Денатурація коагуляція та згортання білків м'яса. Коагуляція білкових речовин

Коагуляція молока - це ні що інше як перетворення його на гель (потік), тобто його згортання.

Є пов'язаною твердою фракцією білків молока з присутністю розчинених жирів, яку потім можна легко відокремити від рідкої (сироватки).

Коагуляція білка молока буває прихованою та істинною. При прихованій коагуляції міцели зв'язуються один з одним не всією поверхнею, а тільки на деяких її ділянках, утворюючи просторову дрібної структуру, яка називається гелем.

При дестабілізації всіх чи більшості частинок дисперсної фази гель охоплює весь обсяг дисперсного середовища (початкового молока).

Приховану коагуляцію називають просто коагуляцією, гелеутворенням чи згортанням.

Справжня коагуляція полягає у повному злитті колоїдних частинок та випаданні дисперсної фази в осад чи спливанні.

Коагулянти – це речовини, які виконують кілька функцій, але найголовніше – формують желеподібний потік – відокремлюють щільні фракції молока від рідких.

Для цієї мети раніше використовували тільки те, що отримують зі шлунків телят.

Саме цей фермент у шлунках телят (хімозин) допомагає їм сквашувати молоко матері для харчування.

У світі для формування згустку (також його називають калья) використовують:

• Тілячий сичужний фермент (сичуг), виготовлений зі шлунків телят (молокосвертывающий фермент - хімозин).
  Він буває порошкоподібним, пастоподібним та рідким. Саме хімозин (з телячого сичужного ферменту або штучно вирощений хімозин) найкраще підходить для виробництва твердих та напівм'яких сирів.
• Пепсини – екстракти шлунків інших свійських тварин. Головним чином використовують коров'ячий або , також у продажу є свинячий та курячий пепсини, проте вони дуже чутливі до кислотності та нестабільні. Їх використання не рекомендовано.
  Коров'ячий пепсин (особливо у суміші з хімозином) можна використовувати для виробництва розсольних сирів (бринза, сулугуні). Для виробництва м'яких, напівм'яких та твердих сирів пепсини використовувати не рекомендується.
• Мікробіальний ренін (мікробіальний пепсин) – деякі дріжджі, плісняви ​​та гриби природно продукують придатні для коагуляції ферменти. Найбільш широко використовуються ферменти, отримані з мікроскопічного гриба Rhizomucor meihei (колишня назва Mucor meihei). Це вегетаріанський коагулянт. Прикладом такого коагулянту може бути.
• Хімозин, отриманий шляхом ферментації (рекомбінований хімозин) - ген телячого хімозину був впроваджений в геном декількох мікроорганізмів-господарів (Kluyveromyces lactis, Aspergilleus niger, Escherichia), в результаті чого вони стали здатні при ферментації продукувати протеїн, повністю ідентичний.
  Цей фермент чудово зарекомендував себе під час виготовлення всіх видів сирів, де зазвичай використовувався телячий сичужний фермент. Це вегетаріанський коагулянт.

Для приготування свіжих сирів, сиру, розсолу можна використовувати будь-який коагулянт.

Однак для напівм'яких і твердих сирів підходить тільки хімозин (тваринний сичужний фермент або рекомбінований хімозин), оскільки він разом із молочнокислими бактеріями (заквасками) бере участь у формуванні консистенції сиру, його смаку та здатності до збереження тривалий час.

При коагуляції білків молочний жир і вода з розчиненими речовинами (сироватка) досить міцно захоплюються гелем, що утворюється, при осадженні білків тільки невелика кількість молочного жиру і водної фази може бути механічно утримано осадком.

Вироблення та дозрівання сичужних сирів ведуть за невисоких температур і активної кислотності, які називаються фізіологічними, щоб забезпечити можливість здійснення біологічної трансформації компонентів молока з мінімальними втратами харчової цінності.

При використанні термокислотного методу відокремлюють жирову фазу молока сепаруванням, беруть в облогу білки знежиреного молока і змішують їх з вершками.

Осадження полягає у швидкому підкисленні молока до нижчого, ніж ізоелектрична точка, рівня додаванням кислої сироватки, кислого молока, лимонного соку, оцтової кислоти та нагріванні його до високих температур (90-95° С).

Таким чином, при ензиматичній коагуляції казеїн та жир молока концентруються одночасно, при термокислотному – в результаті двох процесів: відцентрового та осадження.

Кислотний метод полягає у згортанні молока в ізоелектричній точці казеїну (pH 4,6) шляхом повільного утворення мікроорганізмами кислот або внесення в молоко кислот (зазвичай соляної), або ацидогенів (наприклад, глюколактону); він застосовується у виробництві свіжих сирів чи сирів із короткими термінами дозрівання.

Ензими, що беруть участь у дозріванні сичужних сирів, не виявляють активності в кислотних сирах через низький pH. Ступінь трансформації білків та ліпідів молока в кисломолочних сирах нижчий, смаковий букет уже, ніж у сичужних сирах.

Кислотно-ензиматичний метод є варіантом кислотної коагуляції, з внесенням у молоко невеликої кількості молокозгортальних ензимів, недостатнього для ензиматичної коагуляції при pH свіжого молока.

У цьому випадку коагуляція молока відбувається при pH 5,1-5,4 (в ізоточці параказеїну). Додавання молокозсідаючих ензимів сприятливо позначається на швидкості згортання, міцності згустку та виділення сироватки, проте при pH кислотно-чужової коагуляції молока відбуваються радикальні зміни міцел казеїну, що різко змінює структуру згустку та сиру в порівнянні з такими при сичужному згортанні.

Потік, що утворюється при виробництві сирів кислотно-ензиматичним методом, за своїми властивостями ближче до кислотного згустку, якість продуктів - ближче до кисломолочним сирів.

Певне поширення у виробництві розсольних та деяких інших сирів набуло концентрування молока ультрафільтрацією.

У тканинах тварин і рослин білки, внаслідок їх легкої перетворюваності, перебувають у стані непостійної стійкості. Незмінені білки, що у такому первинному стані неміцної стійкості, називаються «нативними», або «генуїнними». Як відомо, між білком та водою, що входить у формі «води набухання», є відомий зв'язок. При зміні в колоїдному розчині концентрації і природи солей білок може ще диспергуватися, то, навпаки, осаджуватися. Ці процеси оборотні. Але за певних умов концентрації електролітів білки (альбуміни, глобуліни) можуть бути коагульовані. Коагульований білок хоча і може бути за певних умов переведений в розчин, але його властивості не будуть тотожними про властивості «наттаного», незміненого білка.

Коагуляція, що веде до зміни фізико-хімічних властивостей білка, називається денатурацією. Така зміна властивостей білка, пов'язана з коагуляцією, може відбуватися через різні причини: вплив тепла, світла, міцних кислот, лугів, солей важких металів, алкоголю, заморожування та внаслідок дії механічними засобами.

Денатурація теплом характерна для двох груп білків - альбумінів та глобулінів, але спостерігається і в інших білків. Так, казеїноген при нагріванні до 90-100° змінюється із частковою втратою фосфору. Денатурація залежить від температури, часу, концентрації водневих іонів, від концентрації та природи електролітів. При денатурації відбуваються як колоїдні зміни у стані речовини, а й структурні зміни у молекулах розчинених білків. Підвищення температури та

присутність кислот і лугів сприяють цим змін у структурах молекул. Як вище було сказано, казеїноген при високій температурі денатурується з частковою втратою фосфору. Після денатурації сирого яєчного білка нагріванням відбуваються зміни стану сірки у білковій молекулі.

При сучасних способах зневоднення молока, яєць, плодів та овочів прагнуть обмежити теплову денатурацію і тим самим зберегти оборотність властивостей білка під час використання цих продуктів для харчових цілей.

Денатурація ультрафіолетовими променями та сонячним світлом подібна до денатурації теплом.

Денатурація кислотами, лугами та солями важких металів викликає перетворення розчинних білків (альбумінів, глобулінів та казеїну) на нерозчинні форми. Що температура, тим менше концентрації рН настає денатурація. Молоко з підвищеною кислотністю при невисокій температурі не згортається, при нагріванні такого молока настає згортання білків молока. При дії на білок алкоголю або ацетону білки перетворюються повністю на нерозчинну форму.

При дії на білки формальдегіду утворюються сполуки, що мають відмінні від білків властивості. Казеїн під впливом формальдегіду перетворюється на рогоподібну речовину.

При заморожуванні білки м'язової тканини частково денатуруються, причому рН, як і при тепловій денатурації, сильно впливає на швидкість денатурації. p align="justify"> При рН = 5-6 швидкість денатурації швидко зростає, при рН = 6-7 денатурація йде повільно.

При сильному механічному вплив на розчин білка у формі струшування настає денатурація з появою білкових плівок з бульбашками піни на них. Денатурація деяких білків може наступати за дуже високого тиску.

Використання: сільське господарство, зокрема виробництво кормів для тварин. Сутність винаходу: електрокоагуляція білка здійснюється постійним струмом в камері, анодна та каводна області якої розділені мембраною. У процесі протікання струму реєструють величину pH середовища і при досягненні значення 5 процес припиняють. У міру видалення коагулята, з катодної області в анодну подають частину білковосодержащего матеріалу. Температура матеріалу у своїй вбирається у 39 - 40 o З. 2 з. п. ф-ли, 1 табл.

Винахід відноситься до сільського господарства, а саме виробництва кормів для тварин. Відомий спосіб термічної коагуляції білка з картопляного соку, що полягає в його нагріванні пором до 70-100 про С. Недоліками способу є низький вихід білка (70-80%), висока енергоємність (0,5 МДж/кг). Існує спосіб хімічної коагуляції, який перебуває в осадженні білка без нагрівання при підкисленні його кислотами або солями важких металів до ізоелектричної точки (рН 4,8-5,2). Недолік способу низький вихід білка (40-50%), необхідність нейтралізації середовища. Найбільш близьким до пропонованого є спосіб електротермічної обробки, при якому білковосодержащее середовище нагрівають електричним струмом промислової частоти до 70-100 про С. Напруженість електричного поля між електродами, розташованими в середовищі коагулируемой становить (5-25) 10 2 В/м. Вихід білка досягає 80-84% енергоємності 0,12 МДж/кг. Мета винаходу - збільшення виходу білка, зниження енергоємності процесу. Для досягнення поставленої мети, білок коагулюють в камері, розділеною мембранною перегородкою, проникною для неорганічних сполук (в основному іонів Н+ та ОН-) і практично непроникною для іонів білка через їх "великі" розміри. При протіканні, наприклад, через картопляний сік постійного струму від позитивного електрода до негативного іони Н + рухаються до катода, а іони гідроксильних груп - до анода. Це призводить до зменшення рН у анода та збільшення у катода. Кисле середовище у анода коагулює білок. Крім того, електричний струм, проходячи через картопляний сік, активізує масоперенесення та швидкість хімічних реакцій, не викликаючи його значне нагрівання. Завдяки цьому температура соку підвищується лише до 30-40 про С. Таким чином, внаслідок термохімічної дії електричного струму, білок коагулює при температурах значно менших, ніж при відомих термічних способах, що знижує енергоємність процесу до 0,05 МДж/кг. Спільну хімічну та термічну дію електричного струму збільшує вихід білка до 97%. Відпрацьовану фракцію з катодної області вносять в анодну в пропорції, що не порушує процес коагуляції. П р і м е р. Сік картоплі (рН 6,6-6,8) поміщають у робочу камеру коагулятора, анодне (А) і катодне (К) простору якої розділені мембранною перегородкою щодо А:K 4:1, практично непроникною для компонентів соку без електричного струму. . До електродів камери від випрямляча підводять постійний струм напруженістю електричного поля в міжелектродному просторі (3-5)10 2 В/м, під дією якого знижується рН до 2,5-5. При перебігу коагуляції реєструють температуру. При досягненні 30-40 про З процес припиняють. У процесі коагуляції оброблений продукт з катодної області подають до анодної, змішуючи його зі "свіжим" соком. Час обробки залежить від напруженості електричного поля та вихідної температури соку. Скоагулированный білок виділяють із соку загальноприйнятими методами. У таблиці наведено порівняльну оцінку різних способів коагуляції, отриману в лабораторії транспорту та регуляції обміну речовин рослин Академії наук РБ. Дослідження показали, що пропонований спосіб збільшує вихід білка на 10-15% знижує енергоємність у 2-3 рази; При цьому щільність постійного струму при коагуляції не перевищує 8000 А/м 2 що дозволяє зменшити температуру обробки.

формула винаходу

1. СПОСІБ КОАГУЛЯЦІЇ БІЛКУ, що включає розміщення білоксодержащего матеріалу в камері, анодна і катодна області якої розділені мембранною перегородкою, і пропускання постійного електричного струму між електродами, розташованими у зазначених областях, який відрізняється тим, що в процесі протікання струму реєструють величину рН оброблюваного матеріалу в ан області камери та при величині рН не більше 5 припиняють пропускання струму. 2. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що після видалення коагулянту з анодної області камери білокмісткий матеріал, що залишився в катодній області камери, переміщають в анодну область і обидві області доповнюють до робочого рівня новим матеріалом, що містить білок. 3. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що густина постійного струму в процесі коагуляції вибирають не більше 8000 А/м 2 .

Для виділення білків сироваткових необхідно змінити нативну структуру білка. У цьому зміні (денатурації) порушується його структура. Білкова глобула у процесі денатурації розгортається. Процес супроводжується зміною конфігурації, гідратації та агрегатного стану частинок. Білкова глобула у процесі денатурації стає менш стійкою.

Стійкість глобул білків молочної сироватки обумовлена ​​конформацією частинок, зарядом та наявністю гідратної оболонки (сольватного шару). Для виділення білків необхідно порушити рівновагу трьох або хоча б двох зазначених факторів стійкості.

У свіжій молочній сироватці білкові частки перебувають у нативному стані. За зміни нативного стану білка (денатурації) насамперед порушується його структура. Білкова глобула у процесі денатурації розгортається, навіщо необхідно порушити від 10 до 20% зв'язків, що у її освіті. Процес денатурації супроводжується зміною конфігурації, гідратації та агрегатного стану частинок. Білкова глобула внаслідок денатурації стає менш стійкою.

Для подолання потенційних бар'єрів стійкості білкових частинок можна застосовувати різні способи денатурації: нагрівання, опромінення, механічний вплив, введення речовин, що десольватують, окислювачів і детергентів, зміна реакції середовища. Введення в розчини деяких речовин сприяє тепловій денатурації.

Класифікація методів коагулювання сироваткових, що розглядаються в даній роботі, представлена ​​на схемі (рис. 3).

Рис. 3.

В кінцевому рахунку, до виділення білків призводять вторинні явища після денатурації, такі як асоціація глобул, що розгорнулися, і хімічна зміна їх. Тут на перший план виступає утворення міжмолекулярних зв'язків та агрегація на противагу внутрішньомолекулярним процесам, що відбуваються при денатурації.

У цілому нині процес виділення білків молочної сироватки можна охарактеризувати як коагуляцію.

З урахуванням доцільності вилучення та використання білків коагуляцію сироваткових білків необхідно закріпити, щоб уникнути процесу ренатурації (відновлення нативної структури білків), а також максимально можливого обмеження розпаду агрегатів, що утворюються.

Однак слід враховувати, що в результаті теплової денатурації крім розриву водневих зв'язків білкової частки відбувається їхня дегідратація, що полегшує подальшу агрегацію білкових частинок. Іони-коагулянти (кальцій, цинк та ін), активно сорбуючись на поверхні білкової частки, забезпечують коагуляцію, а при значних дозах можуть призвести до висолення білків.

В основі процесу утворення пластівців білків при кип'ятінні сусла лежить теплова коагуляція, яка протікає у дві стадії. Першою стадією є дегідратація білкової молекули і перехід її в стан суспензоїду - відбувається денатурація білка, тобто перетворення гідрофільного золю на гідрофобний. в даному випадку суслом), який у цих двох золів різний; у ліофобних колоїдів поверхневий шар характеризується дуже високою чутливістю до дії електролітів, наявність яких у суслі завжди можлива.
Денатуровані білки утримуються в суспендованому стані завдяки власним електричним зарядам, які не дозволяють зближуватись окремим молекулам білка.
Друга стадія коагуляції полягає в тому, що дегідровані молекули денатурованого білка під дією електролітів з'єднуються в грубіші, більші за обсягом пластівці (утворення бруха).
Незважаючи на повне завершення першої стадії друга стадія може відбуватися нс повністю. Білки можуть денатурувати за будь-якого значення pH, а коагуляція найлегше протікає поблизу ізоелектричної точки.
Так як в суслі знаходяться різні фракції білків, що осаджуються при різних значеннях pH, то, природно, не вага вони однаковою мірою будуть коагулюватися. Наприклад, ізоелектрична точка ячмінного альбуміну (лейкозину) лежить при pH 5,75; різними ізоелектричними точками мають окремі фракції ячмінного глобуліну (едестину); ?-глобулін – при pH 5,0; ?-глобулін – при pH 4,9; ?-глобулін – при pH 5,7.
Як відомо, ?-глобулін є головною білковою складовою частиною каламуті пива, Ізоелектрична точка цього білка зазвичай досить далеко від pH сусла.
Зниження pH затора сприятливо діє виділення коагулируемого білка.
При кип'ятінні сусла білкові речовини, що несуть позитивний заряд, прагнуть з'єднатися з речовинами, зарядженими негативно, тому цілком природно утворення комплексів білків з дубильними речовинами, оскільки таніни мають негативний заряд.
До іонів, що сприяють коагуляції білків, відносяться іон сульфатний. Гіпсована вода, наприклад, викликає дуже добрий брух.
Як видно зі сказаного, коагуляція білків при кип'ятінні сусла, та ще й у присутності речовин хмелю, є складним процесом. При цьому утворюються комплексні сполуки білків з іншими сполуками (іонами неорганічних солей, танінами, крем'яною кислотою і колоїдними сполуками, що знаходяться в суслі). Вони утворюють складні білково-колоїдні міцели, які мають адсорбційні властивості, для яких потрібні інші умови осадження, ніж для чистих білків.
Вплив pH на випадання білків при кип'ятінні як неохмеленого, і охмеленного сусла, очевидно, за даними, отриманим Д.П. Щербачової, показано у табл. 71.

У практиці пивоваріння максимальна коагуляція білків спостерігається за pH 5,2-5,0; у цьому перевага підкислення заторів.
Концентрація водневих іонів під час кип'ятіння сусла підвищується; pH знижується на 02-03. Хмелеві кислоти погано дисоціюють і тому можуть бути причиною такого сильного збільшення концентрації водневих іонів (зниження pH на 0,3 відповідає збільшенню [Н+] вдвічі). Основна причина цього явища пов'язана з утворенням триосновних фосфорнокислих солей кальцію та магнію, які нерозчинні у воді та випадають із сусла.
На коагуляцію білків значний вплив має тривалість кип'ятіння. У табл. 72 наведені дані, отримані тим самим дослідником при кип'ятінні неохмеленого сусла.

У першому досвіді при тригодинному кип'ятінні було досягнуто максимальної коагуляції білків, у другому - коагуляція тривала ще й після тригодинного кип'ятіння. У літературі є вказівки, що з семигодинном і навіть дев'ятигодинному кип'ятінні сусла не видаляються повністю здатні до коагуляції білки.
Значний вплив на коагуляцію білків при кип'ятінні надає концентрація сусла. Білки швидше коагулюють у суслі низької екстрактивності; у щільнішому суслі коагуляція протікає повільніше.
Автор простежив динаміку зменшення білка в суслі різної щільності протягом 6 год кип'ятіння без додавання хмелю та з хмелем (рис. 27, а і б).

Роль дубильних речовин у коагуляції білків досі повністю не виявлена. Очевидно, це пов'язано з тим, що дубильні речовини мають складний склад як і про оболонці ячменю (солоду), і у хмелі перебувають разом із гіркими речовинами. У неохмеленном суслі Гартонг встановив наявність 111 мг дубильних речовин на 1 л, а з допомогою хмелю кількість їх збільшилася лише з 80 мг/л, З солоду дубильних речовин перетворюється на сусло більше, ніж із хмелю. Загальноприйнятим вважається, що дубильні речовини хмелю сприяють виділенню білкових речовин, Роботи Шустера і Рааба показали, що в суслі як до кип'ятіння, так і після кип'ятіння без хмелю містилося приблизно однакова кількість дубильних речовин (365,1 і 363,9 мг/л) , тоді як кількість азотистих речовин знизилося від 803 до 760 мг/л. Це може вказувати, що коагуляція білків при кип'ятінні сусла відбувається без участі дубильних речовин.
Однак нетривале кип'ятіння сусла перед додаванням до нього хмелю, яке застосовується на деяких заводах, дозволяє отримати пиво з більш чистим смаком.
Дубильні речовини хмелю та оболонки ячменю мають різний характер. Очевидно, дубильні речовини хмелю дуже впливають на утворення смаку нива. Характерні властивості свого пива чеські дослідники пов'язують з наявністю в сортах чеського хмелю великих кількостей дубильних речовин у порівнянні з хмелем інших країн та певним співвідношенням окремих фракцій цих речовин.
Таніни є хімічно нестійкими речовинами і при окисленні конденсуються у флобафени, які за існуючою в пивоварінні думці утворюють з білками сусла комплекси, нерозчинні як у гарячому стані, так і при охолодженні. З'єднання ж дубильних речовин з білками не схильні до коагуляції у гарячому стані і тому не випадають у гарячому суслі, але при охолодженні частково випадають та обумовлюють помутніння охолодженого сусла. Оскільки відбувається лише часткове випадання, то кілька їх потрапляє і пиво.
При окисленні дубильних речовин утворюються сполуки, подібні до флобафенів, що є однією з причин появи колоїдної каламуті пива. Так як речовини цієї каламуті здатні утворювати надалі пластівцевий осад, пофарбований і коричневий колір, можна припускати, що однією з складових частин цього осаду є флобафен.
Як відомо, поліфеноли, і зокрема таніни, подібно до піррогалолу мають властивість легко з'єднуватися з атмосферним киснем до утворювати тим незабарвлені речовини. Домішка цих речовин до білкових сполук, ймовірно, викликає потемніння останніх, особливо при експозиції на повітрі.
Важливим чинником виділення білка з сусла є інтенсивність кип'ятіння.
Антоціанідини, що містяться в хмелі, переходять у сусло і переносять кип'ятіння, проте зазвичай загальна кількість їх у суслі не збільшується, оскільки антоціаногени частково адсорбуються білками, що виділяються при кип'ятінні. Кількість антоціаногенів, що надходять у сусло, приблизно становить 1/12-1/6 тієї кількості, що виділяється із солоду та нескладеного ячменю.
Речовини сусла, що знаходяться на поверхні, відіграють особливо важливу роль утворенні осаду. Мимовільне прагнення зменшення поверхневого натягу на межі розділу сусло - повітря викликає швидку міграцію на поверхню частинок білків, що є поверхнево-активними речовинами. Концентрація їх у поверхневому шарі збільшується, і можливість зіткнення однієї частинки з іншою стає набагато більшою, ніж у глибоких шарах. На плівці, що оточує пляшечку пари, молекули білка конденсуються, аглютинують і при лопання бульбашок білки виділяються у вигляді великих нерозчинних агрегатів, які надалі випадають в осад. Тому інтенсивне кип'ятіння сусла в сусловарковому котлі завжди сприяє утворенню гарного бруха і зменшує можливість помутніння пива надалі.
Хмелеві шишки містять низку макро- та мікроелементів, серед яких алюміній займає перше місце; мідь, залізо та цинк перебувають у меншій кількості. Вміст мікроелементів дуже невеликий. Всі вони певною мірою впливають на коагуляцію білків при кип'ятінні сусла. А.В. Андрющенко та Г.І. Фертман, досліджуючи склад білкового коагулянту після кип'ятіння сусла, встановили, що особливо важливе значення у вказаному процесі мають залізо та цинк, значно менше – хром та олово.