Биотрансформация сывороточных белков полисахаридами

14-05-2014, 19:00

Практический интерес представляет комплексообразование «сывороточные белки — полисахарид». По сути это микропартикуляция на принципиально новом уровне познания — БиоОника. Определяющим параметром при этом является показатель ионной силы низкожирного молочного белково-углеводного сырья, который существенно меняется в процессе деминерализации.
Исследован процесс комплексообразования в системе «деминерализованная БФ — высокоэтерифицированный пектин». Комплексообразование оценивали по изменению величины оптической плотности раствора в диапазоне длины волны X = 580 нм. На рис. 14.8 приведена зависимость оптической плотности БФ от уровня деминерализации.
При достижении уровня деминерализации 65-85% происходит резкое увеличение оптической плотности. Это связано с образованием комплекса белки-пектин. Образцы БФ, подвергнутые глубокой деминерализации центрифугированы при 3000g в течение 900 с. Haдосадочная жидкость не опалесцировала и не давала реакции с трихлоруксусной кислотой, что свидетельствовало о высокой степени выделения макрокомпонентов из раствора. В ряде работ эти положения развиты и показано, что глубоко деминерализованные системы «молочное сырье — полисахарид» могут использоваться при разработке технологии белково-полисахаридного концентрата и молочного сахара.

Теоретические основы взаимодействия противоположно заряженных лиофобных коллоидов рассмотрены с точки зрения теории коллоидной химии и ДЛФО. Белки и полисахариды относятся к веществам макромолекулярной, а в большинстве случаев и полиэлектролитной природы. Белки являются полиамфолитами, а кислые полисахариды — поликислотами. Вследствие полифункциональной природы белки и полисахариды могут взаимодействовать с образованием различных типов связей.
Существует область активности ионов водорода, в которой макромолекулы белков и полисахаридов несут разноименные заряды. В этой области при определенных условиях может иметь место электростатическое взаимодействие между макрокатионом белка и макроанионом полисахарида, которое приводит к образованию комплексов. Белковые вещества БФ гетерогенны и фракции различаются по составу и свойствам, что следует учитывать при выборе способов их выделения. Молекулярные массы сывороточных белков варьируют в пределах от 4 до 90 кДа. Изоэлектрические точки белков варьируют от pH 3,7 для протеозо-пептонов до pH 8,3 для иммуноглобулинов. Значительное различие в свойствах белков обусловливает трудности при их выделении.
В БФ содержится до 1 % белков и 0,65 % пектина или 0,33 % Na-КМЦ. На первой стадии обработки молочного сырья полисахаридами макромолекулы биополимеров заряжены одноименно, несут суммарный отрицательный заряд. При этом происходит нейтрализация двойного электрического слоя (ДЭС) и изменение суммарного заряда белковых молекул на противоположный и прилипание. Это обуславливает необходимость регулирования в обрабатываемом растворе активности ионов водорода, как коагулянта. Одновременно происходит явление комплексной коацервации разноименно заряженных биополимеров, которое зависит от активности отдельных ионов, природы и соотношения концентраций белок: полисахарид.
Б.В. Дерягин получил для слабо заряженных поверхностей приближенный критерий устойчивости гетеродисперсий с разноименно заряженными поверхностями и отметил, что в этом случае коагуляция частиц наступает при уменьшении ионной силы раствора. Это является теоретическим обоснованием необходимости деминерализации молочного сырья при комплексообразовании биополимеров различной природы.
В общем случае соотношение концентраций биополимеров задано технологическими требованиями 1-го этапа биомембранной обработки. Исследовано влияние активности ионов H+ (X) и степени деминерализации (Y) на степень выделения белковой части БФ (Z) для модельных систем «сывороточные белки — ионная фаза» на основе лиофилизированного УФ-концентрата сывороточных белков (УФ-КСБ), В пробы УФ-КСБ вносили полисахарид (пектин 0,65% или Na-КМЦ 0,33%) и раствор, имитирующий минеральный состав молочного сырья при различных уровнях его деминерализации. Пробы тщательно перемешивали, выдерживали и центрифугировали при 5000 g в течение 6000 с. Статистическая обработка экспериментальных данных позволила получить уравнения соответственно для пектина и Na-КМЦ:

Графическая интерпретация результатов исследований (поверхности отклика выходного параметра и их сечения) представлены на рис. 14.9.

Оптимизация полученных выражений позволила получить координаты оптимальных точек при уровне Y>85% в натуральных значениях (табл. 14.8).

Из приведенных данных следует, что при удалении 60-85% минеральных компонентов можно выделить до 90 % протеинов БФ. Без деминерализации выход белков снижается, а область оптимальных значений pH ограничивается, что снижает надежность и стабильность технологического процесса. Следует отметить, что на процесс комплексообразования сывороточных белков с полисахаридами оказывают влияние факторы, связанные с составом и свойствами различных партий молочного сырья и полисахарида.
В результате проведенных исследований получен белково-полисахаридный концентрат на основе пектина (БПК) и целлюлозы (БЦК), а также лактозно-ионный раствор (ЛИР), химический состав которых приведен в табл. 14.9.

Для определения фракционного состава белков молочного сырья при найденных оптимальных условиях проведен вертикальный гель-электрофорез, которому подвергали исходное сырье (БФ), полученный БПК и равновесную жидкость (рис. 14.10).
В белково-полисахаридном концентрате представлены в концентрированном виде все фракции сывороточных белков исходной БФ, кроме иммуноглобулинов. В состав ионно-углеводной фазы входит главным образом лактоза, что определяет область ее применения при получении пищевой лактозы и напитков.
С показателем растворимости коррелирует большинство функциональных характеристик белково-полисахаридных концентратов. Растворимость изучена в интервале pH 3,0-10,0. Результаты исследований приведены в табл. 14.10.

Из приведенных данных следует, что при pH > 5 концентрат практически полностью растворим, что может быть использовано при разработке технологии МПК на этой основе.
В плане реализации результатов исследований следует указать на принципиальную возможность переработки традиционного молочного сырья в частности, молочной сыворотки, с применением биополимеров. Полученные результаты использованы при разработке безотходной технологии переработки молочного сырья с разработкой рецептур продуктов функционального питания и молочного сахара. По-видимому, есть все основания рассматривать данный процесс как микропартикуляцию или ее этап для формирования гранул сывороточных белов, обогащенных полисахаридами. Тема ждет своего исследователя.
Дальнейшие многолетние исследования творческого коллектива проф. В. В. Молочникова, в т.ч. в СтавГАУ (ректор, академик В. И. Трухачев) подтвердили полученные в работе результаты и нашли воплощение в оригинальной технологии молочных продуктов бренда «Био-Тон» с элементами бессточного производства.