Модефикация растительного белка и использования его в пищевом производстве

Введение
Свойства белков
Химическое строение белков
Общие свойства аминокислот
Физико-химические свойства белков
Выделение белков из растительного сырья
Соя – как источник растительного белка
Заключение
Литература

При этом из раствора выделяется соответствующая фракция белков, которая отделяется и высушивается, причем последняя операция обычно осуществляется путем проведения препарата белка через спирт все возрастающих концентраций. Эти методы, разработанные еще в конце прошлого столетия главным образом благодаря трудам Г. Риттгаузена, Ф. Гофмейстера и особенно Т. Б. Осборна, были до последнего времени общепринятыми ().
С помощью этих методов получено и детально исследовано огромное число белков растительного происхождения. Однако за последние годы стало очевидно, что применявшиеся ранее методы выделения белков весьма несовершенны. Установлено, что эти методы в большинстве случаев приводят к большей или меньшей денатурации белков. Вместе с тем было показано, что белки, считавшиеся ранее индивидуальными, однородными, в действительности представляют собой смеси или комплексы, состоящие из нескольких белков, различающихся по своим физическим, химическим и биологическим свойствам.
Эти результаты были получены благодаря новым принципам и методам выделения и исследования однородности белков, разработанным на различных белках животного происхождения, в первую очередь на белках плазмы крови.
Какие же условия выделения обеспечивают получение неденатурированных препаратов белков?
Важнейшее из них — поддержание возможно более низкой температуры на всех этапах получения препарата белка. При этом установлено, что наилучшей является температура, близкая к температуре замерзания растворителя, применяемого для экстрагирования белков. Не менее важное условие — поддержание рН на соответствующем уровне, близком к нейтральной реакции или же к изоэлектрической точке данного белка. Таким образом, применение кислот и щелочей для экстрагирования белков недопустимо. Органические растворители — спирт и ацетон, применяемые для осаждения и сушки белков, могут вызывать их глубокую денатурацию, сопровождающуюся потерей растворимости и свойственной им ферментативной активности. Это можно наблюдать при осаждении какого-либо из растительных водорастворимых белков (например, легумелина из семян гороха) при помощи спирта или ацетона — белок становится совершенно нерастворимым в воде и теряет многие из свойственных ему ферментативных функций.
Однако осаждение белков органическими растворителями не вызывает денатурации при условии, если эта операция проводится при низких температурах (—3 или —5°С). При сушке препаратов белков наилучшие результаты дает так называемая лиофильная сушка, при которой вода удаляется в глубоком вакууме из замороженного состояния. С помощью лиофильной сушки, чрезвычайно широко применяемой для получения в сухом виде различных сывороток и вакцин, а также для высушивания различных пищевых продуктов, могут быть выделены в неденатурированном состоянии препараты самых нестойких белков и ферментов.
Значительные результаты были получены при изучении кристаллических белков. В 1889 г. впервые был выделен в кристаллическом состоянии альбумин из белка куриных яиц. С тех пор были получены в кристаллическом состоянии многие белки растительного и животного происхождения. Получение белка в виде кристаллов считалось важнейшим критерием его однородности и химической индивидуальности. Однако накопился целый ряд данных, показывающих, что кристаллическое состояние белка не может служить доказательством его однородности. С помощью новых методов исследования было установлено, что многие кристаллические белки представляют собой смеси или комплексы, состоящие из нескольких химически индивидуальных веществ.
Исследование однородности белковых препаратов и выделение отдельных белковых фракций производится с помощью различных методов, наиболее важные из которых основаны на применении ультрацентрифугирования, электрофореза, хроматографии, а также на изучении растворимости белков.
В ультрацентрифуге сначала осаждаются более тяжелые молекулы, затем менее тяжелые, т. е. в ультрацентрифуге можно разделить белки, различающиеся по молекулярной массе.
Широкое применение получил метод электрофореза, разработанный А. Тизелиусом. Смысл электрофореза заключается в разделении находящихся в растворе веществ в электрическом поле на основе различий их электрических зарядов. Таким образом, при электрофорезе разделяются белки, различающиеся своими электрическими зарядами. Электрофоретическое исследование белка производят обычно при нескольких значениях рН, так как установлено, что если при одном рН препарат белка ведет себя как однородное вещество, то при другом рН этот же препарат может быть неоднородным.
За последние годы широкое распространение получил электрофорез растворов белков и пептидов на различных носителях — фильтровальной бумаге, целлюлозном или крахмальном порошке, полиакриламидном геле. Эти методы позволяют анализировать чрезвычайно малые количества белков.
Особенно высокой разрешающей способностью обладает диск-электрофорез в полиакриламидном геле, при котором смесь белков подвергается одновременному воздействию электрического поля и градиента рН. Эта разновидность электрофореза применяется также для быстрого приблизительного определения молекулярной массы белков.
Чрезвычайно тонкой разновидностью электрофореза является изоэлектрическая электрофокусировка, позволяющая разделять белки, отличающиеся изоэлектрическими точками на 0,02 рН.
Важным методом исследования однородности белков считается метод, основанный на изучении их поведения при растворении и на построении кривых растворимости.
Весьма эффективным методом разделения белков, в частности выделения очищенных препаратов ферментов, оказалась хроматография на колонках из фосфата кальция, гидроксилапатита, различных ионообменных смол и производных целлюлозы подобных дизтиламиноэтилцеллюлозе и карбоксиметилцеллюлозе.
Особенно хорошие результаты дает аффинная хроматография на колонках, заполненных носителем, который строго избирательно адсорбирует определенный белок. В качестве примера можно привести выделение из смеси белков фермента α-амилазы на колонке, заполненной крахмалом, являющимся субстратом данного фермента и поэтому специфически его связывающим ().
За последние годы широкое применение в биохимии получила разновидность хроматографии, основанная на принципе молекулярных сит (гель-фильтрация). При этом методе хроматографическая колонка заполняется пористыми гранулами сильно гидратированного углеводного полимера, чаще всего сефадекса (специальным образом обработанные производные высокомолекулярного углевода декстрана). При фильтровании через такую колонку смеси низкомолекулярных и высокомолекулярных белков небольшие белковые молекулы, проникая через поры внутрь гранул сефадекса, будут протекать по колонке медленнее, чем белки, молекулы которых не помещаются в порах гранул и поэтому быстрее вытекают из колонки. Белки вытекают из колонки со скоростью, обратно пропорциональной их молекулярной массе. Фильтрование через гель, так же как и электрофорез в полиакриламидном геле, широко применяется для быстрого приблизительного определения молекулярной массы белков.
В заключение отметим, что результаты, полученные новыми методами выделения и исследования однородности белков, заставляют пересмотреть прежние представления о многих белках как об однородных, химически индивидуальных веществах.
Соя – как источник растительного белка
Вот уже несколько лет, как в нашей стране, так и за рубежом, большую
популярность в пищевом рационе получили продукты на основе сои. Сейчас сою называют «продуктом XXI века». Специалисты ряда НИИ доказывают, что все соевые продукты могут быть отнесены к группе лечебно- профилактических. Большой интерес представляют комбинированные продукты, предназначенные для людей с различными патологиями ().
В настоящее время разработаны пищевые продукты переработки сои в
широком ассортименте (). В их числе напитки на сквашенной основе – молоко
соевое ацидофильное, йогурты, сыры с наполнителями, мороженое, йогуртные соусы и многие другие продукты. Соевые кисломолочные напитки изготовляют из соевой эмульсии сквашиванием ее чистыми культурами термофильного молочнокислого стрептококка, болгарской палочки и бифидобактериями с добавлением сахара. Это позволяет поддерживать микрофлору человека в нормальном, здоровом состоянии. В соевых майонезах отсутствует яичный порошок, что делает их в определенных условиях незаменимыми. Содержание полиненасыщенных жирных кислот в соевых продуктах значительно превышает их содержание в продуктах животного происхождения. Как известно, полиненасыщенные жирные кислоты положительно влияют на состояние кожи, стенок кровеносных сосудов и на жировой обмен в печени. Одним из важнейших свойств сои является отсутствие в ней пуринов, что позволяет считать ее идеальной пищей для людей, которые страдают заболеваниями печени, почек, сахарным диабетом.
Соя – ценный источник витаминов и микроэлементов, в ней содержатся
витамины А, В, С, Е, D, Р. В семенах сои обнаружена фитиновая кислота в виде ее магниево-кальциевых солей – фитинов, которые представляют собой резерв фосфора. Фитиновая кислота может образовывать с белками семян комплексы, изменяя растворимость и снижая величину рН осаждения белка, что является важным биотехнологическим фактором получения многих продуктов ().
Обезжиренные соевые продукты можно разделить по содержанию в них протеина: соевая мука и крупа, соевые белковые концентраты, изоляты соевых белков. Соевая мука и крупы содержат 56 – 59 % сырого протеина, около 38 % общих углеводов, в том числе 15 % растворимых моно- и олигосахаридов, 13 % полисахаридов, которые при дальнейшей обработке могут быть извлечены. В случае необходимости в соевую муку можно добавлять рафинированное масло, а также лецитин для улучшения диспергируемости муки ().
Соевые белковые концентраты содержат 65 – 72 % протеина. Получают их следующими способами: 1) на основе технологии противоточной спиртовой экстракции; 2) с использованием технологии водной экстракции в кислой среде; 3) технологией «горячей промывки». Наиболее распространен метод спиртовой экстракции, что обусловлено следующими факторами: - отсутствуют бобовый привкус и запах;
- в соевом концентрате практически отсутствуют антигенные вещества и физиологически нежелательные компоненты сои;
- возможность получения концентрата изофлавонов из соевой мелассы
увеличивает рентабельность производства;
- готовый концентрат имеет улучшенные санитарно-гигиенические характеристики.
Соевые изоляты содержат 90 – 92 % протеина, имеют полноценный аминокислотный состав. Соевые изоляты легко растворимы в воде, приятны на вкус и могут употребляться как в виде паштетов, так и добавляться в различные блюда. Это позволяет повысить пищевую и биологическую ценность лечебных рационов питания, устранить белковую, витаминную, минеральную и энергетическую недостаточность у ослабленных и больных людей.
Многочисленные исследования показали, что стадия термообработки определяет биологическую и пищевую ценность соевого продукта. Это происходит за счет инактивации ингибиторов протеаз, повышения степени усвояемости белков вследствие их частичной денатурации. Наиболее хорошо исследованы ингибиторы сои, прежде всего, это ингибиторы протеолитических ферментов трипсина и химотрипсина. Ингибиторы трипсина относят к глобулинам, они способны образовывать с трипсином устойчивые комплексы, в составе которых ферменты полностью лишены каталитической активности.
Исследования степени бактериальной обсемененности продукта по ходу его получения позволили разработать комплекс технологических приемов, когда на стадиях промывки и вымачивания соевого зерна стабилизируется общая численность микрофлоры на уровне 5*10³ КОЕ/г, при одновременном уничтожении бактериальной группы кишечных палочек, дрожжей и спор клостридий, плесеней.
Заключение
В настоящее время задача обеспечения населения полноценными пищевыми веществами, такими как белки, жиры и углеводы сохраняет свою актуальность.
Определенный вклад в решение этой задачи вносят исследования, направленные на повышение эффективности современных пищевых производств, в основе которых лежит рациональное использование пищевого сырья, а также вовлечение в производство нетрадиционных ресурсов.
Большой интерес в качестве сырьевого ресурса для выработки пищевых продуктов представляют растительное сырьё, в частности соевая мука, а также такой нетрадиционный вид сырья, как культура гороха, широко распространенная в нашей стране и практически не используемая для получения пищевого белка.
Следует отметить, что традиционная технология переработки бобов сои, включающая получение компонентов белковой и жировой природы, имеет ряд недостатков, связанных с использованием высоких температур, органических растворителей и других химических реагентов, что негативно отражается на качестве конечных продуктов.
Учитывая это, особую актуальность приобретает совершенствование существующих технологий за счет использования в качестве гидролизующих агентов микробных ферментных препаратов, которые, благодаря своей специфичности и эффективности действия, позволяют проводить направленную модификацию сырья, повысить выход целевых продуктов, а также улучшить экологическое состояние производства.
Исследования в области биотехнологической переработки растительного сырья, в частности бобовых культур, позволят рекомендовать промышленности наиболее эффективные ферментные препараты и режимы их использования при получении наиболее ценных компонентов пищи: белка, масла, пектина.
Литература
Доморощенкова М. Л. Современные технологии получения пищевых белков из соевого шрота // Пищевая промышленность. 2001. №4. С. 6 – 10.
Кретович В. Л. Биохимия растений//Москва, 1986
Майоров А.А., Мироненко И.М., Овсянкина Н.А. и др. Перспективы использования соевых компонентов // Молочная промышленность. 2002. №1. С. 55 – 57.
Модич Е., Модич П. Диетотерапевтические свойства некоторых ингредиентов сои // Молочная промышленность. 1999. №10. С. 36 – 39.
Онищенко Г.Г., Тутельян В.А., Петухов А.И. и др. Современные подходы к оценке безопасности генетически модифицированных источников сои. Опыт изучения соевых бобов линии 40 – 3 – 2 // Вопросы питания. 1999. №5/6. С. 3 – 8.
Проблема дефицита белка и соя / Доценко С. М., Тильба В.А., Иванов С.А., Абраменко Е.А. // Пищевая промышленность. 2002. №8. С. 38 – 40.
Шерстобитов В.В., Лысый В.Н., Ежелев В.А. Линия производства кормового соевого молока // Молочная промышленность. 2001. №7. С. 47 – 49.
Кретович В. Л. Биохимия растений//Москва, 1986
Майоров А.А., Мироненко И.М., Овсянкина Н.А. и др. Перспективы использования соевых компонентов // Молочная промышленность. 2002. №1. С. 55 – 57.
Онищенко Г.Г., Тутельян В.А., Петухов А.И. и др. Современные подходы к оценке безопасности генетически модифицированных источников сои. Опыт изучения соевых бобов линии 40 – 3 – 2 // Вопросы питания. 1999. №5/6. С. 3 – 8.
Доморощенкова М. Л. Современные технологии получения пищевых белков из соевого шрота // Пищевая промышленность. 2001. №4. С. 6 – 10.
Модич Е., Модич П. Диетотерапевтические свойства некоторых ингредиентов сои // Молочная промышленность. 1999. №10. С. 36 – 39.
Проблема дефицита белка и соя / Доценко С. М., Тильба В.А., Иванов С.А., Абраменко Е.А. // Пищевая промышленность. 2002. №8. С. 38 – 40.
Шерстобитов В.В., Лысый В.Н., Ежелев В.А. Линия производства кормового соевого молока // Молочная промышленность. 2001. №7. С. 47 – 49.
35