На данный день в России коровье молоко в большей степени получают от поголовья, вскормленного выпасным способом, на что безусловно влияют климатические особенности региона. Все используемые земли под выпас и заготовку сырья находятся в климатических поясах с явно выраженными сезонами года. Влияние времени года, на жирно-кислотный состав, а именно — состава корма и стадии лактации, является интересным вопросом к постоянному и непрерывному изучению для конкретных регионов.
Целью данной работы является выявление изменений жирно-кислотного состава молока от времени года.
Существует два пути образования жирных кислот (ЖК) молока: «de novo» превращение и метаболический синтез (из корма, из запасов организма животного). Короткоцепочечные жирные кислоты (ЖК) синтезируются «de novo» в молочной железе из субстратов обмена веществ (ацетата и бета-гидроксибутирата). Длинноцепочечные ЖК поступают в организм животного вместе с кормом, либо мобилизуются напрямую из жирового депо тела коровы. Среденецепочечные ЖК могут образовываться как первым, так и вторым способом. В целом, около 50 % ЖК в молоке синтезируются в молочной железе, остальные образуются путем метаболического синтеза непосредственно из крови [1].
Синтез молочного жира осуществляется в две стадии: образование ЖК и глицерина, и синтез триглицеридов [2].
В молочную железу в составе липидов крови поступает около половины всех ЖК, участвующих в синтезе молочного жира. Причем, из липидов крови образуются главным образом высокомолекулярные ЖК (от С18 и выше, частично С16). Другая часть жирных кислот (от С4 до С14, частично С16) синтезируется в тканях молочной железы из низкомолекулярных предшественников: летучих ЖК (в основном — 92–95 % из уксусной и частично из масляной). Высокомолекулярные ЖК, образовавшиеся при гидролизе триглицеридов крови, поглощаются железой, а затем подвергаются превращениям в самой железе.
Механизм изменения ЖК состава молока от времени года зависит напрямую от рациона (а именно, жирно-кислотного состава потребляемой пищи) и стадии лактации (а именно, запуска синтеза жира из резервов организма первые 4–6 недель после отела). Сам механизм — это сущность биохимического процесса образования ЖК путем преобразования насыщенных в ненасыщенные посредством специфических агентов, участвующих в реакциях дегидрирования; путем синтеза в тканях молочной железы из низкомолекулярных предшественников; путем прямого попадания из корма; путем высвобождения из жировых запасов при негативном энергетическом балансе.
Для определения зависимости жирно-кислотного состава от времени года проводился анализ молока сырого коровьего, полученного от животных в зимние и летние месяцы, методом газовой хроматографии согласно ГОСТ 32915-2014 «Молоко и молочная продукция. Определение жирно-кислотного состава жировой фазы методом газовой хроматографии» [3].
Сезонная динамика массовых долей 16 жирных кислот молочного жира в сравнении с нормативными показателями представлена в таблице 1.
Название ЖК | Массовая доля ЖК в молочном жире по ГОСТ [4], % от суммы ЖК | Массовая доля ЖК в зимних образцах, % от суммы ЖК | Массовая доля ЖК в летних образцах, % от суммы ЖК |
НЖК | 46,86-77,28 | 59,65 | 57,44 |
масляная | 2,4-4,2 | 2,32±0,4 | 1,81±0,4 |
капроновая | 1,5-3,0 | 1,56±0,4 | 1,15±0,4 |
каприловая | 1,0-2,0 | 0,95±0,4 | 0,71±0,4 |
каприновая | 2,0-3,8 | 2,03±0,4 | 1,57±0,4 |
лауриновая | 2,0-4,4 | 2,37±0,4 | 2,02±0,4 |
миристиновая | 8,0-13,0 | 9,02±2,2 | 8,64±2,2 |
пальмитиновая | 21,0-33,0 | 27,16±2,2 | 26,98±2,2 |
стеариновая | 9,0-13,5 | 13,96±2,2 | 14,3±2,2 |
арахиновая | До 0,3 | 0,22±0,4 | 0,23±0,4 |
бегеновая | До 0,1 | 0,06±0,4 | 0,05±0,4 |
МНЖК | 22,3-36,3 | 29,85 | 31,35 |
деценовая | 0,2-0,4 | 0,21±0,4 | 0,16±0,4 |
миристолеиновая | 0,6-1,5 | 0,69±0,4 | 0,63±0,4 |
пальмитолеиновая | 1,5-2,4 | 1,28±0,4 | 1,41±0,4 |
олеиновая | 20,0-32,0 | 27,59±2,2 | 29,12±2,2 |
ПНЖК | 2,2-6,05 | 2,86±0,4 | 2,71±0,4 |
линолевая | 2,2-5,5 | 2,34±0,4 | 2,06±0,4 |
линоленовая | До 1,05 | 0,51±0,4 | 0,66±0,4 |
Как видно из таблицы 1 в зимний период количество насыщенных ЖК составляет 59,65 %, что на 2,21 % превышает показатели летнего периода (57,44 %).
На основании полученных экспериментальных данных была построена диаграмма соотношения (рисунок 1), отражающая не сами массовые доли (значения) ЖК молока сырого коровьего в зимних и летних образцах, а их соотношение (НЖК:МНЖК:ПНЖК), исходя из 100 %.
По литературным данным [5], в составе триглицеридов молочного жира преобладают насыщенные ЖК (от 58 до 77 %), достигая максимума в осенне-зимний (стойловый) период и минимума в весенне-летний (пастбищный) период, наибольшая массовая доля при этом принадлежит пальмитиновой, миристиновой и стеариновой ЖК.
По литературным данным [5], в составе триглицеридов молочного жира преобладают насыщенные ЖК (от 58 до 77 %), достигая максимума в осенне-зимний (стойловый) период и минимума в весенне-летний (пастбищный) период, наибольшая массовая доля при этом принадлежит пальмитиновой, миристиновой и стеариновой ЖК.
Полученные экспериментальные данные (рис. 1) согласуются с литературными. В зимний период доля насыщенных ЖК выше и достигает 65 %, а доля мононенасыщенных ЖК ниже — 32 %, а в летний период происходит перераспределение 2 % ЖК и составляет 63 % по насыщенным ЖК, и 34 % по мононенасыщенным ЖК.
На основании полученных экспериментальных данных жирно-кислотного состава молока была также проведена сравнительная оценка содержания ЖК с различной длиной цепи в сыром молоке в разные сезоны года. Соотношение значений массовых долей ЖК в образцах в зимний и летний периоды представлено на рисунке 2.
С точки зрения длины углеродной цепи обнаружено, что своих максимальных значений зимой достигают коротко- и среднецепочечные, а летом — длинноцепочечные ЖК [6].
Для получения наглядного представления полученных экспериментальных данных жирно-кислотного состава молока в зимний и летний периоды данные были обработаны с вычислением отклонения значений массовых долей ЖК в зимних образцах по отношению к летним. Результаты представлены на рисунке 3.
Как видно из рисунка 3 отклонения значений в зимний период от летнего составляют для масляной 0,51 %, капроновой — 0,41 %, каприловой — 0,24 %, каприновой — 0,46 %, лауриновой — 0,35 %, миристиновой — 0,38 %. И только у четырех ЖК: стеариновой, пальмитолеиновой, олеиновой и линоленовой, массовая доля в летний период выше, чем в зимний.
На основании полученных экспериментальных данных был проведен анализ по месяцам года четырех низкомолекулярных ЖК, характерных исключительно для молочного жира (рис. 4). Каприловая и каприновая кислоты совместно с масляной и капроновой определяют органолептические характеристики и качество любого молочного продукта.
Согласно литературным данным масляная и капроновая ЖК в молочном жире в зависимости от сезонности не меняют своих значений [7]. По нашим же данным, полученные результаты имеют сезонные отклонения, а именно, в летний период количество масляной кислоты на 30 % ниже, чем в зимний период, а капроновой — на 36 %.
По литературным данным содержание каприловой и каприновой ЖК, также определяющие органолептические показатели молока, имеют минимальные значения в сентябре, а максимальные — в конце весны, что обусловлено изменением рациона кормления при переходе на летние зеленые корма, богатые минералами [8]. По нашим данным содержание каприловой кислоты в летний период снижается до 0,71 %, что ниже зимних, и даже нормативных параметров. Это может быть связано с тем, что в зимний период на фермерском хозяйстве вводят много готовых минеральных добавок, а летом исключают их полностью из рациона.
На основании полученных экспериментальных данных жирно-кислотного состава молока была проведена сравнительная оценка содержания среднецепочечных НЖК, таких как пальмитиновая, стеариновая и миристиновая кислоты в сыром молоке в разные месяцы (рис. 5).
Как видно из рисунка 5 содержание пальмитиновой, миристиновой в зимний период выше, чем в летний. Снижение массовой доли пальмитиновой и миристиновой кислот в летний период напрямую связано с питанием крупного рогатого скота, а именно, с переходом на зеленые травы и силоса, содержащие большое количество ненасыщенных ЖК.
Экспериментальные данные (рис. 5) показывают, что в один и тот же период (с декабря по март) происходит перераспределение количественного содержания насыщенных ЖК пальмитиновой и стеариновой. Это может быть связано в зимний период с преобразованием пальмитиновой кислоты в жировой ткани посредством элонгации до стеариновой, высвобождением стеариновой из жирового депо и в дальнейшем, с током крови попаданием в молочную железу.
В ходе проделанной работы были выявлены изменения жирно-кислотного состава молока коровьего в зависимости от времени года. Зафиксированы изменения и даже отклонения от нормативных показателей. Полученная информация дает не только представление о составе сырья в разные месяцы года, а позволяет выбирать наиболее эффективное направление промышленной переработки молока-сырца.
Исследование проведено с использованием ресурсов Центра коллективного пользования научным оборудованием ИГХТУ (при поддержке Минобрнауки России, соглашение № 075-15-2021-671).