Zloženie a mikrobiológia mlieka

Najväčšia a najviac využívaná zložka bielkovín mlieka je kazeín, ktorý tvorí hlavnú zložku u všetkých syrov. Samotný kazeín nie je homogénny, ale tvoria ho ultramikroskopicky viditeľné kazeínové micely o priemere 0,05 – 0,1 µm. Tieto micely sú v skutočnosti agregáty komplexov niekoľkých kazeínových frakcii spojených fosforečnanom vápenatým. Tento kazeínový komplex sa skladá z 3 hlavných frakcii a to α (alfa), β (beta) a κ (kapa), ktoré sa nachádzajú v pomere 3 : 1 : 1. Tieto frakcie kazeínu majú rôznu citlivosť na prítomnosť vápnikových iónov a to sa využíva pri enzymatickom zrážaní mlieka pri tzv. sladkom zrážaní. Práve kazeín je na povrchu miciel a tvorí ochrannú vrstvu voči ostatným frakciám kazeínu, ktoré sú citlivé na vyzrážanie s vápenatými iónmi. Enzymatickým pôsobením syridla dochádza k jeho štiepeniu a tým sa umožňuje vznik tvorby vápenato-kazeinového komplexu, t.j. syrovej zrazeniny, ktorá tvorí základ výroby syrov.

Kazeín, ako hlavnú zložku pre výrobu syrov, možno z mlieka vyzrážať buď pôsobením kyselín (v syrárstve je to prirodzená kyselina mliečna ktorá vzniká fermentáciou prítomného mliečneho cukru), alebo pôsobením syridla (t.j. proteolytického enzýmu podobného aký sa nachádza v žalúdku cicavcov). Biologickou hodnotou sa kazeín vyrovná bielkovine mäsa a prevyšuje hodnotu bielkovín obilnín, aj strukovín. Pod albumínmi sa (veľmi stručne) rozumie bielkovina mlieka, ktorá je rozpustná a tieto prechádzajú do sladkej aj kyslej srvátky pri výrobe syrov. Už pri zahriatí nad 60 °C zvlášť za prídavku vápenatých solí začína ich denaturácia, čo sa využíva na výrobu srvátkových syrov, alebo pri spracovaní ovčieho mlieka tzv. žinčice.

Globulíny sú tiež rozpustné bielkoviny vo vode a v mlieku sú iba v malom množstve. Prakticky sa nevyužívajú. Ich obsah je veľmi závislý od fyziologického stavu dojníc. V mlieku sa v malom množstve nachádzajú aj ďalšie bielkoviny a to najmä tzv. proteózy a peptóny, ako aj rôzne nukleoproteidy pochádzajúce z leukocytov a pod.

Koncentrátmi mliečnej bielkoviny sú najmä syry a tvaroh. Okrem toho sú tieto výrobky aj dôležitou zásobárňou vápenatých solí a ďalších výživovo významných zložiek. Samotné bielkoviny mlieka, obzvlášť u syrov s dlhšou dobou zretia, podliehajú proteolytickému rozkladu na ľahko stráviteľné peptidy a potrebné aminokyseliny.

Kyslé zrážanie mlieka

Okyslením mlieka, či už prekysávaním pomocou kultúr, alebo prídavkom kyseliny, vzniká pri určitej kyslosti – vyjadrenej hodnotou pH – mliečna zrazenina. Podstatou tohto javu je dipolárny charakter aminokyselín a tým aj vlastných bielkovín mlieka. Tieto môžu byť ako kyseliny a taktiež ako zásady. Pri určitej hodnote pH je výsledný náboj nulový - tejto hodnote sa hovorí izoelektrický bod. U kazeínu je táto hodnota rozdielna pre jednotlivé frakcie kazeínu a pohybuje sa v intervale 4,6 – 4,9 pH. Pri tejto hodnote aktívnej kyslosti mlieka sú bielkoviny kazeínu nerozpustné a dochádza k ich vyzrážaniu.

Kyslé zrážanie mlieka je reverzibilný proces, t.j. je vratné. Prídavkom alkálii sa vyzrážaný kazeín môže opäť priviesť do rozpustného stavu ako anión a prídavkom kyseliny nad izoelektrický bod prechádza kazeín tiež do roztoku ako katión.

Kyslé zrážanie mlieka je základom výroby tzv. kyslých a mäkkých syrov, ako sú napr. tvarohy a všetky tvarohové výrobky.

Sladké zrážanie mlieka

Prevažná časť syrov sa robí tzv. sladkým, alebo enzymatickým zrážaním mlieka, prípadne v kombinácii s kyslým zrážaním. Ako enzým na zrážanie sa používa buď chymozín, ktorý sa získava zo žalúdkov cicajúcich teliat, alebo v súčasnosti už prevažne mikrobiálnymi syridlami, ktoré majú identické vlastnosti prirodzených proteolytických enzýmov. Pôsobením tohto enzýmu nazývaného syridlo na sladké (nie kyslé) mlieko dochádza k jeho vyzrážaniu vo forme pevnej kompaktnej hmoty. Vlastný proces zrážania je nevratný. Proces enzymatického zrážania mlieka je možno rozdeliť na tri fázy.

Primárna fáza

Pôsobením syridla (príp. chymozínu) sa kapa kazeín (ktorý tvorí ochrannú vrstvu ostatných frakcii kazeínu voči vápenatým iónom) rozštiepi na dve časti a tým stráca svoj stabilizačný – ochranný vplyv. Prvá časť kapa – kazeínu má vysokú afinitu k ostatným frakciám kazeínu a označuje sa ako para – kapa – kazeín. Táto časť sa spolu s ostatnými kazeínovými frakciami v prítomnosti vápenatých iónov vyzráža. Druhá časť sa označuje ako glykomakropeptid a ten už je vysoko polárny a rozpustný vo vode. Primárna fáza je teda enzymatické štiepenie peptidickej väzby kapa – kazeínu.

Sekundárna fáza

V tejto fáze dochádza po rozštiepení kapa – kazeínu v prítomnosti Ca – iónov k vlastnému zrážaniu všetkých frakcii kazeínu za vzniku kazeinátu vápenatého, t.j. tzv. syreniny. Nevyhnutná prítomnosť vápenatých iónov sa v praxi využíva na oddelenie oboch fáz zrážania, čo umožňuje zavedenie kontinuálnych metód výroby, najmä pri mäkkých syroch.

Terciárna fáza

Pri dlhšom pôsobení proteolytických enzýmov (zo syridiel, ale aj z produktov mikroorganizmov) dochádza zvlášť v priebehu úschovy a zrenia syrov k štiepeniu nielen kapa – kazeínu, ale aj ostatných frakcii kazeínu. Tým u syrov vznikajú z bielkovín nové, štiepne produkty t.j. peptidy a postupne až aminokyseliny, prípadne až amoniak a syry získavajú viac vyzretú, rozotierateľnú konzistenciu.

Mliečny tuk

V 1 litri plnotučného mlieka sa nachádza 30 – 40 g tuku. Tento mliečny tuk je jemno rozptýlený vo forme emulzie a je preto z hľadiska výživy v porovnaní s inými živočíšnymi tukmi veľmi dobre vstrebateľný a stráviteľný.

Veľkosť tukových guľôčok značne kolíše a je ovplyvnená mnohými faktormi. Ich priemerná veľkosť v čerstvom kravskom mlieku je 2-4 µm. Rovnako aj obsah tuku v mlieku je vysoko variabilný a závisí od mnohých vonkajších aj vnútorných faktorov. V 1 ml. mlieka sa nachádza 2 – 6 miliárd tukových guľôčok. Z hľadiska výživy je to dobré, ale vzhľadom na ich veľký povrch môže pri nesprávnej manipulácii dochádzať k chemickým zmenám (hydrolýza, oxidácia).

Dôležitým faktorom dobrej stráviteľnosti mliečneho tuku je aj jeho chemické zloženie. Samotný mliečny tuk tvoria v prevažnej miere glyceroly mastných kyselín, voľné mastné kyseliny, fosfolipidy, steroly, estery, atď. Mastné kyseliny tvoria až 85 % mliečneho tuku. V prevažnej miere sú mastné kyseliny vo forme acylglycerolov mastných kyselín a len v nepatrnej miere sú voľné. V mliečnom tuku je zastúpených viac ako 140 mastných kyselín, v ktorých sú rozpustené vitamíny A, D, E, K a niektoré farbivá, napr. karotenoidy. V priebehu roka sa zastúpenie mastných kyselín mení a dominantným faktorom, podieľajúcim sa na týchto zmenách je aj zloženie kŕmnej dávky dojnice. Práve správne zloženie kŕmnej dávky dojnice prispieva k optimálnemu zloženiu mliečneho tuku.

Povrch tukových guľôčok je pokrytý obalom, ktorý tvorí lecitín, ako fosfolipidová vrstva priamo na tuku (tukovom jadre). Jej hrúbka je 2,2 nm a tvoria ju lecitín, kefalín, cerebrozidy, sfyngomyelín, cholesterín, karotenoidy a vitamín A. Na nej je bielkovinová vrstva (2,6 – 3,8 nm) ktorú tvoria enzýmy, proteíny a kovy (Fe, Cu – katalyzátor). Vonkajšiu vrstvu predstavuje hydratačná vrstva (50 – 100 nm), ktorú tvoria soli a voda.

Mastné kyseliny mliečneho tuku

Zložené lipidy (1 – 2 %) mliečneho tuku tvoria:

• Fosfolipidy tvoria lecitín, kefalín, sfyngomyelín. Najviac je zastúpený lecitín, ktorý spolu s kefalínom tvorí asi 75 % fosfolipidov.
• Cholesterol
• Karotén a xantofyl je prirodzeným farbivom mliečneho tuku.
• Vitamíny rozpustné v tukoch (A, D, E, K)

Mliečny cukor - laktóza

Mliečny cukor laktóza je najvýznamnejší sacharid mlieka. Je ľahko stráviteľná a je výborným zdrojom energie, ktorá je potrebná pre rast a správne fungovanie organizmu. Laktóza je disacharid zložený z glukózy a galaktózy. Samotná glukóza predstavuje veľmi dôležitú zložku krvi a zároveň slúži aj ako stavebná zložka glykogénu. Galaktóza je nepostrádateľná najmä pri formovaní nervových tkanív a pozitívne ovplyvňuje reguláciu telesnej teploty a reguláciu pohybu čriev. Okrem toho priaznivo vplýva na absorpciu a využitie vápnika v tele, čo má význam pri raste kostí.

Laktóza sa vyskytuje iba v mlieku a to vo forme pravého roztoku. Jej obsah je v normálnom čerstvom mlieku od zdravej dojnice 47 g v 1 litri. Množstvo laktózy je za normálnych podmienok pomerne konštantné, závisí však do značnej miery od zdravotného stavu mliečnej žľazy. Asymetrický charakter prvého uhlíka na glukózovom zvyšku vytvára dve modifikácie laktózy, α- a β- formu. Laktóza sa vyznačuje nízkou sladivosťou. Jej sladivosť je o 4/5 nižšia ako u sacharózy a pritom má vysokú výživnú hodnotu. Z chemickej stránky laktóza otáča rovinu polarizovaného svetla, je redukujúci disacharid a pomerne dobre znáša kyslé prostredie.

Pri teplotách nad 70 °C dochádza k miernemu hnednutiu mlieka, pretože mliečny cukor reaguje s ε-aminoskupinami lyzínu mliečnych bielkovín za tvorby melanoidov. Karamelizácia nastáva pri teplotách vyšších ako 150 °C. Výslednou tvorbou melanoidov tzv. Maillardovou reakciou sa mení nielen farba mlieka na nahnedlú až svetlohnedú, ale aj chuť a ostatné senzorické vlastnosti mlieka. Z biochemických vlastností laktózy je pre mliekarstvo a výrobu všetkých fermentovaných mliečnych výrobkov najdôležitejšia schopnosť (pôsobením kyslomliečnych baktérii) premeny laktózy na kyseliny, a to hlavne na kyselinu mliečnu. Pri tomto tzv. kysnutí mlieka, baktériami mliečneho kysnutia nastáva najskôr hydrolýza laktózy na glukózu a galaktózu. Potom nasleduje premena hexóz na kyselinu mliečnu cez tvorbu kyseliny pyrohroznovej, ktorá sa redukuje na kyselinu mliečnu. Táto premena sa uskutočňuje pri výrobe všetkých kyslomliečnych nápojoch a tiež pri výrobe tvarohov a syrov. Týmto spôsobom je samotná laktóza podstatne lepšie stráviteľná a to aj pre ľudí, ktorí sú intolerantní na laktózu. Fermentáciou laktózy vzniknutá kyselina mliečna výraznou mierou ovplyvňuje nielen chuť mliečnych výrobkov, ale zabezpečuje aj ich trvanlivosť a hlavne nutričné a dietetické vlastnosti týchto kyslomliečnych výrobkov. Pozitívne ovplyvňuje črevnú mikroflóru a zabraňuje rastu hnilobných baktérií. Konzumácia kyslomliečnych výrobkov je obzvlášť odporúčaná pri podávaní antibiotík a to za účelom obnovenia pôvodnej črevnej mikroflóry. Tu majú význam práve probiotické mliečne kultúry. Takéto kyslomliečne výrobky majú vynikajúci zdravotný účinok a sú vhodné pre všetky vekové a zdravotné kategórie.

Mnoho starších ľudí neobľubuje sladké mlieko a dokonca trpí naň averziou práve pre prítomnosť laktózy, ktorá je ako disacharid ťažšie stráviteľná. Je to hlavne pre neprítomnosť enzýmu laktázy v ich zažívacom trakte, ktorý by ju štiepil na jednoduché ľahko stráviteľné cukry. Nedostatok alebo úplná neprítomnosť enzýmu laktázy je známa ako laktózová intolerancia. Naopak sa tento enzým vyskytuje najviac u malých detí a preto sa práve im odporúča piť sladké mlieko. V súčasnosti už mliekarenský priemysel vyrába aj sladké mlieko s prítomnosťou tohto enzýmu - laktázy. Takéto mlieko je už bezproblémové aj pre ľudí s intoleranciou a starších ľudí a je trocha sladšie ako obyčajné mlieko.

Mikrobiológia mlieka

Samotné dojnice prostredníctvom alveol v mliečnej žľaze produkujú mlieko bez mikroorganizmov. Ale už vo vlastnom vemene sa mlieko infikuje (primárna kontaminácia), takže možno pokladať určité množstvo nepatogénnej mikroflóry za fyziologické. Najvýznamnejšiu skupinu týchto mikroorganizmov v mlieku tvoria tzv. mezofilné baktérie mliečneho kysnutia zastúpené kokovitými a paličkovitými formami. Tieto sa delia na homofermentatívne (fermentujú laktózu na kyselinu mliečnu) a heterofermentatívne (okrem kyseliny mliečnej fermentujú laktózu aj na iné zložky napr. na kyselinu maslovú a etanol). Z kokovitých medzi homofermentatívne patrí rod Streptococcus napr. S. thermophilus, ktorý je termofilný, ako aj rod Lactococcuss napr. mezofilné Lc. lactis ssp. lactis, Lc. lactis ssp. cremoris, Lc. lactis ssp. lactis biovar diacetylactis, medzi heterofermentatívne patrí rod Leuconostoc. Paličkovité formy baktérií mliečneho kysnutia sa združujú do rodu Lactobacillus. Z homofermentatívnych baktérii sú v ňom významné termofilné L. bulgaricus, L. acidophilus, L. helveticus a mezofilné L. casei a L. rhamnosus, z heterofermentatívnych mezofilný L. fermentum.

Najväčší podiel mikroorganizmov v mlieku predstavuje sekundárna kontaminácia mlieka pri dojení a ošetrení mlieka a pri skladovaní nedostatočne schladeného mlieka. Odhaduje sa, že pri dojení sa mlieko infikuje desaťkrát viac, ako je fyziologická infekcia vo vemene a ďalšiu desať násobnú infekciu spôsobuje ošetrenie mlieka. Závažná je kontaminácia mlieka mikroorganizmami, ktoré pochádzajú z bežnej nečistoty maštalí. Činnosť týchto mikroorganizmov sa prejavuje nielen v zdravotnej závadnosti, ale aj v technologickom spracovaní mlieka. Nežiaducu mikroflóru mlieka tvoria často prítomné enterobaktérie rodov Escherichia a Enterobacter (Escherichia coli, Enterobacter aerogenes), ďalej sú to baktérie maslového kvasenia (napr. Clostridium butyricum), proteolytické baktérie (Bacillus subtilis, B mycoides). Prítomné môžu byť rôzne kvasinky a kvasinkové mikroorganizmy (napr. rodov Saccharomyces, Candida) a iné mikroorganizmy. Vďaka súčasnej modernej chladiarenskej technike v procese získavania a spracovania mlieka najvýznamnejšiu z týchto skupín tvoria psychrotrófné mikroorganizmy, ktoré sa môžu pomnožovať aj pri nízkych teplotách uskladnenia mlieka, t.j. asi 5°C. Dajú sa síce pasterizáciou ľahko zničiť, avšak produkujú enzýmy lipázy a proteázy, ktoré môžu zapríčiniť chyby chuti mliečnych výrobkov, štiepia zložky mlieka a zachovávajú si svoju aktivitu aj po pasterizácií. Medzi najvýznamnejšie rody spomedzi psychrotrófnych patria napr.: Pseudomonas, Alcaligenes, Flavobacterium, Lactobacillus, Streptococcus, Staphylococcus, Micrococcus a iné.

Mlieko ihneď po nadojení obsahuje niekoľko sto až mnoho tisíc mikroorganizmov v 1 ml, z ktorých 90 % je vonkajšieho pôvodu. Zastúpené sú najmä baktérie, menej kvasinky a vláknité huby, neraz však nechýbajú ani patogénne mikróby, kvôli ktorým sa zaviedla tzv. pasterizácia mlieka.