​​


Maidon kemiaa

Maidosta 87 % on vettä. Maidon muut ainesosat ovat maidossa joko liuenneena tai suspendoituneena.

Maito sisältää muun muassa rasvaa n. 4,3 %, hiilihydraatteja 4,7 %, proteiineja 3,5 % ja kivennäisaineita 0,7 %. Maidossa on myös monia vesi- että rasvaliukoisia vitamiineja.

Maidon koostumuksen vaihteluun vaikuttavat muun muassa lehmärotu, lypsykauden (laktaatiokauden) vaihe, ruokinta, lehmän ikä, ympäristöolot ja lypsyn vaihe.


maidon-kemia.png

​Rasva

Maito sisältää rasvaa noin 4,2g/100g. Rasva on maidossa emulsiotyyppinä öljy vedessä. Maitorasva on triglyseridien seos. Maidon rasva sisältää n. 98 % erilaisia triglyseridejä. Loppu 2 % sisältää diglyseridejä, fosfolipidejä, steroleita, karotenoideja sekä hyvin pieniä määriä vapaita rasvahappoja.

Maidon triglyserideille tyypillistä on, että tyydyttyneiden rasvahappojen osuus on suuri. Maidon rasvahapoista 67% on tyydyttyneitä, 24% kertatyydyttyneitä ja n.3% monityydyttymättömiä rasvahappoja.

Maitorasva sisältää verrattain paljon lyhytketjuisia rasvahappoja, joiden hiiliketjujen pituus on välillä 4-10. Voihappo on tyypillinen lehmän maidossa esiintyvä tyydyttynyt rasvahappo. Tyydyttymättömistä rasvahaposta eniten on öljyhappoa.

Maitorasvan kemialliset ja fysikaaliset ominaisuudet määräytyvät rasvahappokoostumuksen perusteella. Tällaisia ominaisuuksia ovat mm. sulamisalue, kemiallinen reaktiivisuus sekä ravitsemuksellinen arvo. ​

Rasvapalloset

rasvapalloset.png 

Maitorasva on emulgoitunut maitoon rasvapallosina, joiden halkaisija vaihtelee 0,1-20 mikrometriin. Rasvapallosten keskikoko on n. 3 - 4 mikrometriä ja yksi millilitra maitoa sisältää n. 15 biljoonaa rasvapallosta.

Rasvapallosta ympäröivä membraani koostuu fosfolipideistä, lipoproteiineista, kerebrosideista, proteiineista, aminohapoista, entsyymeistä ja hivenaineista. Maitorasvan rasvapalloset ovat maidon suurimpia ja kevyimpiä partikkeleja.

Rasvapallosilla on taipumus kohota pintaan eli kermoutua, kun maito jätetään seisomaan joksikin aika. Rasvapallosten pienestä koosta johtuen kermoutuminen on hidas prosessi. Kerman erottumista nopeuttaa agglutiini -niminen proteiini, joka saa rasvapalloset joukkioitumaan.

Joukkioituneet rasvapalloset voidaan rikkoa kuumennuksella tai mekaanisella säätelyllä. Agglutiini denaturoituu lämpötila-aika yhdistelmissä 65 astetta 10 min, 75 astetta 2 min.

Rasvahapot

rasvahapot.png

Maitorasva sisältää yli 400 erilaista rasvahappoa. Rasvahappojen määrät saattavat vaihdella runsaastikin eri maidoissa. Ominaisuuksiltaan tärkeimpiä rasvahappoja on 12.

Tyydyttyneiden rasvahappojen hiiliketju sisältää vain yksinkertaisia sidoksia. Tärkeimmät maitorasvan tyydyttyneet rasvahapot ovat: voihappo, kapronihappi, kapryylihappo, kapriinihappo, lauriinihappo, myristiinihappo, palmitiinihappo, steariinihappo.

Maitorasvan kiinteys riippuu siitä mitä rasvahappoja se sisältää. Mitä enemmän maitorasvassa on tyydyttyneitä rasvahappoja kuten palmitiini ja steariinihappoa, sitä kovempaa rasva on ja sitä korkeampi on rasvan sulamispiste.

Kertatyydyttymättämien rasvahappojen hiiliketjussa on yksi kaksoissidos. Maidon tavanomaisin kertatyydyttymätön rasvahappo on öljyhappo.

Runsas öljyhapon määrä pehmentää maitorasvan laatua ja alentaa sulamispistettä. Maitorasvan sulamispiste on 32-37 astetta.

Monittydyttymättömien rasvahappojen hiiliketjussa on useita kaksoissidoksia. Tärkeimpiä maidon sisältämiä monityydyttymättömiä rasvahappoja ovat: linolihappo, alfalinolihappo, arakidonihappo.

Lehmien ruokinnalla voidaan vaikuttaa maitorasvan rasvahappokoostumukseen ja siten esimerkiksi rasvan kovuuteen.

Muut maidon rasvat

Mono- ja diglyseridit syntyvät maitoon bakteerien tuottaman lipaasientsyymin irrottaessa glyserolista rasvahappoja. Maidon vanhetessa mono- ja triglyseridien määrä kasvaa, mutta niitä tavataan myös aivan tuoreessa maidossa.

Fosfolipidit ovat moninainen joukko lipidejä, joissa glyserolin yhteen hydroksyyliryhmään on sitoutunut fosfaattiryhmä. Fosfolipidit ovat amfifiilisia molekyylejä eli niillä on hydrofiilinen pää (fosforihappoesteri) ja lipofiilinen pää (rasvahapot). Tämä tarkoittaa, että ne systeemissä, jossa on öljyä ja vettä (keskenään sekoittumattomat) asettuvat aina rajapinnalle niin, että lipofiilinen pää on öljyyn päin ja hydrofiilinen pää veteen päin. Tämän ominaisuuden johdosta fosfolipidit toimivat emulgaattoreina eli edesauttavat vesi-öljyemulsioiden syntymistä ja pysyvyyttä. Tietyissä olosuhteissa, riippuen konsentraatiosta ja lämpötilasta, fosfolipidit voivat spontaanisti muodostaa membraanirakenteita (lamelleja, liposomeja, misellejä). Esimerkiksi maidossa fosfolipidit sijaitsevat rasvapallosten pintakelmussa. Fosfolipidien tehtävä on toimia maidossa emulgaattorina ja pitää maitorasvan emulgoituneena maidon vesiosaan. Fosfolipidit vaikuttavat sidotun veden määrään maitovalmisteissa, joissa rasvan ohella on proteiineja. Fosfolipideille on ominaista herkkä hapettuvuus ja tästä johtuen taipumus pilaantumiseen. Merkittävin maidon fosfolipidi on lesitiini.

Steroleista tärkeimpiä ovat kolesteroli ja ergosteroli. Sterolit ovat rengasrakenteisia hiiltä, vetyä ja happea sisältäviä yhdisteitä, joista yleisin on eläinkunnan kolesteroli. Kolesteroli on rasvan kaltainen aine, joka toimii solukalvojen rakenneosana ja sappihappojen ja eräiden hormonien esiasteena. Kolesteroli ei elimistössä hajoa, vaan se erittyy ohutsuoleen sapen mukana. Ruokavaliosta kolesterolia saadaan ainoastaan eläinkunnan tuotteista. Ergosteroli on steroleihin kuuluva kolesterolin pelkistymistuote, D2-vitamiinin esiaste, joka muuttuu ultraviolettisäteilyn vaikutuksesta ergokalsiferoliksi.

Vapaita rasvahappoja syntyy maitoon lipaasientsyymin aiheuttaman lipolyysin seurauksena. Vapaat rasvahapot aiheuttavat maitoon erilaisia virhemakuja.

Proteiinit


proteiinit.png 

Maidon vesiosa sisältää eri tyyppisiä proteiineja 3-3,5g/100g, joitakin vain pieniä määriä. Proteiinit voidaan luokitella eri tavoin kemiallisten ja fysikaalisten ominaisuuksien tai biologisen tarkoituksen mukaan.

Eräs tapa luokitella maidon proteiinit on jakaa ne kaseiineihin (n. 80 %) ja heraproteiineihin (n. 20%). Maidon proteiineihin kuuluvat myös entsyymit, jotka toimivat biokemiallisissa reaktioissa katalyytteinä.

Tutustu proteiinien rakenteeseen tästä.

Maitoallergian aiheuttavat ihmisen puolustusjärjestelmälle vieraat proteiinit. Maidon proteiineista kaseiinit, beetalaktoglobuliini alfa laktalbumiini ja immunoglobuliinit ovat mahdollisia allergeeneja. Yksittäisen proteiinin allergisoivaa vaikutusta ei ole toistaiseksi voitu osoittaa.

Kaseiinit


kaseiinit.png
​Maidon kokonaismäärästä kaseiinia on n. 2,6 %. Kaseiinia esiintyy vain maidossa. Maidon proteiineista yli 75 % on kaseiinia.

Kaseiini on väriltään puhtaan valkoista. Se on liukenematon veteen, mutta se liukenee emäksiin ja vahvoihin happoihin. Kaseiini on suurimolekyylinen proteiini, joka sisältää kalsiumia, fosforia ja rikkiä.

Kaseiinien päätyyppejä maidossa ovat: alfa-, beeta-, ja kappakaseiini. Kaseiini muodostaa helposti a-, b-, ja k-kaseiinista kalsiumfosfaattisidosten avulla polymeerejä.

Molekyylikomplekseja kutsutaan kaseiinimiselleiksi. Misellit ovat kooltaan 0,4 mikronia ja ne voidaan havaita elektronimikroskoopilla. Kaseiinit muodostavat maidossa ryhmän, joka verkkomaisena sulkee sisäänsä rasvan ja antaa maidolle valkoisen värin. Sienimäisenä aineena kaseiini sitoo hyvin vettä.

Juustoa valmistettaessa kaseiini saostetaan entsyymillä.

Heraproteiinit

Jos kaseiini poistetaan rasvattomasta maidosta esim. saostamalla, jäävät liuokseen jäljelle heraproteiinit. Heraproteiineja maidon proteiineista on n. 20 % ja maidon kokonaismäärästä 0,5  %.

Heraproteiinit ovat vesiliukoisia ja pallomaisia. Ne eivät juoksetu, vaan jäävät juustonvalmistuksen yhteydessä heraan, josta ne voidaan saostaa karboksimetyyliselluloosan avulla tai kuumentamalla maito 70-80 asteeseen.

Kun maitoa kuumennetaan, esim pastöroinnissa heraproteiinit muodostavat kaseiinien kanssa komplekseja, jotka heikentävät maidon juoksettumis- ja kalsiuminsidontakykyä.

Merkittävimpiä heraproteiineja ovat vain märehtijöiden maidossa esiintyvä beetalaktoglobuliini, laktoosin synteesissä muodostuva alfalaktalbumiini, erityisesti ternimaidossa esiintyvät immunoglobuliinit ja seerumialbumiini.

Entsyymit

Entsyymit ovat valkuaisaineita, jotka toimivat biokemiallisissa reaktioissa katalyyttinä. Katalyytti nopeuttaa kemiallista reaktiota kulumatta itse reaktion aikana.

Jokaisella entsyymillä on oma spesifinen vaikutusmekanisminsa ja entsyymit vaikuttavat vain tiettyyn reaktioon. Entsyymit ovat substraattispesifisiä.

Erilaisia entsyymejä maidosta on löydetty n.50. Maidossa olevat entsyymit ovat joko maidon luontaisia entsyymejä tai bakteeriperäisiä. Entsyymit vaikuttavat maidon hajuun, makuun ja säilyvyyteen. Pastöroinnilla voidaan tehokkaasti eliminoida osa maitoa pilaavista entsyymeistä.

Maidon tärkeimmät luontaiset entsyymit ovat peroksidaasi, katalaasi, fosfataasi, lipaasi ja proteinaasi.

Lisää perustietoa entsyymeistä löydät Oulun yliopiston sivuilta sekä Helsingin yliopiston opetuspaketista.

Maidon tärkeimmät entsyymit

Maidosta on löydetty yli 50 entsyymin aktiivisuus, joista seuraavassa tärkeimmät.

Laktoperoksidaasin tehtävänä on siirtää happea vetyperoksidista helposti hapettuvaan parafenyleenidiamiiniin. Peroksidaasientsyymiä hyödynnetään pastöroinnin onnistumisen valvonnassa. Kun tiedetään, että peroksidaasientsyymi tuhoutuu lämpötila-aikayhdistelmässä 84C 16 sekuntia, voidaan pastöroinnin onnistuminen todentaa osoittamalla ettei pastöroitu kerma sisällä peroksidaasientsyymiä.

Fosfataasi hajottaa tiettyjä fosforihappoestereitä fosforihapoksi ja alkoholiksi. Fosfataasi tuhoutuu lämpötila-aikayhdistelmässä 72 astetta 16 sekuntia. Fosfataasikokeella voidaan tarkistaa matalapastöroinnin tehokkuus.

Lipoproteiinilipaasi hajottaa rasvan glyseroliksi ja rasvahapoiksi. Vapaat rasvahapot aiheuttavat maitoon härskin maun. Lipaasientsyymi inaktivoituu osittain matalapastöroinnissa. Lipaasientsyymin erittymiseen vaikuttavat useat eri tekijät, kuten esimerkiksi maidontuotantovaihe, vuodenaika, ruokinta ja maitotuotos.

Katalaasi. Elävissä soluissa syntyy kemiallisten reaktioiden sivutuotteena vetyperoksidia. Aine on haitallinen, joten solun täytyy hajottaa se mahdollisimman nopeasti. Tämä tapahtuu katalaasi-entsyymin avulla. Hajotustyön tuloksena syntyy vettä ja happea. Ilmiötä hyödynnetään bakteerien tunnistuksessa, sillä eri bakteerisuvut ja jopa heimot eroavat katalaasin tuoton suhteen. Maitohappobakteerit ovat katalaasinegatiivisia.

Hiilihydraatit

Maidon pääasiallinen hiilihydraatti on laktoosi eli maitosokeri. Sitä on maidossa 4,7-4,7 g/100g Laktoosi on disakkaridi, galaktoosista ja glukoosista koostunut sokeri. Laktoosi ei maistu yhtä makealta kuin tavallinen sokeri, eli sakkaroosi. Laktoosia on vain maidossa. Maito sisältää myös muita hiilihydraatteja, mutta laktoosia huomattavasti pienempiä määriä.

Suomessa 17% prosentilla väestöstä suolisto ei tuota riittävästi maidon sokeria eli laktoosia hajottavaa entsyymiä. Tällöin laktoosi ei pääse imeytymään suolistosta. Tätä kutsutaan laktoosin imeytymishäiriöksi eli laktoosi-intoleranssiksi. Tuotteista laktoosi voidaan poistaa suodattamalla tai hajottaa entsyymin avulla

Lisätietoa laktoosi-intoleranssista löydät Maa- ja elintarviketalouden tutkimuskeskuksen sivuilta.

Vitamiinit

Vitamiinit ovat aineenvaihdunnan kannalta välttämättömiä orgaanisia yhdisteitä, joita elimistö ei pysty itse valmistamaan riittävästi ja joita on siitä syystä saatava ravinnon mukana. Vitamiinit toimivat aineenvaihdunnassa tarvittavien entsyymien rakenneosina eli koentsyymeinä.

Maidossa on huomattava määrä A-vitamiinia ja sen esiastetta beetakaroteenia. Maidossa on useita B-ryhmän vitamiineja, mutta C-,D-,E- ja K vitamiinin pitoisuudet ovat pieniä. Maidon vitamiineista rasvaliukoiset A, D, E, ja K vitamiini esiintyvät maidon rasvaosassa ja vesiliukoiset vesiosassa.

Kivennäis- ja hivenaineet

Maito sisältää kivennäisaineita 0,7g/100g. Maidon sisältämiä kivennäisaineita ovat kalsium, magnesium, fosfori, natrium, kalium, kloori ja rikki. Maidossa kivennäisaineet ovat ioneina, liuoksissa olevina ioniyhdisteinä ja proteiineihin sitoutuneina ioniyhdisteinä. Maidon kivennäisaineista eniten on kalsiumia 120 mg/100g. 

Takaisin ylös