Методы выделения и очистки белков

Под функциональными свойствами понимают физико-химические характеристики белков, определяющие их поведение при переработке в пищевые продукты и обеспечивающие определенную структуру, технологические и потребительские свойства.

К наиболее важным функциональным свойствам белков относятся: растворимость, водосвязывающая и жиросвязывающая способность, способность стабилизировать дисперсные системы (эмульсии, пены, суспензии), образовывать гели, пленкообразующая способность, адгезионные и реологические свойства (вязкость, эластичность), способность к прядению и текстурированию (табл. 6).

Таблица 6 Функциональные свойства белковых продуктов в пище _______________

Свойство	Действие	Продукты, в которых они используются
Растворимость	Растворение белка в зависимости от рН	Напитки
Абсорбция и связывание воды	Связывание и захват воды с помощью водородных связей	Мясные изделия, хлеб, колбасы, торты и кексы
Вязкость	Загустевание, связывание воды	Супы, соусы
Эмульгирова-ние	Формирование и стабилизация жировых эмульсий	Колбасы, мучные кондитерские изделия, майонезы, пасты
Адсорбция жира	Связывание свободного жира	Мясные изделия, колбасы, пончики
Когезия и адгезия	Действия как адгезивного материала	Мясо, колбасы, печенье и макаронные изделия
Эластичность	Образование дисульфидных связей	Печенье и мясные изделия
Гелеобразова-ние	Образование белковой матрицы	Мясные изделия, сыры, творог
Пенообразо-вание	Образование пены с удерживанием газа	Взбивные изделия
Связывание вкусовых веществ	Адсорбция, связывание, выделение	Аналоги мяса, печеные изделия
Регулирование цвета	Отбеливание (липоксигеназа)	Хлебопродукты
Пленкообразова-ние	Образование пленчатой структуры	Оболочки для сосисок, сыров, глазированных пирожков
Способность к текстурирова-нию	Образование фибрилл, пленок, листов, слоев	Аналоги мяса, птицы, сыра, морских продуктов (крабы, икра)

Модификация белков - это изменение строения их радикалов и структуры, направленные на улучшение функциональных свойств, при помощи химических или ферментативных реакций.

Новые формы белковой пищи - это продукты питания, получаемые на основе различных белковых фракций продовольственного сырья с применением научно-обоснованных способов переработки и имеющие определенный химический состав, структуру и свойства, включая биологическую ценность. Таблица 7

Белковые композиты с заданными функциональными свойствами

Группа (поколение)белковых композитов (функциональных добавок)	Примеры
I	Мука, концентраты, изоляты и их соли
II	Продукты направленной денатурации
III	Химически и ферментативно модифицированные белки
IV	Двух- и мультикомпонентные композиты (с регулируемым химическим составом и функциональными свойствами)

Таблица 8 Белковые растительные препараты в производстве пищевых продуктов _____

Группа препаратов	Цель использования
1. Белковые наполнители (разбавители)	Удешевление традиционных продуктов питания, экономия сырья
2. Белковые обогатители	Обогащение пищевых изделий, достижение аминокислотной сбалансированности
3. Функциональные ингредиенты	Улучшение функциональных свойств сырья и продуктов
4. Аналоги	Получение продуктов, имитирующих традиционные

4 вопрос. Превращения белков при хранении и переработке пищевого сырья

1. Денатурация - нарушение уникальной конформации (вторичной, третичной, четвертичной структур) нативного белка с сохранением его первичной структуры. При денатурации белок теряет свои физические, химические свойства и биологическую функцию.

Денатурирующие факторы: физические и химические. Физические факторы: нагревание, механическое перемешивание, ультразвук, ультрафиолетовые и ионизирующие лучи; химические - воздействие кислот, щелочей, солей тяжелых металлов, мочевины, органических растворителей и др.

Тепловая денатурация - один из основных физико-химических процессов, лежащих в основе многих технологических процессов (выпечки, варки, жарения, консервирования и др.).

2. Термическая обработки белоксодержащей пищи при 100-120°С и более приводит не к денатурации, а к разрушению (деструкции) макромолекул белка: с участием воды - гидролиз (разрушение первичной структуры белка до аминокислот), без участия воды - термолиз (или пиролиз).

3. Термическая обработка белков выше 200° С или при более низких температурах, но в щелочной среде может вызывать реакции изомеризации остатков аминокислот из L- в D- форму, что понижает усвояемость белков.

4. В сильнощелочных средах, особенно при высокой температуре, некоторые остатки аминокислот претерпевают ряд специфических изменений. В частности в реакцию конденсации могут вступать остатки аргинина, гистидина, треонина, серина, тирозина и триптофана.

5. При температуре от 40-60 до 100° С со значительной скоростью протекает взаимодействие белков с восстанавливающими сахарами (например, глюкозой) сопровождающееся образованием карбонильных соединений и темноокрашенныхпродуктов - меланоидинов (реакция Майяра), что снижает биологическую ценность изделий.

Сущность реакций меланоидинообразования заключается во взаимодействии группы ИНг-аминокислот с гликозидными гидроксилами Сахаров.

Важные моменты реакции меланоидинообразования:

1). Образование меланоидиновых пигментов может быть желательно или нежелательно, так же как и развитие запаха — в зависимости от вида продукта.

2). Может иметь место потеря незаменимых аминокислот (особенно лимитирующих), т. е. потеря питательной ценности продукта.

3). Есть единичные публикации, в которых указывается, что некоторые продукты реакции Майяра могут быть мутагенными.

4). Продукты реакций карамелизации и меланоидинообразования и образование ароматических компонентов, сопутствующее этим реакциям, имеют большое значение во многих пищевых производствах для получения продуктов с красивым цветом и характерным ароматом (хлебопечение, производство безалкогольных напитков и пива, кондитерских изделий и др.).

5). Промежуточные продукты реакции Майяра обладают антиокислительной активностью.

6). Помимо того, что реакция Майяра сокращает содержание аминокислот, есть доказательства, что образовавшиеся продукты затрудняют усвоение белков.

6. Неблагоприятные погодные условия при созревании зерна, поражение его вредителями и микрофлорой, пониженная или повышенная температура при хранении и переработке сырья и полуфабрикатов, механические, физические и химические факторы усиливают структурные перестройки белков, которые могут разрушать природные белкоео-липидные взаимодействия. Высвобождающиеся липиды, подвергаясь окислительной порче, способны инициировать образование ковалентных меж- и внутримолекулярных связей в белках и новых полимерах. Все реакции окисления связаны с потерей незаменимых аминокислот.

Окислительная порча белков опасна при хранении и переработке масличного и жирового сырья.

5 вопрос Методы определения белков

Таблица 9 Качественные реакции определения белков

Группы	Тип	Примеры
1. Цветные	универсальные	биуретовая - на пептидные связи
нингидриновая - на а-аминокислоты
специфические	ксантопротеиновая - на ароматические аминокислоты
реакция Паули - гистидин, тирозин
реакция Адамкевича и Вуазене - триптофана
реакция нитропруссидная - цистеина
реакция Сакагучи - аргинина
2. Реакции осаждения	Белки осаждают действием солей, органических растворителей, концентрированных кислот, щелочей, ионов тяжелых металлов, температуры и в изоэлектрической точке (не допускать денатурации - температура не выше +4 С)

Таблица 10

Метод	Сущность метода	Примеры
/. Высаливание	осаждение белков из растворов под действием солей щелочных и щелочноземельных металлов	использование (NH4)2S04'. глобулины - 50% насыще­ние; альбумины- 100%.
2. Хроматография	различия в полярности белков	адсорбционная (ТСХ)
распределительная (распределение между двумя жидкими фазами)
различия в общем заряде молекул	ионообменная
избирательное связывание белков со специфическими веществами, прикрепленными к носителю	хроматография по сродству
равновесное распределение между неподвижной жидкой и подвижной газовой фазами	газожидкостная
установление обратимых молекулярных взаимодействий	аффинная и ковалентная
3. Гель-фильтрация (метод молекулярных сит)	различия в размере и массе молекул (проникающая хроматография)	декстрановые гели -сефадекс
агарозные, полистирольные
пористые стеклянные шарики
4. Электрофорез	способность молекул пептидов и аминокислот, находясь в заряженной форме (+ или -), передвигаться в электрическом поле	фронтальный электрофорез
зональный электрофорез
диск-электрофорез
двумерный электрофорез
иммуноэлектрофорез
5. Ультрацентрифугирование распределение белков в градиенте плотности

Методы очистки белков от низкомолекулярных соединений:

- диализ;

- гель-фильтрация на сефадексе;

- кристаллизация;

- ультрафильтрация;

- с помощью полых волокон и др.

Методы количественного определения белка:

- метод Кьельдаля (по количеству азота): B=N*6,25 - в среднем;

- ускоренный метод Джаромило;

- метод Лоури; ___

- биуретовый метод; [сиспользованием калибровочных

- метод с кумасси синим |~ графиков и др.

- спектрофотометрия в видимой и ультрафиолетовой областях;

- инфракрасная спектроскопия (поглощение белками света с определенной длиной волны и измерение интенсивности его отражения в приборах-анализаторах);

- ядерный магнитный резонанс (ЯМР-спектрометрия - регистрируются атомы, ядра которых обладают магнитным моментом);

- масс- спектрометрия (позволяет получить полное представление о структуре молекул);

- иммунохимические методы (специфическое реагирование антител с антигенами, которые вызвали их образование) и др. Выводы:

1. Белки или протеины - высокомолекулярные (полимерные) азотсодержащие органические соединения, молекулы которых построены из остатков аминокислот, и выполняющие ту или иную биологическую функцию.

2. Основные функции белков - ферментативная, структурная, опорная, сократительная, защитная, антитоксическая, транспортная, регуляторная, энергетическая и др.

3. По составу белки делят на простые и сложные. Существует 4 уровня структурной организации белка - первичная, вторичная, третичная и четвертичная.

4. Аминокислоты классифицируют на: заменимые (12) и незаменимые (эссенциальные - 8). Особенно ценны три-, лиз-, мет-, соотношение которых в пищевом рационе должно быть 1:3:3.

5. Биологическая ценность - показатель качества пищевого белка, отражающий степень соответствия его аминокислотного состава потребностям организма в аминокислотах (прежде всего, незаменимых) для синтеза белка и степенью их усвоения организмом.

6. Для определения биологической ценности белков пищи применяют химические и биологические методы.

7. Аминокислотный скор — отношение содержания незаменимой аминокислоты в исследуемом белке к ее количеству в эталонном белке.

8. Аминокислотный состав эталонного белка сбалансирован и идеально соответствует потребностям организма в каждой НАК, поэтому его называют «идеальным».

100 г идеального белка по шкале ФАО/ВОЗ содержит (в г):

изолейцин- 4,0; лейцин - 7,0; лизин - 5,5; метионин+цистин- 3,5; фенилаланин+тирозин- 6,0; треонин- 4,0; валин - 5,0; триптофан - 1,0.

9. Незаменимые аминокислоты, скор которых меньше 100%, называются лимитирующими, а аминокислота, скор которой имеет самое низкое значение, называется цервой лимитирующей аминокислотой.

10. Животные и растительные белки отличаются по своей биологической ценности. Животные белки (например, белки молока, мяса, яйца, рыбы) являются полноценными, растительные (например, пшеницы, кукурузы и других злаковых) - неполноценными, т.к. их белки усваиваются организмом не полностью, а аминокислотный состав белков не содержит полного набора незаменимых аминокислот (характерно низкое содержание лизина, триптофана и треонина).

Неполноценны соединительнотканные и хрящевые белки (коллаген, эластин), кератин и др.

В питании необходимо сочетать белки растительного и животного происхождения.

11. В соответствии с рекомендациями ФАО/ВОЗ суточная норма потребления белка для людей трудоспособного возраста составляет 60-100г в зависимости от пола, возраста и характера труда или 12% от общей калорийности пищи (или 1-1,5 г/1 кг массы тела/день; у детей, беременных и кормящих женщин - до 2г). Белки животного происхождения должны составлять не менее 55% суточной нормы.

12. О состоянии белкового обмена в организме судят по азотистому балансу, т.е. по равновесию между количеством азота, вводимого с белками пищи и выводимого из организма с мочой. Различают три вида азотистого баланса: азотистое равновесие, положительный и отрицательный азотистый баланс.

13. Под функциональными свойствами понимают физико-химические характеристики белков, определяющие их поведение при переработке в пищевые продукты и обеспечивающие определенную структуру, технологические и потребительские свойства. К наиболее важным функциональным свойствам белков относятся: растворимость, водосвязывающая и жиросвязывающая способность, способность стабилизировать дисперсные системы (эмульсии, пены, суспензии), образовывать гели, пленкообразующая способность, адгезионные и реологические свойства (вязкость, эластичность), способность к прядению и текстурированию.

14. Модификация белков - это изменение строения их радикалов и структуры, направленные на улучшение функциональных свойств, при помощи химических или ферментативных реакций.

Новые формы белковой пищи - это продукты питания, получаемые на основе различных белковых фракций продовольственного сырья с применением научно-обоснованных способов переработки и имеющие определенный химический состав, структуру и свойства, включая биологическую ценность.

15. При хранении и переработке пищевого сырья белки подвергаются следующим химическим превращениям: денатурация, гидролиз, изомеризация и конденсация аминокислот, меланоидинообразование, окисление.

16. Разработаны качественные и количественные методы определения белков в сырье и пищевых продуктах.