Денатурация как этап микропартикуляции сывороточных белков

14-05-2014, 15:39

Канадскими учеными разработан способ улучшения функционально-технологических свойств сывороточных белков, основанный на тепловой обработке. С целью получения растворимых полимеров предусматривает тепловую обработку дисперсии сывороточных белков (концентрация белка 8 %) с добавлением кальция в малых концентрациях (0-4 ммоль) при температуре 95 °С в течение 15 минут и pH 6,5-8,5. Данные условия позволяют трансформировать более 95 % нативных сывороточных белков в растворимые полимеры. Исключение составляет вариант обработки при pH 6,5 и концентрации кальция 4 ммоль: в данном случае значительное количество белка подвергается преципитации.
Исследование полученных полимеров методом электронной микроскопии показало наличие частиц элипсоидной формы длиной около 90 нм с осевым отношением на уровне 7,5. Результаты реологических исследований позволили предположить отсутствие влияния тепловой обработки на гидратационные характеристики белков. Гель-электрофорез показал, что за образование полимерных структур ответственны преимущественно дисульфидные мостики.
Подкисление растворимых полимеров при комнатной температуре с использованием глюконо-8-лактона приводит к гелеобразованию. Наиболее прочные гели были получены при pH 7,5 и концентрации кальция не менее 2 ммоль. Полимерные структуры сывороточных белков, получаемые при более низких значения pH (5,7-6,3) без добавления кальция образуют непрозрачный коллоидный раствор. Мутность коллоидного раствора увеличивается с ростом концентрации белка. Непрозрачные коллоидные растворы сывороточных белков используются как добавка в кофе, так как дают стойкий и насыщенный сливочный цвет.
Кроме того, регулирование pH до значений 5,7-6,3 в сочетании с нагреванием до 95 °C и выдержкой в течение 15 минут приводит к образованию стабильного микропартикулята. Достижение требуемого эффекта оценивают по оптической плотности коллоидного раствора, значения которой должны составлять 0,1-0,4.
Принцип получения полимерных структур на основе белков молочной сыворотки получил развитие в работе А.Ю. Темирева. Для фракционирования компонентов творожной сыворотки были использованы флокулянты на основе анионактивного полиакриламида, подвергнутые химической модификации в растворе, а также комплексному физико-химическому воздействию (химическая модификация, совмещенная с ультразвуковым или микроволновым облучением).
Изучено влияние технологических факторов (доза флокулянта, pH сыворотки, температура флокуляции) на степень выделения сывороточных белков. Установлено, что белки выделяются за счет образования водородных связей с функциональными группами полиэлектролита и электростатических взаимодействий положительно заряженных групп белка с отрицательно заряженными реакционноспособными группами флокулянта с получением сложных интерполимерных комплексов. На полученной экспериментальной базе разработана технология выделения компонентов творожной сыворотки с помощью нового класса наноматериалов — полиэлектролитных композиций на основе акриламида.
Австралийскими учеными разработана технология получения заменителя твердого жира для мясопродуктов на основе концентрата сывороточных белков с повышенным содержанием β-лактоглобулина. Технология получения заменителя твердого жира основана на уникальной методике фракционирования концентратов сывороточных белков с получением продуктов, обогащенных, соответственно, α-лактальбумином и β-лактоглобулином. Заменитель твердого жира был использован в Австралии при разработке новых видов эксклюзивных мясопродуктов с брендом Hans Continental Smallgoods (HCS).
Фракционный состав концентрата сывороточных белков, обогащенного β-лактоглобулином в сравнении с традиционными концентратами из подсырной и казеиновой сыворотки представлен в табл. 11.2.
Способ структурообразования заменителя молочного жира основан на гелеобразовании β-лактоглобулина в процессе тепловой денатурации. Традиционно термическая денатурация β-лактоглобулина рассматривалась при значениях температуры, близких к 72 °С.

Однако результаты исследований с использованием метода дифференциальной сканирующей калориметрии показали, что температура денатурации β-лактоглобулина в зависимости от pH может варьировать в широких пределах, проявляя максимум при температуре 85 °С и значениях pH, близких к изоэлектрической точке. Незначительные вариации значений pH связаны с ионной силой раствора.
Конформации элементов третичной и вторичной структур белка являются инициирующим этапом взаимодействий, приводящих к агрегации и последующему образованию гелеобразной структуры. Экспериментально доказано, что наряду с температурой денатурации, уровень pH определят способ агрегации сывороточных белков, в первую очередь, β-лактоглобулина. При значениях pH близких к нейтральным формируются эластичные структуры. При приближении pH к изоэлектрической точке (ниже 6,0), процесс гелеобразования может быть охарактеризован как партикуляция. В зависимости от уровня pH подобные партикулированные гели могут характеризоваться высокой или низкой водосвязывающей способностью.
В СевКавГТУ изучено влияние теплового воздействия на функционально-технологические свойства концентратов сывороточных белков, полученных при ультрафильтрации подсырной и творожной сыворотки. Исследованы состав и некоторые специфические свойства концентратов сывороточных белков с целью их дальнейшего использования в технологии кисломолочных напитков (табл. 11.3).

Установлено, что концентраты, полученные из подсырной и творожной сыворотки, по-разному реагируют на воздействие высоких температур, что обусловлено их различными физико-химическими свойствами (титруемая и активная кислотность, и как следствие, устойчивость белковых глобул).
Изучена тепловая обработка КСБ-УФ из подсырной сыворотки. Как показали исследования, КСБ-УФ из подсырной сыворотки выдерживает тепловую обработку до 85 °С без выпадения сывороточных белков в осадок. В дальнейшем исследовалась тепловая обработка КСБ-УФ из творожной сыворотки.
При нагревании до температуры 65 °С сывороточные белки денатурировали с образованием крупных хлопьев белка. Для повышения термоустойчивости КСБ-УФ из творожной сыворотки было предложено внесение солей-стабилизаторов: натрия фосфорнокислого, цитрата натрия и стабилизационной системы Crown-N40. Наилучшие результаты были получены при внесении в концентрат стабилизационной системы Crown-N40.
Исследовано влияние Crown-N40 на тепловую устойчивость КСБ-УФ из творожной сыворотки при температуре 75 °С в течение 10 мин. Crown-N40 вносили в концентрат в количестве от 0,05 % до 0,2 %. Результаты исследований представлены в табл. 11.4.
Полученные данные показывают, что с увеличением дозы внесения стабилизатора наблюдается уменьшение титруемой кислотности и, как следствие, меняется характер осадка. Наилучшие образцы получены при внесении в концентрат 0,2 % Crown-N40. При увеличении температуры обработки КСБ-УФ из творожной сыворотки до 80 °С наблюдалась коагуляция сывороточных белков в системе.

К перспективным направлениям совершенствования функционально-технологических свойств сывороточных белков следует отнести методы гликозилирования α-лактальбумина, β-лактоглобулина с использованием лактозы и декстранов, а также холодного гелеобразования.