулирует уровень сахара в крови и процессы энергообеспечения.

Лизин - это незаменимая аминокислота, входящая в состав практически любых белков. Он необходим для нормального формирования костей и роста детей, способствует усвоению кальция и поддержанию нормального обмена азота у взрослых. Лизин участвует в синтезе антител, гормонов, ферментов, формировании коллагена и восстановлении тканей.

Аргинин - важный компонент обмена веществ в мышечной ткани. Он способствует поддержанию оптимального азотного баланса в организме, так как участвует в транспортировке и обезвреживании избыточного азота в организме.

  Серин необходим для нормального обмена жиров и жирных кислот, роста мышечной ткани и поддержания нормального состояния иммунной системы.

 

 

 

 

 

 

 

 

Таблица1.3. Аминокислотный состав белков коровьего молока, мг% [6]

Аминокислоты	Содержание	Суточная потребность человека, мг	% от суточной потребности
Незаменимые аминокислоты:	1385	31000	4,5
Фенилаланин	175	4000	4,3
Треонин	153	3000	5,1
Валин	191	4000	4,7
Лейцин	283	6000	4,7
Изолейцин	189	4000	4,7
Метионин	83	4000	2,0
Лизин	261	5000	5,2
Триптофан	50	1000	5
Заменимые аминокислоты:	1759	51000	3,5
Аргинин	122	6000	2,0
Аланин	98	3000	3,3
Пролин	278	5000	5,6
Цистеин	26	3000	0,9
Аспаргиновая кислота	219	6000	3,65
Тирозин	184	4000	4,6
Серин	186	3000	6,2
Глицин	47	3000	1,6
Гистидин	90	2000	4,5
Глутаминовая кислота	509	16000	3,2

 

Из таблицы 3 видно, что в  коровьем молоке присутствуют все незаменимые аминокислоты, необходимые для нормального функционирования организма человека. Из незаменимых аминокислот больше всего в молоке лизина (20% незаменимых аминокислот) и лейцина(18,8%). Также из таблицы видно, что для удовлетворения суточной потребности в незаменимых аминокислотах тебуется выпить 2 литра молока, а для удовлетворения суточной потребности в заменимых аминокислотах – 2,4 литра коровьего молока. 

 

3. Липидный состав молока

 

Жиры, как и белки, являются важнейшими компонентами пищи. На их долю приходится в среднем 33 % калорийности пищевого рациона человека. Липиды выполняют основные функции в организме – структурную, энергетическую, резервную, защитную и регуляторную.

Содержание молочного  жира в молоке примерно 2,8-5%. Биологическая ценность липидов определяется содержанием полиненасыщенных жирных кислот, а также фосфолипидов и витаминов. Среди насыщенных жирных кислот в молоке более всего преобладают пальмитиновая, миристиновая, стеариновая, а среди полиненасыщенных – олеиновая, линоленовая и арахидоновая. Причем эти кислоты не синтезируются в организме человека и должны поступать с пищей. Поэтому эти кислоты называют незаменимыми жирными кислотами. [3]

       Комплекс ненасыщенных жирных кислот линолевой, линоленовой и арахидоновой (известный как витамин F) участвует в регуляции обмена липидов. Особенно важно, что непредельные жирные кислоты способствуют выведению из организма холестерола, а это препятствует развитию атеросклероза. Также отмечено положительное действие этого комплекса на состояние кожного и волосяного покрова.

 

 

 

 

 

 

 

 

Таблица1.4. Содержание жирных кислот в жире коровьего молока, % [1]

Название	Содержание в молоке
Насыщенные кислоты:	62,2
Масляная	2,79
Капроновая	2,34
Каприловая	1,22
Лауриновая	2,6
Миристиновая	11,09
Пальмитиновая	31,74
Стеариновая	9,32
Арахиновая	1,1
Ненасыщенные кислоты: мононенасыщенные	28,4
Пальмитолеиновая	3,7
Олеиновая	22,7
Полиненасыщенные:	5,7
Линолевая	3,6
Линоленовая	1,8
Арахидоновая	0,3

 

Из таблицы 4 видно, что  коровье молоко содержит как насыщенные, так и ненасыщенные жирные кислоты.  Из насыщенных преобладают пальмитиновая 31,74%, миристиновая 11,09 % и стеариновая -  9,32%. А среди полиненасыщенных – олеиновая 3,6%, линоленовая 1,8% и арахидоновая 0,3%, которые не синтезируются в организме и должны поступать в организм с пищей.

 

       Фосфолипиды (содержание в молоке 0,03%) также необходимы для нормальной жизнедеятельности организма, они участвуют главным образом в формировании клеточной оболочки и внутриклеточных мембран.

 

 

 

4. Витаминный состав молока

Витамины принимают участие  во многих реакциях клеточного метаболизма. Большинство витаминов не синтезируется в организме человека, правда некоторые синтезируются микрофлорой кишечника и тканями, но в малых количествах. Поэтому основным источником витаминов является пища.

В молоке коров содержится практически все витамины, необходимые для нормального развития организма. При нехватке витаминов, могут развиваться различные заболевания, например, недостаток витамина А приводит к замедлению роста, нарушение процесса зрениия, кератинизации кожи. При недостатке витамина  В₁  возникают метаболические нарушения – развитие болезни бери-бери, патологии нервной, пищеварительной и сердечно-сосудистой систем.  Недостаток витамина В₂, - заболевания кожи, глаз, остановка роста организмов. Недостаток витамина С – развитие цинги (поражения кровеносной системы, воспаление ротовой полости, выпадение зубов).

Таблица 1.5. Содержание витаминов в коровьем молоке, мг % [6]

Наименование	Содержание в молоке	% от суточной потребности
Жирорастворимые: Витамин А (ретинол)	0,03	3,3
Витамин D (эргокальциферол)	0,05	2
Витамин Е (токоферол)	0,09	1
Водорастворимые: Витамин В1 (тиамин)	0,04	3,2
Витамин В2  (рибофлавин)	0,15	10
Витамин РР (ниацин)	0,10	0,6
Витамин В6  (адермин)	0,05	2,9
Витамин В9 (фоливая кислота)	0,005	2,5
Витамин  В12 (цианокобаламин)	0,0004	13,3
Витамин С (Аскорбиновая кислота)	1,5	2,2

     

Из таблицы 5 видно, что  в коровьем молоке больше всего содержание витаминов В₂ – 0,15мг , С – 1,5 мг и витамина РР - 10 мг.  Также из таблицы видно, что 3 литра молока удовлетворяет суточную потребность человека в ретиноле, в эргокальцифероле – 5литров, в тиамине –3,1литра, в рибофлавине – 1 литр молока, в витамине РР – 16,6 литров , в витамине В₆ -3,4литра,  в витамине В₁₂ – 0,75 литра , в аскорбиновой кислоте –4,5 литра молока.

 

5. Углеводный состав молока

 

Основным углеводом молока является дисахарид лактоза, или  молочный сахар. Лактоза выполняет главным образом энергетическую функция – на неё приходится около 30% энергетической ценности молока. Кроме этого, один из компонентов лактозы – глюкоза – является источником синтеза резервного углевода организма – гликогена, а другой компонент – галактоза – необходим для образования ганглиозидов мозга. Лактоза еще обладает способностью улучшать всасывание кишечником кальция. [1]

 

Таблица1.6. Содержание углеводов в коровьем молоке, % [1]

Углевод	Содержание в молоке
Лактоза	5
Глюкоза	0,023
Галактоза	0,019

 

Из таблицы видно, что  лактоза составляет наибольшую часть  углеводов в молоке, её содержание намного превышает содержание глюкозы и галактозы. Таким образом лактоза выполняет главным образом энергетическую функция.

 

 

 

 

 

 

6. Минеральный состав молока

 

В молоке также содержатся важные для организма минеральные  вещества, подразделяемые на макро- и  микроэлементы. Исследование минерального состава золы молока показало наличие в ней более 50 элементов: ( Ca, P, Mg Na, Cl, K, S, Cu, Fe, Mn, Zn, Al, Si, I, Br, Mo, Cd, Pb, Co, F, Cr, Ba, Hg, Sr, Li, Sn, Se, Ni, As, Ag, Ti и др. )

Кальций и фосфор – это  наиболее важные макроэлементы молока. Они содержатся в молоке в легкоусвояемой форме и хорошо сбалансированных соотношениях.

Кальций в организме необходим для формирования костной ткани, проведения нервного импульса, участвует в мышечном сокращении, стабилизирует белки. Фосфор является составной частью костной ткани и зубов, в составе фосфолипидов входит в структуру клеточных мембран, липопротеидов. В составе АТФ и ее производных играет большую роль в метаболизме, осуществлении важнейших физиологических процессов. Ионы хлора используются слизистой кишечника для секреции соляной кислоты. [3]

 

Таблица 1.7.Содержание макроэлементов в коровьем молоке, мг %. [6]

Название	Содержание в молоке	% от суточная потребности
Кальций	122	13,5
Калий	148	3,9
Фосфор	92	7,4
Натрий	50	1,0
Магний	13	3,3
Хлор	110	1,8

 

Из таблицы 7 видно, что  в коровьем молоке из макроэлементов наибольшее содержание  калия и  кальция. Также видно, что 0,75 литра молока может удовлетворить суточную потребность в кальции, 2,5 литра - в калии, 1,3 литра - в фосфоре, 3литра - в магнии и 5,5 литра - в хлоре

Железо содержится в гемоглобине крови, находится в скелетных мышцах, печени, селезенке, костном мозге, а также в составе ферментов. Его основная функция — связывание кислорода. Йод является одним из важнейших микроэлементов, необходимых для синтеза гормонов щитовидной железы человека. Недостаточное поступление  йода вызывает у детей заторможенность, физическую и умственную отсталость, ослабление внимания и памяти.   Кобальт входит в состав витамина В₁₂.  Медь молибден, марганец, фтор, йод и бром входят в состав важных ферментов и биологически активных соединений. [3]

Таблица 1.8. Содержание микроэлементов в коровьем молоке, мкг % [6]

Название	Содержание в молоке	% от суточной потребности
Железо	70	0,5
Медь	12	0,6
Цинк	400	3,2
Йод	9	6
Марганец	6	0,08
Молибден	5	1
Кобальт	0,08	0,05
Хром	2	0,9
Ртуть	0,3	0,2
Свинец	5	0,04
Фтор	18	2,4
Селен	4	0,8
Олово	15	5,8

 

Из таблицы 8 видно, что в коровьем молоке из микроэлементов наивысшее содержание цинка – 400мкг и  железа - 70мкг. Также из таблицы видно, что 1,6 литра молока удовлетворяет суточную потребность йода, 3,2 литра молока - цинка,

1,8 литра – в олове, 4,1 литра молока – в фторе.

 

Молоко — самая сбалансированная по всем компонентам пища, в него входят все незаменимые для человека вещества. Включение в пищевой  рацион молочных продуктов повышает его полноценность и содействует  усвоению других компонентов рациона. Молоко усваивается при минимальном  напряжении пищеварительных желез.

1.2. Строение лактозы.

Лактоза - дисахарид, построенный из остатков α-D-глюкозы и β-D-галактозы, связанных между собой 1,4-β-гликозидной связью. [4]

 

 

 

В зависимости от пространственной конфигурации гидроксила различают  α- и β- формы лактозы. В водных растворах лактоза находится как в α-, так и в β-форме, которые различаются между собой некоторыми физическими свойствами. Например, α-форма слаще β-формы, легче окисляется и обладает большей растворимостью в воде.

В сыром молоке формы лактозы  находятся в состоянии динамического  равновесия, при этом содержание α-формы  составляет 40% и β-формы 60%. Кроме  того, часть лактозы находится  в химической связи с белком. [7]

 

 

 

 

 

 

Биосинтез лактозы.

Биосинтез лактозы является процессом, специфическим для тканей молочной железы; нигде в природе  дисахарид, подобный лактозе не встречается. Последовательность реакций, ведущая к синтезу лактозы следующая [4] :

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1.4 Биохимические  функции лактозы

Лактоза как и все углеводы (сахара), служит в организме источником энергии, необходимой для осуществления  биохимических процессов. Энергетическая ценность лактозы составляет 15700 кДж/кг (3750 ккал/кг), т.е. примерно равноценна энергетической ценности сахарозы и белковых веществ. Лактоза, поступающая в организм, практически полностью (99,7%) усваивается. Ей, как углеводу животного происхождения, присущи специфические функции. Считается, что лактоза является в большей степени структурным  углеводом, тогда как другие –  энергетическим.

Отмечено, что лактоза  может быть рекомендована для употребления от рождения до глубокой старости. Исключением являются противопоказания, или так называемая непереносимость молока. Генетически непереносимость лактозы связана с нарушением метаболизма – блокадой углеводного обмена.  Лактоземия возникает из-за отсутствия или недостатка фермента лактазы. Лечение заключается в исключении из питания лактозосодержащих продуктов, так называемой «безлактозной диете».

Благодаря медленному поглощению в организме, потребление лактозы  не приводит к значительному повышению уровня сахара в крови, обеспечивает организм энергией на длительное время. Достигая отдела  толстого кишечника, лактоза стимулирует жизнедеятельность полезной микрофлоры. Учитывая, что лактоза, имея высокую пищевую, биологическую и лечебную ценность, оказывает незначительное влияние на уровень сахара в крови, она может быть использована в качестве подсластителя в производстве продуктов для диабетиков.

Установлено, что лактоза  присуще серологическая и бифидогенная активность, она оказывает остеогенное  и гепатозащитное действие. Способствуя  усвоению кальция, а также магния и фосфора, лактоза препятствует декальцинированию костей, вследствие чего предупреждается развитие рахита у детей, что особенно важно для  растущего организма. Составная  часть лактозы – галактоза  – необходима для синтеза цереброзидов и мукополисахаридов, которые являются составляющими элементами тканей смутентной оболочки головного мозга. В целом считают, что потребление лактозы благоприятно сказывается на углеводном, жировом и холестерином обмене.

Лактоза также обладает лечебной ценностью, проявляя мочегонные и послабляющие свойства без побочных явлений. Слабительное действие лактоз ы проявляется при потреблении 2г на каждый килограмм массы тела. Следовательно, взрослому человеку (80кг) для этой цели необходимо потребить 3 л молока в сутки, что значительно больше физиологической нормы (0,5 л молока).

Медленное всасывание лактозы стенками желудка и кишечника вследствие её плохой гидролизуемости широко используется в фармацевтической промышленности для получения таблеток пролонгированного действия.  Витамины, некоторые антибиотики, сердечные, желудочные и кишечные таблетки

готовят с использованием молочного сахара.

Лактоза не кариогенна. В  полости рта она тормози образование  нерастворимого глюкана, который подвержен  разложению с образованием кислоты, разлагающей эмаль зубов.

   Таким образом,  пищевая, диетическая и лечебная  ценность лактозы обусловливают  необходимость получения ее в  виде молочного сахара, свободного  от других компонентов молока. [4]

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1.5 Изменение в  составе молока при тепловой  обработке

Тепловую обработку (пастеризацию и стерилизацию) молока применяют  для предохранения молочных продуктов  от порчи и повышения стойкости  при хранении. Вместе с тем в  процессе тепловой обработки изменяются основные компоненты молока, а также вязкость, кислотность, вкус, запах и пр. При этом длительное воздействие высоких температур часто вызывает нежелательные изменения составных частей молока, его физико-химических, органолептических и технологических свойств. Поэтому при всех видах тепловой обработки стремятся максимально сохранить исходные свойства молока, его пищевую и биологическую ценность.