חלב ומרכיביו איסוף נתונים

חלב ומרכיביו איסוף נתונים

חלב, המוצר הסופי

מבוא

חלב הוא נוזל הנוצר בבלוטות החלב של נקבות היונקים ומיועד להזנת הוולדות.

בימים הראשונים לאחר הלידה למעשה אין לאישה עדיין חלב אלא "קולוסטרום" זהו נוזל מרוכז מאוד בצבע צהבהב. הקולוסטרום מכיל כמות עצומה של מכיל תאי דם לבנים ונוגדנים, המספקים הגנה לתינוק מפני זיהומים.

החלב נוצר מספר ימים לאחר מכן, האדם הוא בעל החיים היחידי הצורך חלב לאחר הינקות ומשתמש בחלב בע"ח אחרים לשם כך.

היסטוריה של החלב

התיעוד הראשון של צריכת חלב בעלי חיים בידי אדם הוא משנת 3,000 לפני הספירה - פסיפס שנמצא באזור נהר הפרת.

החלב מוזכר לא מעט פעמים בתנ"ך.

פגשנו את החלב בסיפור אברהם ושלושת המלאכים:

"ויקח חמאה וחלב ובן הבקר אשר עשה ויתן לפניהם והוא עמד עליהם תחת העץ ויאכלו" (בראשית יח' 8)

כמובן בסיפור יעל וסיסרא:

"מַיִם שָׁאַל חָלָב נָתָנָה, בְּסֵפֶל אַדִּירִים הִקְרִיבָה חֶמְאָה" (שופטים ה' 25)

ואפילו בארץ המובטחת הכינוי של "ארץ זבת חלב ודבש" מופיע מספר רב של פעמים.

היבטים פיסיקליים של החלב

סוגי חלקיקים

כ 87% מהחלב הוא מים. ניתן למיין את המרכיבים האחרים לפי גודל החלקיקים שלהם:

גודל החלקיקים בחלב

סוג החלקיקים	קוטר החלקיקים (nm)
יוניים	0.01-1
מולקולרים	0.1-1
קולואידים	1-100
אמולסיה	50-100

בחלב כאמור ניתן למצוא את כל סוגי החלקיקים.

נקודת קיפאון

נקודת הקיפאון נקבעת לפי ריכוז המומסים.

בתעשיות החלב, נקודת הקיפאון של החלב משמשת בעיקר כדי לקבוע האם הוספו מים לחלב. אבל, היא גם יכולה לשמש לקביעת תכולת הלקטוז, או לאמוד את תכולת מי הגבינה. נקודת הקיפאון נעה בטווח 0.512- 0.550 - מעלות C^o

כשהממוצע הוא -0.522° C. עליה של נק' הקיפאון יכולה להגרם בגלל תזונה רוויה בנוזלים. חלב זו תמיסה שהיא איזו-אוסמוטית עם הדם (תמיסה בעלת לחץ אוסמוטי זהה ללחץ האוסמוטי של הדם). למרות האמור לעיל, הסיבות העיקריות לתוספת מים שלא במזיד הן מי שטיפה והצטברות מים במערכת שאיבת החלב.

בטמפ' החדר השומנים הם מוצקים, לכן, נכון להתייחס אליהם כאל שומן ולא כאל שמן (שהוא נוזלי בטמפ' החדר). נקודת ההתכה של של הטריגליצרידים נעה מ 75- (tributyric glycerol) ועד ל 72 (tristearin).

נקודת ההתכה הסופית של שומני החלב היא 37 מעלות מכיוון שהטריגליצרידים בעלי נק' ההתכה הגבוהה מומסים בשומן הנוזלי. נק' ההתכה הזו היא משמעותית מכיוון שטמפ' הגוף של הפרה היא 38.3–39.4 °C והחלב צריך להיות נוזלי בטמפ' הזאת.

התגבשות של שומני החלב קובעת את היציבות הפיסיקלית של הגלובולות השומניות ואת הצפיפות של מוצרי חלב בעלי אחוז שומן גבוה.

צמיגות

היא התנגדות הזורם לעיבור (שינוי צורה) תחת מאמץ גזירה. הצמיגות נתפסת לעתים קרובות כסמיכות, או התנגדות למזיגה. הצמיגות מתארת את התנגדותו הפנימית של הזורם לזרימה, וניתן לחשוב עליה כעל מידה של חיכוך.

הצמיגות חשובה לקביעת:

• קצב ההקרמה של החלב
• קצב מעברי חום ומסה
• תנאי הזרימה בתהליכי המחלבה

חלב (מלבד חלב גולמי קר) מציג התנהגיות ניוטונית: כאשר מופעל מאמץ גזירה על זורם, הזורם זורם, וממשיך לזרום כל עוד מופעל המאמץ. כאשר מפסיקים להפעיל את המאמץ, בדרך כלל שוככת הזרימה עקב דעיכה של אנרגיה – האנרגיה הקינטית הופכת לחום. ככל שהזורם צמיג יותר, כך גדולה יותר התנגדותו למאמץ הגזירה, וכך מהירה יותר דעיכת הזרימה.

הצמיגות תלויה ב:

• טמפרטורה
  • קירור מגדיל את הצמיגות כתוצאה מריבוי קזאין
  • טמפרטורה גבוהה מ 65 מעלות מגדילה את הצמיגות בגלל דהנטורציה של מי הגבינה.
• שינוי ה PH גורם ליותר חלקיקי קזאין
• ניעור (שיקשוק) יכול לגרום להתקבצות חלקית של גלובוליני שומן שמגדילים את הצמיגות.

צפיפות

צפיפות, המסה של כמות מסויימת של חומרים יחסית לנפח.

הצפיפות של החלב ומוצריו משמשת לחישובים הבאים:

• הפיכת נפח למסה (והפוך)
• הערכת התכולה המוצקה
• חישוב תכונות פיסיקליות נוספות (לדוגמה לחישוב צמיגות)

הצפיפות תלויה ב:

• טמפרטורה בזמן המדידה
• היסטוריית הטמפרטורות של החלב
• הרכב החומרים (במיוחד תכולת השומן)
• כמות האוויר הכלואה בחלב.

הצפיפות של החלב הגולמי נעה בין 1.022 - 1.035 (ק"ג/ליטר), אך ניתן להציג צפיפות של סוגי חלב שונים. לדוגמה:

צפיפות החלב

מהטבלה ניתן לראות כי הצפיפות יורדת עם עליית הטמפרטורה. ושהצפיפות מושפעת מאחוז השומן בחלב או במוצריו. ככל שיש יותר שומן במוצר הצפיפות נמוכה יותר.

תכונות אופטיות

התכונות האופטיות קובעות את המראה של החלב ותוצריו. פיזור האור ע"י הגלובולות השומניות וחלקיקי (מיצ'לות) הקזאין הגורמים לחלב להיות עכור, אטום ולא שקוף. פיזור האור קורה כשאורך הגל של האור קרוב לגודל החלקיקים.

חלקיקים קטנים מפזרים אור של אורכי גל קצרים. חלב רזה נראה כחול בגלל שחלקיקי הקזאין מפזרים את אורכי הגל הקצרים של האור הנראה (כחול) יותר מאשר את האדום.

הקרויטנואיד - (פיגמנט אדום או צהוב המצוי בבע"ח) אחראי לצבע הקרמי של החלב.

ריבופלבלאין - מקנה צבע ירקרק למי הגבינה.

מקדם השבירה - (תכונה פיזיקלית של חומר שקוף, המציינת את השפעת החומר על מעבר אור דרכו): Refractive index - RI נקבע ב 20 מעלות וערכו כ 1.3440-1.3485 - ניתן בעזרתו לקבוע את כמות המוצקים בחלב.

הקדמה:מקור הקזאין ותפקידו הביולוגי

הקזאין הוא החלבון העיקרי של החלב. קזאין הוא תערובת של ארבעה סוגי חלבונים, המהווים 80% ממסת חלבוני החלב. להלן טבלה המתארת את הרכב החלבונים בחלב

הרכב החלבונים בחלב

הקזאין מסודר בצברים של חלבון, בגודל ננומטרי, זעיר מאוד, הנקראים 'מיצלות'. מיצלת הקזאין היא חלקיק קטן, המורכב ממולקולות רבות (כ-31% חלבון, 2% מינרלים ו-66% מים). מטרתה הטבעית היא להעביר מהאם לתינוק – סידן, חלבון , פוספאט החיוניים לבניית הגוף. זהו למעשה כלי הובלה של חומרים מזינים. הקזאין הוא חלבון מלא ואיכותי. הוא זה שמספק לגוף את כל חומצות האמינו הדרושות לו, כולל 8 חומצות האמינו, שבני האדם אינם מסוגלים לייצר לבדם. אנשים, העוסקים בפיתוח גוף, צורכים קזאין כמקור חומצות אמינו המעוכל באיטיות.

הרכב כימי של הקזאין

הקזאין מורכב מארבע סוגי חלבונים שהם :אלפא s1, אלפא s2,בטא, וקפא-קזאינים. מה שמאפיין את כל הקזאינים היא שקיעה שלהם בpH=4.6 . מבחינת ההרכב הקזאינים הם חלבונים שאליהם צמודה קבוצה פוספאטית, הקשורה בקשר אסטרי לשייר של חומצה אמינית סרין. קישור של הסידן על ידי הקזאין הוא פרופורציונלי לתכולת הפוספאט בחלבון. קונפורמציה של הקזאינים דומה לחלבונים גלובולריים שעברו דנטורציה, המספר הגבוה של שיירי פרולין בשרשרת החלבון (המכיל טבעת מחומשת) מגביל את הקיפול של החלבון ומונע במידה מסויימת התארגנות במבנה שניוני. לקזאינים אין מבנה שלישוני. אין בקזאין קשרי דו גופרית.

שלושת הסוגים הראשונים של הקזאינים הם הידרופוביים ("שונאי-מים") וריכוז נמוך של יוני סידן גורם לשקיעה שלהם, ואילו חלבוני הקפא-קזאין הם אמפיפטיים ועמידים לשקיעה בנוכחות יוני סידן. ההתארגנות המרחבית של הקזאינים בחלב היא במיצלה כדורית (לא מקובל על כל החוקרים) - החלבונים ההידרופוביים נמצאים במרכז המיצלה, בעוד הקפא-קזאינים נמצאים על פני השטח של המיצלה, ומייצבים אותה מבחינה אנרגטית. תרשים של מיצלת הקזאין

מיצלת הקזאין

הסבר התרשים:

א. תת מיצלות (עיגולים) לפי מודל זה 10 עד 100 מולקולות קזאין נמצאות ביחד במבנה הקרוי תת מיצלות. יש להם אזור פנימי הידרופובי ואזור חיצוני הידרופילי יש שני סוגים של תת מיצלות : כאלו שהם בלי קאפא קזאין (בציור ללא עיגול פנימי)וכאלו שהם עם קאפא קזאין (בציור עם עיגול פנימי). על פני השטח מסתדרות התת מיצלות שהם עם קאפא קזאין.

ב. השערות בצבע ורוד בציור , חלק מחלבון הקאפא קזאין , חלק ההידרופילי שקרוי CMP

ג. הנקודות הכחולות- סידן זרחתי משמש כדבק בין התת מיצלות הקפא-קזאין מורכב מ-169 חומצות אמינו ועל ידי הסרה של החלק ה-106-169 שלו בעזרת אנזים הגבנה (מסו) נגרם חוסר יציבות אנרגטי שמוביל להגבנה וליצירת הקריש.

הקרשת הקזאין (חלב)

למרות שמיצלות הקזאין די יציבות יש 2 דרכים עיקריות בהם משתמשים בתעשייה כדי לגרום לקרישת החלב: א. שימוש באנזים חיתוך ששמו רנט- כימוזין ב. שימוש בחומצה נפרט לגבי כל שיטה א. שימוש באנזים חיתוך ששמו רנט או כימוזין (chymosin) לאנזים זה פעילות פרוטאוליטית מאד ספציפית בשבירה מהירה של הקשר הקשר הפפטידי בין פניל אלנין מספר 105 לבין מתיונין מספר 106 בקאפא-קזאין, שהוא החלבון המגן על מיצלה של קזאין בפני הפרדה ושקיעה מתוך החלב. (לפני החיתוך האנזים מזהה את הרצף בין הידסטדין 98 לבין ליזין 111) לפניך תרשים המציג את החיתוך. נלקח מאתר: http://dwb4.unl.edu/Chem/CHEM869N/CHEM869NLinks/www.fst.rdg.ac.uk/courses/fs560/topic1/t1g/t1g.htm

לאחר החיתוך נגרם חוסר יציבות אנרגטי שמוביל להגבנה וליצירת הקריש.

הפעילות הייחודית הזאת חשובה ביותר לאיכות המוצר הסופי היות ופרוטאוליזה לא מבוקרת של חלבוני חלב מובילה לפפטידים בעלי טעמים בלתי רצויים מאד. ההפקה המסורתית של אנזים זה היא מקיבות של עגלים. הירידה הדרסטית בהיצע של עגלים באמצע שנות ה-60, הכריחה את יצרני הגבינות להסתגל לתחליפים מחיות אחרות (חזיר) או לאנזימים פרוטאוליטיים ממקור מיקרוביאלי, כגון אנזים חוץ-תאי מ-Muchor miehei, Muchor pusillus, Endothia parasitica. כיום, למרות שכחצי מיצור הגבינות העולמי משתמש באנזימים אלה, עדיין קיים ביקוש לרנט-עגלים בגלל ההבדלים העדינים בטעם ומרקם שהוא מקנה לגבינות. מעניין לציין שבעמנו בעית המחסור ברנט היתה מאז ומתמיד חריפה יותר מאשר בעמים אחרים בגלל דרישות הכשרות. אנזים כשר מפיקים רק מעגלות אשר נשחטו בשחיטה כשרה, שמטבעה מצומצמת ביותר. לאורך הדורות היהודים חפשו פתרונות מקוריים כמו פרוטאזות מן הצומח, של תאנים למשל, או בשנות ה-70, בפפסין מקיבות של תרנגולות משחיטה מקומית כשרה. ב. שימוש בחומצה- שיטה נוספת ליצירת קריש היא באמצעות חומצה של החלב, כך שהמטענים השליליים שעל השיירים ההידרופיליים ("אוהבי-מים") של הקפא-קזאין מנוטרלים על ידי הפרוטון החיובי. בהגעה לנקודה האיזואלקטרית , החלבון לא טעון במטען חשמלי ,

לאחר נטרול המטענים אין כוח דוחה בין המיצלות, והן מתאחות ליצירת קריש גבן. קיימות שתי שיטות מקובלות להחמצה. הראשונה נעשית בעזרת חיידקים, המפרישים חומצה לקטית לחלב.השיטה השנייה מתבססת על הוספה ישירה של חומצה (חומצות שמקובל להשתמש בהן הן חומצה לקטית,חומצה אצטית- חומץ וחומצה ציטרית-חומצת לימון.

הקדמה:מקור הקזאין ותפקידו הביולוגי

הקזאין הוא החלבון העיקרי של החלב. קזאין הוא תערובת של ארבעה סוגי חלבונים, המהווים 80% ממסת חלבוני החלב. להלן טבלה המתארת את הרכב החלבונים בחלב

הקזאין מסודר בצברים של חלבון, בגודל ננומטרי, זעיר מאוד, הנקראים 'מיצלות'. מיצלת הקזאין היא חלקיק קטן, המורכב ממולקולות רבות (כ-31% חלבון, 2% מינרלים ו-66% מים). מטרתה הטבעית היא להעביר מהאם לתינוק – סידן, חלבון , פוספאט החיוניים לבניית הגוף. זהו למעשה כלי הובלה של חומרים מזינים. הקזאין הוא חלבון מלא ואיכותי. הוא זה שמספק לגוף את כל חומצות האמינו הדרושות לו, כולל 8 חומצות האמינו, שבני האדם אינם מסוגלים לייצר לבדם. אנשים, העוסקים בפיתוח גוף, צורכים קזאין כמקור חומצות אמינו המעוכל באיטיות.

ויטמנים

חלב מכיל את כל הויטמינים, הן המסיסים בשומן והן המסיסים במים, חלקם בכמויות גדולות המהוות מקור משמעותי בתזונה, וחלקם בכמויות קטנות ולא משמעותיות.

ויטמינים מסיסים במים

 

ויטמין	תכולה ב- 100 מ"ל חלב 3%
B1 תיאמין (מ"ג)**	0.03
B2 ריבופלאבין (מ"ג)	017
B3 ניאצין (מ"ג)***	0.09
שווי ניאצין (מ"ג)***	0.86
B5  ח. פנטוטנית (מ"ג)	0.31
B6  פירידוקסין (מ"ג)	0.04
ח. פולית (מק"ג)	5
B12 קובאלמין  (מק"ג)	0.36
ביוטין (מק"ג)	3.0
ויטמין C (מ"ג)	1.0

• כ- 10% מהתיאמין שבחלב נהרסים בתהליך הפסטור.
• כמות הניאצין שבחלב אינה גדולה, אך בחלב תכולה גבוהה מאד של טריפטופאן, המהווה חומר מוצא לסינטזה של ניאצין בגוף. 60 מ"ג טריפטופאן אקוויולנטים למ"ג של ניאצין.

ויטמינים מסיסים בשומן

• הקארוטנואידים מקנים לחמאה, יחד עם הריבופלאבין, את צבעה הצהבהב.

• ריכוז הקארוטנואידים בחלב תלוי בתזונה של הפרה

• ספיגתו של ויטמין A מהחלב מוגברת ע"י בטא-לקטוגלובולין.

• כמות ויטמין D בחלב הנה נמוכה.

• ויטמין E ו- K מצויים בחלב בכמויות קטנות מאד.

• מוצרי חלב דלי שומן מכילים כמויות מעטות של ויטמין A ושל קארוטן.

חשוב לציין ש:

• בחלב עזים עשיר בויטמינים A,C,B₁,B₁₂.
• בחלב כבשים ריכוז ויטמין C גבוה פי 3 מחלב פרה .
• חלב בופאלו עשיר מאוד בויטמין D וויטמין A. גם בו ריכוז ויטמין C גבוה פי 3 מחלב פרה.

מינראלים

המינרלים העיקריים שבחלב הם סידן וזרחן, אך הוא מכיל גם מינרלים נוספים (כלור, מגנזיום, אשלגן, נתרן וגופרית), ולמעלה מ- 100 יסודות קורט (כל היסודות למעט בריום, טיטניום וליטיום). תכולת המינרלים שבחלב משתנה בהתאם לגנטיקה, לסביבה, לתזונה ולתקופת ההנקה של הפרה. לכן, יכולה להיות שונות גדולה בתכולת מינרלים ספציפיים בחלב. תכולת הברזל בחלב הנה נמוכה, וכן זמינותו.

סידן החלב מהווה את אחד המקורות העיקריים לסידן בתזונה. מעבר לתרומתה לתקינות השלד, צריכה נאותה של סידן חיונית למניעת יתר לחץ - דם, וכנראה הנה בעלת תפקיד במניעת סרטן. 20% מהסידן שבחלב קשורים לקזאין והשאר מצוי כמינרל חופשי. הסידן הקשור לקזאין משתחרר בתהליך העיכול ושעור הספיגה שלו מגיע ל- 25%-35%. שיעור ספיגת הסידן ממוצרי חלב גבוה בהשוואה לזה של סידן שמקורו במזונות אחרים. ספיגת הסידן ממוצרי חלב מושפעת ממס' גורמים: גורמים המגבירים את שעור הספיגה: לקטוז (בעיקר בתינוקות), ויטמין D, פפטידים. לקטוז – מגביר את שעור הספיגה בתינוקות בכ- 70%, במבוגרים הגברה משוערת של 25%-45%. יעילות ההשפעה במבוגרים עדיין שנויה במחלוקת. ויטמין D – המצוי בכמות מעטה בשומן החלב מגביר ספיגת סידן אקטיבית במעי, באמצעות חלבון קושר סידן. פפטידים נשאי מינרלים – פוספופפטידים הניגזרים מקזאינים המגבירים את ספיגת הסידן ע"י הגדלת המסיסות של מלחי קלציום-פוספאט. גורמים המפחיתים את שעור הספיגה: זרחן – מתחרה עם הסידן על אתרי הספיגה במעי. גם לסידן שאינו נספג השפעה חיובית על מניעה של מחלות לב, של סרטן מעי-גס ושל היווצרות אבני כליה.

ניסויים לתלמידים

ניסוי חקר ברמה 2 בנושא "חלב"

ניתן לבצע את הניסוי בהקשר לנושא "חומצות ובסיסים" וגם בהקשר לנושא "הטעם של כימיה".

חיוכים

איך מייצרים חלב עמיד?

חלב עמיד מיצרים ע"י כך שחולבים את הפרה בעמידה :-)

קישורים חיצוניים

ניתן להעזר בקישורים הבאים לבניית הכתבה

• כל מה שרצית לדעת על החלב

• הכימיה והפיסיקה של החלב

• עובדות על חלב