Homogenizacja i właściwości zdrowotne mleka

Mleko jest naturalną wydzieliną z gruczołów mlecznych samic wszystkich ssaków, która stanowi pokarm dla nowonarodzonego potomstwa. W pierwszym okresie życia jest niezbędne do zapewnienia prawidłowego rozwoju organizmu poza ciałem matki. Do jego szczególnych właściwości wyróżniamy wpływ na układ immunologiczny. Chroni młody organizm przed infekcjami i pomaga zwalczać pojawiające się infekcje i stanowi element w procesie dojrzewania układu pokarmowego. Dzięki swoim właściwościom, ułatwia przyswajanie oraz trawienie innych składników odżywczych.

Czym jest mleko?

Mianem surowego mleka nazywamy produkt naturalnie uzyskany w wyniku procesu dojenia zwierząt mlecznych, które nie podlega żadnym modyfikacjom.  Mleko jest mieszaniną różnych składników, które tworzą wodny roztwór – laktozy i soli mineralnych, koloidalny – kazeiny i fosforanów oraz składników tłuszczowych, czyli emulsji. Mleko składa się z  87,6% wody,  12,4% suchej masy, 5,7% suchej masy beztłuszczowej, 4,8% laktozy, w 3,5% tłuszczu, 3,2% białka oraz składników popielnych 0,7%.

Wartości odżywcze mleka

Mleko uważane jest za bogate źródło mikroelementów i makroelementów. Jest produktem w 100% jadalnym i strawnym przez ludzki organizm.

Laktoza

Podstawowym cukrem mlecznym jest laktoza. Laktoza zbudowana jest z galaktozy i glukozy. Pod tą postacią jest jedynym źródłem galaktozy dla człowieka. Galaktoza pełni rolę budulcową w centralnym układzie nerwowym. Jest potrzebna w procesie prawidłowego rozwoju systemu nerwowego.

W przewodzie pokarmowym laktoza bardzo łatwo ulega przemianom w procesie fermentacji mlekowej i przekształca się w kwas mlekowy. Kwas mlekowy stymuluje rozwój prawidłowej flory bakteryjnej jelit. Ma to ogromne znaczenie w przypadku osób leczonych antybiotykami, bądź objętymi chemioterapią. Dodatkowo zwiększa produkcję kolagenu, odporność organizmu oraz przyspiesza przemianę materii. W przewodzie pokarmowym laktoza zwiększa resorpcję makroelementów (magnezu, wapnia i fosforu) i zapobiega osteoporozie u osób starszych.  Dzięki wysokiej zawartości laktozy w suchej masie mleka, pokarm kobiecy ma silne działanie przeciwkrzywicze  u dzieci.

Białko

Mleko uważane jest za produkt o wysokiej zawartości białka. Zawartość białka w 1 litrze mleka odpowiada 5 jajkom czy też 140g mięsa lub ryby. Białko odpowiada za podatność produktu do przerobu i wartości odżywczej. Mleko zawiera około 30 rodzajów białek, które są częścią frakcji kazeinowej, serwatki oraz frakcji tłuszczowej. Łącznie stanowią średnio około od 30 g do 35 g 1 litra mleka.

Do białkowych związków występujących w mleku zaliczamy białka kazeinowe (tworzą skrzep białkowy) oraz białka serwatkowe (serwatka). Kazeina to złożone białko, zawierające jony wapniowe oraz fosforanowe. Składa się z  frakcji: alfa- 55%, beta – 25%, kappa – 15% oraz gamma – 5%.

Synteza białka odbywa się dzięki aminokwasom dostarczanym z krwi. Dzięki wysokiej zawartości aminokwasów, mleko ma dużą wartość odżywczą. Wśród białek serwatkowych wyróżniamy: beta-laktoglobulinę, alfa-laktoglobulinę, immunoglobuliny, laktoferynę, laktoperoksydazę, lizozym, albumię serum oraz kwas orotowy. Poniższa tabela przedstawia właściwości prozdrowotne białek.

Właściwości prozodrowotne białek

Tłuszcz

Tłuszcz mleka występuje pod postacią emulsji, czyli drobnych kuleczek. Dzięki jego stopniu dyspersji (ujednoliceniu), może być swobodnie wchłaniany z układu pokarmowego. Ich wielkość podaje się od 0,1 do 30μm. Są to przede wszystkim tłuszcze proste, które stanowią 98% frakcji.

Inne składniki

Pozostałe składniki to: karotenoidy, fosfolipidy, cholesterol oraz witaminy rozpuszczalne w tłuszczach A, D, E i K. Mleko jest produktem o wysokiej zawartości nienasyconych kwasów tłuszczowych (kwasu oleinowego), co czyni go łatwostrawnym. Faktyczna strawność tłuszczu mlecznego podaje się na 97-99%. Przeważającym fosfolipidem jest lecytyna. Lecytyna jest składnikiem błon komórkowych tkanki mózgowej.  Badania nad tłuszczami mlecznymi pokazują, że wykazują one właściwości przeciwnowotworowe, przeciwmiażdżycowe, antybakteryjne i przeciwzapalne. Obniżają ciśnienie krwi i hamują rozwój choroby Alzheimera.

Składniki mineralne

Mleko jest bogatym źródłem składników mineralnych, które pozwalają organizmowi na optymalne wchłanianie ich do krwiobiegu. Podaje się, że jedna szklanka 250ml mleka krowiego dostarcza około 300 mg wapnia, 250 mg fosforu, 380 mg potasu, 32 mg magnezu i 0,9 mg żelaza.

Wapń w mleku

Mleko uważane jest za bogate źródło wapnia. Wapń bierze udział w tworzeniu układu kostno-stawowego, odpowiada za pobudliwość układu nerwowego oraz mięśniowego. Jony wapnia biorą udział w procesie krzepliwości krwi i inicjują krzepnięcie. Mleko bogate jest w witaminy z grupy D, które poprawiają wchłanianie wapnia, przez co wpływają na stan budowy kości. Jest to znaczący czynnik w walce z osteoporozą. Wapń wpływa na pracę mięśnia sercowego i reguluje przewodnictwo impulsów nerwowych. Jego rola w układzie pokarmowym polega na produkcji enzymów i hormonów regulujących trawienie.

Fosfor

Fosfor w mleku występuje pod postacią fosforanów wapnia, potasu i magnezu. Jest niezbędny do prawidłowego funkcjonowania, ponieważ bierze udział we wszystkich procesach zachodzących w organizmie. Jest odpowiedzialny za właściwą pracę mózgu, spalanie cukrów, pracę serca, a przede wszystkim jest częścią łańcuchów RNA i DNA.

Magnez

Mleko ma wysoką zawartość magnezu, który występuje pod postacią fosforanów i cytrynianów oraz wolnych jonów tego pierwiastka. Odpowiada on głównie za stabilność termiczną mleka. Wykazuje szereg właściwości prozdrowotnych, m.in. bierze udział w procesie regeneracji skurczy mięśnia sercowego i przewodnictwie bodźców nerwowych, syntezie kwasów nukleinowych RNAi DNA i jest niezbędny w metabolizmie witaminy C. Magnez wzmacnia odporność organizmu i bierze udział w wytwarzaniu hormonu – insuliny.

Witaminy rozpuszczalne w wodzie

Do grupy tych witamin zaliczamy witaminy grupy B i witaminę C (kwas askorbinowy). Witamina C wykazuje silne właściwości antyoksydacyjne i przeciwnowotworowe. Zwiększa proces detoksykacji i usuwa zorganizmu metale ciężkie. Działa przeciwmiażdżycowo i ochronnie na układ krwionośny.

Witaminy z grupy B biorą czynny udział w procesie syntezy i rozkładu tłuszczy, białek i węglowodanów. Stanowią niezbędny element w przemianie materii.

Homogenizacja        

Dzięki tradycyjnym metodom utrwalania żywności, przydatność produktów do spożycia wydłuża się dzięki eliminacji drobnoustrojów i dezaktywacji enzymów.

Niestety, pasteryzacja i sterylizacja obniża wartość odżywczą i powoduje zmiany sensoryczne produktu. W przyszłościowej perspektywie współczesna technologia żywności ma za zadanie zmniejszenie lub całkowitą eliminację ciepła i podgrzewania produktów.

Coraz częściej wykorzystuje się czynniki promieniowania mikrofalowego, jonizującego czy też wysokiego ciśnienia. Jedną z najpopularniejszych technik nietermicznych, która pomija czynnik cieplny jest metoda wysokiego ciśnienia hydrostatycznego (HHP – HighHydrostatic Pressure).

Metoda ta jest bardzo kosztowna ze względu na wysokość wykorzystywanego ciśnienia (ok.600MPa). Alternatywą  jest dodatkowe użycie dwutlenku węgla w stanie nadkrytycznym (HPCD – High Pressure Carbon Dioxide) oraz homogenizacja wysokociśnieniowa (HPH – High Pressure Homogenization).  Obie te techniki obniżają koszt użytkowania ze względu na inne rozwiązania produkcyjne oraz niższe wartości ciśnienia.

Homogenizacja wysokociśnieniowa

Homogenizacja wysokociśnieniowa należy do nietermicznych, wyjątkowo przeznaczona do obróbki produktów płynnych. Charakteryzuje ją ciągła praca urządzeń i duża wydajność produkcji w przemyśle. Dzięki niej następuje eliminacja szkodliwych drobnoustrojów oraz dezaktywacja enzymów. Metoda ta wykorzystuje ciśnienie w zakresie od 100 do 400 MPa, czyli około pięć razy większe niż w tradycyjnej homogenizacji (20-50 MPa).

(Marszałek K., Skąpska S., Szczepańska J., Homogenizacja wysokociśnieniowa w przemyśle spożywczym., Technika. Technologia., 2018, 72, 28-30)

Na czym polega homogenizacja?

Zasada działania homogenizacji wysokociśnieniowej polega na procesie stabilizacji emulsji, czyli drobnych kuleczek tłuszczu mlecznego. Centralnym elementem homogenizatora jest pompa generująca wysokie ciśnienie wraz z zaworem. Zawór stanowi najważniejszy element maszyny. Substancja przetłaczana jest pod wpływem wysokiego ciśnienia przez szczelinę zaworu. Szczelina mierzy od kilku do kilkunastu mikrometrów i jej rolą jest rozdrobienie substancji do rozmiarów submikronowych.

Prędkość przepływu charakteryzuje się zmniejszoną prędkością przy ścianie zaworu, a większa w centrum strumienia cieczy. Występujące w maszynie siły ścinające wraz ze zjawiskiem kawitacji i turbulencji, doprowadzają do zmian właściwości cieczy. Elementem koniecznym przy zastosowaniu tej metody jest stosowanie systemów chłodzących. Maszyna generuje ciepło odpowiadające każdemu 10MPa od 1,5 ^oC do 3^oC. Zabieg ten pozwala na ominięcie efektu termicznego.

Wydajność homogenizatora zależy od budowy zaworu, jego kształtu, średnicy, także właściwości fizykochemicznych substancji (lepkości oraz gęstości) oraz parametrów procesu HPH (ciśnienia, temperatury i liczby cykli).

Cel homogenizacji i wpływ na właściwości fizykochemiczne produktu

W przemyśle spożywczym metoda homogenizacji utrwala płynne produkty alkoholowe, mleczne lub owocowo-warzywne. Pod wpływem działania sił, cząsteczki emulsji (tłuszczu) zostają rozdrobnione. Podział ten skutkuje jednolitą  i gładką konsystencją produktu. W obróbce produktów mlecznych metoda homogenizacji wpływa także na obniżenie wielkości cząsteczek tłuszczu oraz ułatwia przyswajalność białek mlecznych.

Zmianie nie ulega profil aminokwasów produktu. Nie ulega zmniejszeniu ilość laktulozy i furozyny. Oba te składniki są naturalnymi wskaźnikami procesu obróbki termicznej produktu mlecznego. Pod wpływem homogenizacji wysokociśnieniowej śmietanka zyskuje większe zdolności do zabielania, a jogurty i sery mają mniejszy stopień oddzielenia się serwatki.

Wpływ homogenizacji na mikroorganizmy

Dokładny mechanizm działania na drobnoustrojenie nie został do końca wyjaśniony. Istnieje teza, że występujące w zaworze zjawiska sił ścinających, turbulencji i kawitacji, odpowiadają za uszkodzenie struktur budowy komórek mikroorganizmów. Skuteczność tego procesu wzrasta wraz ze wzrostem temperatury i ciśnienia. Im więcej cykli homogenizujących, tym większa skuteczność w walce z drobnoustrojami. Znaczna redukcja ich ilości nie jest możliwa po zakończeniu jednego cyklu pracy homogenizatora.

Aktywność enzymów

Badania nad skutecznością mechanizmu homogenizatora wykazały, że wraz ze wzrostem ciśnienia, wzrasta skuteczność inaktywacji enzymów.

Składniki bioaktywne

Ze względu na zastosowanie niskiej temperatury i pominięcie efektu termicznego, produkty poddane homogenizacji wysokociśnieniowej zachowują swoją zawartość składników odżywczych.

Bibliografia:

1. Marszałek K., Skąpska S., Szczepańska J., Homogenizacja wysokociśnieniowa w przemyśle spożywczym., Technika. Technologia., 2018, 72, 28-30.
2. Kuczyńska B., Nałęcz-Tarwacka T., Bioaktywne składniki jako wyznacznik jakości prozdrowotnej mleka, Medycyna Rodzinna, 2013, 1, 11-18.
3. Bonczar G., Domagała J., Maciejowiski K., Najgebauer-Lejko D., Sady M., Walczycka M., Wszołek M., Wpływ pasteryzacji i homogenizacji mleka na zawartość cholesterolu w miękkich serach podpuszczkowych typu bundz, Żywność. Nauka. Technologia. Jakość,., 2015, 5, 102, 73-86.
4. Brodziak A., Król J., Litwińczuk A., Podstawowy skład chemiczny i zawartość wybranych białek serwatkowych w mleku krów różnych ras i w serwatce podpuszczkowej, Żywność. Nauka. Technologia.Jakość., 2011, 4, 77, 74-83.
5. Rutkowska E., Rutkowska J., Stołyhwo A.,Tambor K., Charakterystyka prozdrowotnych kwasów tłuszczowych tłuszczu mlecznego, Probl Hig Epidemiol, 2015, 96, 2, 377-386.
6. http://pracowniaserow.pl/mleko-krowie/ wejście 23.11.2018r