В этом разделе изложены научные основы производства молока и молочных продуктов.
Рассматривается широкий круг вопросов молочного скотоводства и технологии молочного хозяйства.
Показана специфика организации племенного дела.
Рассмотрены вопросы организации и управления, дано научное обоснование селекционных программ, предложены оптимальный размер стада, рациональная система кормления и учета.
Описаны этиология, профилактика и лечение болезней крупного рогатого скота и особенно - мастита. Наряду с биологическими особенностями животных основной причиной заболевания маститом являются недостатки в конструкции доильных аппаратов.
Изложены основы кормления и содержания животных при выращивании на мясо и эффективность применения биологически активных веществ.
Приведены показатели прироста массы тела молодняка молочных пород и даны основные критерии оценки мясной продуктивности.
В этот раздел также включена информация, посвященная разведению, кормлению и содержанию коз, используемых для производства молока. В этом разделе приведены сведения о биологических особенностях коз, о составе и свойстве их молока, дана характеристика пород, изложены вопросы разведения, кормления, содержания и доения коз.
Рассмотрены вопросы первичной обработки молока, мойка и дезинфекция молочной посуды, аппаратов и технологического оборудования, выработка различных молочных продуктов, требования, предъявляемые к питьевому молоку и молоку как сырью для молочной промышленности.
В этом разделе теоретически обосновано проведение пастеризации, гомогенизации, сепарирования и очистки молока от механических примесей. Изменение температуры пастеризации в зависимости от содержания жира в молоке является вполне приемлемым. Рассмотрены некоторые вопросы бактофугирования молока.
Важное место отводится автоматическому контролю над механическими операциями обработки и очистки молока. Заслуживает внимания проведение мероприятий, позволяющих уменьшить образование загрязнений и увеличить надежность их устранения с поверхностей оборудования, соприкасающегося с молоком. Изложены правила ручной и механической мойки посуды.
Роль молока в питании человека
Человек эволюционировал в тесном контакте с Природой, и первой пищей, которой снабжала Природа человека, было молоко. На протяжении большей части истории человечества единственным источником молока служили молочные железы женщины. И неудивительно поэтому, что в течение многих столетий человек воспринимал душу новорожденного ребенка как внезапно появившуюся из небес по Млечному Пути для того, чтобы получить свою первую пищу, которая известна нам как молоко.
В далекие времена, когда Природа обделяла новорожденного ребенка молоком матери, ребенок либо сосал грудь другой женщины, либо умирал. Затем, когда человек одомашнил животных, для удовлетворения своих потребностей в существенных питательных веществах он стал использовать молоко других млекопитающих. В разных частях света молоко получают от различных видов животных. За исключением специально отмеченных случаев, под молоком везде в этом разделе подразумевается коровье молоко.
Состав молока
Хотя молоко представляет собой жидкость и часто рассматривается как напиток, оно в среднем содержит 13% сухого вещества. Примерно такое же количество сухого вещества содержат многие другие пищевые продукты, поэтому правильнее рассматривать молоко не как напиток, а как пищевой продукт. (Такие пищевые продукты, как салат и томаты, содержат сухого вещества лишь по 5 и 6% соответственно). Сухое вещество молока состоит из белка, углеводов, жира, минеральных солей и витаминов. Всего в молоке идентифицировано приблизительно 250 химических компонентов, в том числе около 140 различных жирных кислот.
Интересное явление природы заключается в том, что существует взаимосвязь между составом молока различных видов млекопитающих и скоростью роста молодняка. Природа, возможно, вследствие эволюции является консервативной и предназначила молоко данного вида специально для роста и развития потомства этого вида. Характерно более низкое содержание белка и золы в женском молоке по сравнению с молоком коровы и собаки.
Для увеличения вдвое массы новорожденного ребенка требуется 180 дней, тогда как телятам и щенкам достаточно 47 и 8 дней соответственно. Заметен параллелизм между скоростью роста и концентрацией в молоке белка и золы, то есть тех питательных веществ, которые необходимы для роста и развития мускулатуры и скелета.
Питательные качества молока
Только что родившийся человек, как и другое родившееся млекопитающее, в первые дни жизни питается молоком, хотя в дальнейшем они должны научиться потреблять и другую пищу.
Молоко является продуктом эволюции, созданным для питания новорожденных в период после зависимой утробной жизни и до начала независимой жизни. Интересно, что молоко всех видов животных содержит одни и те же питательные вещества, но в разных соотношениях. Установив, что молоко является хорошей пищей, человек одомашнил некоторых млекопитающих, от которых он получает молоко в течение всей жизни.
Питательная ценность молока иллюстрируется тем фактом, что ежедневное потребление одной кварты (=0,946 л) молока удовлетворяет в среднем всю суточную потребность взрослого человека в жире, кальции, фосфоре и рибофлавине, 50% потребности в протеине, 33% потребности в витамине А, аскорбиновой кислоте и тиамине, 25% потребности в энергии (в калориях) и, за исключением железа, меди, марганца и магния, удовлетворяет всю потребность во всех минеральных веществах. Молоко содержит также значительное количество никотиновой кислоты и холина.
Молоко - один из наиболее полноценных продуктов питания
Гиппократ изложил принципы научной медицины около 400 лет до нашей эры и поэтому известен как отец медицины. Его мудрые мысли относительно рационального питания и оценка роли молока сохранились в виде древнего изречения: молоко является почти совершенным продуктом питания.
Для того чтобы оценить в полной мере роль молока в питании человека, рассмотрим достоинства каждого основного компонента или группы питательных веществ молока: белка, лактозы, жира, минеральных веществ и витаминов.
Питательные вещества молока
Белки.
Молоко обеспечивает человека большим количеством белков высокого качества. Белки кварты (0,946 л) молока приблизительно равноценны белкам 142 г мяса или рыбы, 5 крупных яиц, 113 г американского сыра, или сыра чеддер, или 800 г белого хлеба.
В процессе пищеварения белки расщепляются на составные части (аминокислоты), которые всасываются и используются для построения специфических белков тела. Некоторые аминокислоты могут синтезироваться в организме человека, и, по-видимому, не обязательно, чтобы они содержались в пище. Однако ряд аминокислот синтезируется в организме в недостаточных количествах или вовсе не синтезируется. Эти аминокислоты называются незаменимыми. Они обязательно должны содержаться в белках пищи, то есть в пищевых ресурсах, находящихся вне организма. Доказано, что незаменимые аминокислоты необходимы для поддержания баланса азота в организме мужчин и женщин. Белки, содержащие все незаменимые аминокислоты в значительных количествах (например, белки молока), называются высококачественными белками.
В молоке содержатся белки двух основных видов - казеин и лактальбумин. (Имеются также следы других белков, таких, как лактоглобулин). Казеин составляет около 82% общего количества белков молока. Благодаря особому аминокислотному составу белков молоко обеспечивает человека высококачественными белками (белки молока содержат все незаменимые аминокислоты в значительных количествах). За исключением серосодержащих аминокислот, средняя минимальная расчетная потребность взрослого человека в незаменимых аминокислотах может быть удовлетворена одной пинтой (0,47 л) молока.
Более того, относительный избыток аминокислоты лизина делает белки молока ценной добавкой к растительной пище, особенно из злаковых, которые содержат очень мало лизина.
Лактоза (молочный сахар).
Лактоза - основной углевод молока. Интересно, что молоко является единственным источником лактозы в природе. Поразителен и тот факт, что молоко всех млекопитающих содержит лактозу. Отсюда логично предположить, что лактоза - важная составная часть молока, иначе природа не включила бы ее в состав молока всех видов млекопитающих. И действительно, лактоза - важный компонент молока, как это отмечено ниже.
Установлено, что студенты, которых в младенчестве вскармливали материнским молоком (грудью), имели более высокие баллы на экзаменах, чем их сверстники, выращенные искусственно. Почему это так? Женское молоко особенно богато лактозой (7%), что соответствует большой массе мозга (по отношению к общей массе тела) человека. Лактоза составляет 56% сухого вещества молока женщины, а в молоке коровы и крольчихи ее содержится соответственно 36 и 6%. Поскольку лактоза содержит галактозу, играющую важную роль в химизме центральной нервной системы (галактозиды и цереброзиды составляют часть нервной и мозговой ткани), это соединение, по-видимому, является строительным материалом для мозга, специальным питательным веществом для роста и развития центральной нервной системы потомства млекопитающих.
К концу первого года жизни мозг человека достигает 70% его массы у взрослого человека. Недостаточное питание в детском возрасте может быть препятствием к формированию мозга. Сообщалось, что недоедание приводит к необратимым аномалиям мозга у детей грудного возраста и маленьких детей. Более ранние исследования показали, что дети при недоедании имеют более низкие коэффициенты интеллектуальности (КИ), чем дети, которые получили сбалансированную и полноценную диету.
В отличие от сахарозы и других простых сахаров лактоза относительно плохо растворима и проходит через баугиниеву заслонку, медленно расщепляется в толстом отделе кишечника и всасывается. Лактоза в кишечнике стимулирует рост специфических микроорганизмов (особенно Lactobacillus acidophilus), которые синтезируют органические кислоты и витамины группы В (например, биотин, рибофлавин, никотиновую и фолиевую кислоты).
Кроме того, высокая концентрация кислот подавляет гниение белков, а также препятствует росту многих патогенных микроорганизмов вследствие их чувствительности к высокой кислотности. Некоторые штаммы (Lactobacillus acidophilus) вырабатывают антибиотики, которые могут ингибировать рост бактерий в кишечнике. Этот же принцип почти повсеместно используется (возможно, в ряде случаев несознательно) с целью уничтожения условно патогенной микрофлоры в молоке. Это особенно характерно для тех стран, где гигиенические условия неудовлетворительны и где распространен туберкулез крупного рогатого скота. Таким образом, Lactobacillus bulgaricus и другие типы молочнокислых бактерий превращает лактозу в молочную кислоту и другие органические кислоты в концентрациях, достаточных для уничтожения опасных бактерий (патогенов); после этого молоко становится относительно безопасным пищевым продуктом.
В кишечнике лактоза легко превращается в молочную кислоту. Молочная кислота оказывает благоприятное действие на организм в период приема антибиотиков внутрь, она способствует восстановлению желательной микрофлоры кишечника (таким образом поддерживая синтез некоторых витаминов) после прекращения курса лечения. Врачи иногда прописывают культуры L. acidophilus больным, которые принимают внутрь антибиотики. При этом усиливается синтез молочной кислоты в кишечнике.
Общепринято, что биотин и витамин К вырабатываются кишечными бактериями в количествах, достаточных для восполнения в них всей потребности взрослого человека. Нужно отметить, однако, что сульфопрепараты и некоторые антибиотики уничтожают многие кишечные микроорганизмы и поэтому нарушают или полностью подавляют выработку ими этих витаминов.
Теперь известно, что лактоза усиливает всасывание кальция, фосфора, магния и бария из кишечника. Благодаря этому уникальному свойству лактозы молоко является также превосходным антирахитическим продуктом питания, который предотвращает заболевание рахитом, если даже содержание витамина D в молоке низкое. (Витамин D также усиливает всасывание кальция и фосфора из тонкого отдела кишечника и поэтому необходим для предупреждения рахита).
Добавление лактозы в вызывающую рахит диету оказалось особенно полезным в профилактике рахита у детей дошкольного возраста, которые получали минимальное количество кальция в маломолочной диете с добавкой дикальцийфосфата. Интересно отметить, что женское молоко обладает более сильным антирахитичным действием, чем коровье, хотя содержание кальция и фосфора в женском молоке составляет лишь одну треть содержания этих элементов в коровьем молоке, что можно объяснить более высоким уровнем лактозы в женском молоке (7 и 5% соответственно). Такую неоценимую роль лактозы в питании нельзя объяснить только ее химическим составом.
Другое важное качество лактозы связано с антипеллагрическими свойствами молока. Рекомендуемая в настоящее время суточная норма потребления ниацина (никотиновой кислоты) для среднего человека составляет 18 мг. Однако одна кварта (0,946 л) молока содержит лишь 1 мг ниацина. Между тем молоко содержит лактозу, благодаря которой микроорганизмы кишечника синтезируют никотиновую кислоту. Поэтому молоко - превосходный антипеллагрический продукт (предотвращает болезнь).
Лактоза и сахароза имеют одинаковую эмпирическую формулу, но они различаются во многих отношениях. Сахароза в 5 раз слаще лактозы и более растворима в воде. В процессе переваривания лактоза расщепляется ферментами; из одной молекулы лактозы образуется одна молекула глюкозы и одна молекула галактозы.
Вследствие низкой растворимости лактоза меньше раздражает желудок и слизистую оболочку кишечника по сравнению с высокорастворимыми сахарами. Поэтому молоко является ценным продуктом для использования в диетах, предназначенных для лечения язвы желудка и кишечника.
Лактоза часто используется в производстве плацебо - безвредных лекарств, применяемых для успокоения больных. Из обзора упомянутых выше особых питательных свойств лактозы можно сделать вывод, что пациент получает не только психологическое успокоение от таких лекарств, которые по латыни называются placebo («я получаю удовольствие»).
Несмотря на все сказанное, следует отметить, что потребители получают с молоком и молочными продуктами лишь 8% углеводов. Молочная диета способствует созданию желательного соотношения между протеином и энергией, что важно для людей, следящих за своей фигурой.
Молочный жир.
Для обозначения молочного жира часто используются в литературе термины milk fat, butterfat.
Исторические аспекты пищевого значения молочного жира общеизвестны. Витамин А впервые был открыт в молочном жире, а первые случаи острой клинически выраженной ксерофтальмии были описаны у детей, которых кормили снятым (обезжиренным) молоком. Роль витамина А, которого в молочном жире много, в улучшении остроты зрения хорошо известна.
Молочный жир характеризуется относительно высоким содержанием (7%) летучих жирных кислот с короткой цепью (главным образом масляной и капроновой), которые легко усваиваются в организме человека и других млекопитающих. Растительные жиры по сравнению с животными содержат мало жирных кислот, имеющих менее 12 или 14 атомов углерода, и хуже усваиваются в организме человека.
Поскольку жир в организме может синтезироваться из углеводов пищи, логично предположение, что пищевой жир не имеет значения в питании. Однако установлено, что некоторые жирные кислоты (ненасыщенные) являются незаменимыми жирными кислотами, дефицит которых вызывает патологические состояния, аналогичные наблюдаемым при нехватке витаминов. К незаменимым жирным кислотам относятся линолевая (две двойные связи), линоленовая (три двойные связи) и арахидоновая (четыре двойные связи). По-видимому, любая из этих жирных кислот может восполнять потребность организма в незаменимых жирных кислотах. Одна пинта (0,47 л) молока содержит около 7,2 г ненасыщенных и около 10,5 г насыщенных жирных кислот. Жир способствует всасыванию кальция. Высоким содержанием этого элемента в молоке объясняется благоприятное воздействие жира цельного и частично обезжиренного молока на здоровье человека.
Минеральные вещества.
Молоко отличается высоким содержанием минеральных веществ. Более того, они находятся в оптимальных соотношениях для всасывания в кровь из пищеварительного тракта. Так, молоко является превосходным источником кальция не только потому, что содержит его много; молоко отличается оптимальным соотношением кальция и фосфора (Са : Р ≈ 1,4 : 1).
Огромное значение минеральных веществ молока для роста детей было отмечено Броуди (США) при анализе результатов эксперимента, в котором мальчики получали диету, считавшуюся удовлетворительной по содержанию минеральных веществ. В дополнение к этой диете другой группе детей давали 0,5 л молока ежедневно. У детей контрольной группы (обычная «достаточная» диета) прибавка в массе тела составила 1,8 кг и в росте 4,6 см, а в группе получившей ту же диету и дополнительно молоко, соответствующие показатели были 3,2 кг и 6,6 см.
В другом исследовании, проведенном на 20 тыс. школьников 5-12-летнего возраста в Шотландии, дети одной группы получали ежедневно 0,14 л молока в дополнение к домашнему питанию. Исследователи пришли к выводу, что «влияние добавки молока к диете школьников проявилось в виде четкого увеличения массы тела и роста». Стимулирующее рост (акселеративное) влияние молока на массу и особенно на рост скелетных костей обусловлено главным образом обилием в молоке кальция и фосфора и их доступностью.
Исследованиями на крысах продемонстрировано, что у животных, получавших рационы с высоким содержанием кальция, прирост массы был на 25% больше, чем у крыс, получавших рацион с низким уровнем кальция. Таким образом, эффективность использования энергии рациона, измеряемая приростом массы, на высококальциевом рационе выше примерно на 25%, чем на низкокальциевом, при одинаковом уровне энергии.
Другие исследователи сообщили, что снятое (обезжиренное) молоко увеличивает скорость роста так же, как и цельное молоко. Это наблюдение привело к выводу, что минеральные вещества (особенно кальций и фосфор) молока являются фактором роста скелетных костей.
В теле взрослого человека в среднем содержится около 2,7 кг золы, приблизительный состав которой следующий: кальций - 40%, фосфор - 22, калий - 5, сера - 4, хлор - 3, натрий - 2, магний - 0,7% (другие минеральные вещества содержатся в меньших количествах). Приблизительно 99% кальция и 90% фосфора тела приходится на скелет. Конечно, кальций необходим для обеспечения нормального состояния зубов.
Обычная диета чаще всего характеризуется недостатком кальция, а не других питательных элементов. Очень важно, чтобы дети и кормящие матери пили много молока и получали таким образом достаточное количество кальция. Более трех четвертей кальция и около половины фосфора диеты население США получает в составе молока и молочных продуктов. Таким образом, молоко является и практически незаменимым источником кальция.
Для того чтобы обеспечить потребность растущего плода в кальции в течение второй и последней трети беременности и для секреции молока в период кормления грудью, женщина должна получать дополнительно 0,5 г кальция ежедневно (что эквивалентно кальцию, содержащемуся в 2,5 стаканах молока).
В таких странах, как Китай, где нет молока, люди обычно едят кости, готовят костные супы (в уксусе). Уксус разрушает твердые кости и делает доступным находящийся в них кальций.
Любопытной чертой человеческого организма, которая представляет интерес для людей старшего возраста, является тот факт, что скелет, как и другие составные части тела, находится в процессе постоянного обновления. Исследования с использованием меченых изотопов показали, что ежегодно обновляется шестая часть кальция в скелете. Таким образом, организм человека всю жизнь нуждается в постоянном и надежном пищевом источнике кальция.
Если в диете мало кальция, то организм берет его из костей, что приводит к размягчению костей и распаду, начинается болезнь, известная под названием остеопороза. Болеют чаще лица старшего возраста, особенно женщины. Недостаточное поступление кальция с пищей является главным этиологическим фактором этой болезни и связано с частыми случаями переломов костей у людей пожилого возраста.
Молоко содержит железо и медь в количествах, недостаточных для восполнения потребности человека. Это не случайное упущение Природы, потому что наличие этих минеральных веществ в значительно больших количествах привело бы к разрушению некоторых витаминов и ускорило окисление, придавая таким образом молоку металлический привкус или привкус окисления. В процессе эволюции Природа создала депо этих элементов у новорожденных в печени с тем, чтобы они не нуждались в дополнительных количествах железа и меди в течение грудного (подсосного) периода жизни. Интересно заметить, что железо в организме рециркулирует. Поэтому значительное количество железа организму требуется только в периоды роста, беременности, менструации или других кровопотерь, при диарее и кишечных заболеваниях.
Витамины.
Молоко содержит все известные витамины и является особенно богатым источником рибофлавина и ряда других витаминов группы В.
Большая часть натурального молока обогащается витаминами А и D, так что молоко и молочные продукты представляют для человека богатый и хорошо сбалансированный источник жирорастворимых (A, D, Е и К) и водорастворимых витаминов (за исключением аскорбиновой кислоты, или витамина С).
Витамин D в пищевом отношении наиболее эффективен при его поступлении с молочной диетой, что служит основанием для обогащения молока витамином D. Это связано со всасыванием и использованием кальция и фосфора и особенно с профилактикой рахита у детей младшего возраста. (Аналогичное размягчение костей у людей старшего возраста называется остеомаляцией.)
Эффективность производства молока
Хотя в промышленном производстве говядины, яиц и свинины затрачивается меньше труда, чем на производство молока в расчете на единицу товарной продукции, молочная корова по сравнению с любым другим домашним животным более эффективно превращает корма в пищу для человека. Интересно отметить, что женщина и коза (имеющие приблизительно равную массу тела) продуцируют молоко приблизительно в одинаковых количествах при одинаковой общей эффективности. Установлено, что лактирующая женщина, корова и высокопродуктивная коза трансформируют примерно от одной трети до половины энергии пищи (корма) в энергию молока*.
Энергетическая эффективность выработки молока коровами настолько высока по сравнению с эффективностью производства красного мяса и яиц, что, несмотря на большие затраты труда на производство молока, потребителю в некоторых странах белок и пищевое сухое вещество молока и молочных продуктов обходятся дешевле, чем пищевое сухое вещество красного мяса и яиц.
Более того, молочному скоту требуются грубые корма, которые непригодны птице и свиньям. В отличие от нежвачных, у коров микроорганизмы, обитающие в рубце, синтезируют полноценные белки и по существу все витамины группы В.
Многие высокопродуктивные молочные коровы в индустриальных странах за 305 дней лактации дают 6800-11300 кг молока. Более того, здоровая корова ежегодно приносит теленка, которого (телочку) можно вырастить для ремонта стада или (бычка) откормить на мясо.
Рассмотрим вкратце питательные вещества, получаемые от коровы за 305 дней лактации (средняя продолжительность) при общем надое 7250 кг молока.
Такая корова дает 240 кг высококачественного белка, 363 кг уникальной по питательным свойствам лактозы, 272 кг молочного жира и 50,8 кг минеральных веществ, в том числе 8,6 кг кальция и 7,3 кг фосфора. Молочный белок, полученный от этой коровы, приблизительно эквивалентен белку готовых к кулинарной обработке отрубов (мякоти) туш восьми бычков, имеющих массу 544 кг каждый или 28 свиней массой 90 кг каждая. Более того, в надоенном за лактацию молоке содержится количество белка, достаточное для обеспечения им взрослого человека в течение 10 лет, кальция - в течение 30 лет, фосфора - 25 лет, рибофлавина - 18 лет и энергии (калорий) - 5 лет. С точки зрения питания человека важно благоприятное соотношение белка и энергии (2:1) в молоке. Соотношение белка и энергии в обезжиренном молоке 4:1 (половина энергии удаляется со сливками). Таким образом, молоко (особенно низкой жирности) может быть полезным продуктом питания для людей, склонных к полноте и желающих избавиться от лишней массы.