--PAGE_BREAK--
Таблица 1 – Продукты, содержащие белки
Белки — незаменимый строительный материал. Одной из важнейших функций белковых молекул является пластическая. Все клеточные мембраны содержат белок, роль которого здесь разнообразна. Количество белка в мембранах составляет более половины массы.
Многие белки обладают сократительной функцией. Это, прежде всего, белки актин и миозин, входящие в мышечные волокна высших организмов. Мышечные волокна — миофибриллы — представляют собой длинные тонкие нити, состоящие из параллельных более тонких мышечных нитей, окруженных внутриклеточной жидкостью. В ней растворены аденозинтрифосфорная кислота (АТФ), необходимая для осуществления сокращения, гликоген — питательное вещество, неорганические соли и многие другие вещества, в частности кальций.
Велика роль белков в транспорте веществ в организме. Имея различные функциональные группы и сложное строение макромолекулы, белки связывают и переносят с током крови многие соединения. Это, прежде всего, гемоглобин, переносящий кислород из легких к клеткам. В мышцах эту функцию берет на себя еще один транспортный белок — миоглобин.
Еще одна функция белка — запасная. К запасным белкам относят ферритин — железо, овальбумин — белок яйца, казеин — белок молока, зеин — белок семян кукурузы.
Регуляторную функциювыполняют белки-гормоны. Гормоны — биологически активные вещества, которые оказывают влияние на обмен веществ. Многие гормоны являются белками, полипептидами или отдельными аминокислотами. Одним из наиболее известных белков-гормонов является инсулин. Этот простой белок состоит только из аминокислот. Функциональная роль инсулина многопланова. Он снижает содержание сахара в крови, способствует синтезу гликогена в печени и мышцах, увеличивает образование жиров из углеводов, влияет на обмен фосфора, обогащает клетки калием.
Регуляторной функцией обладают белковые гормоны гипофиза — железы внутренней секреции, связанной с одним из отделов головного мозга. Он выделяет гормон роста, при отсутствии которого развивается карликовость. Этот гормон представляет собой белок с молекулярной массой от 27000 до 46000.
Одним из важных и интересных в химическом отношении гормонов является вазопрессин. Он подавляет мочеобразование и повышает кровяное давление. Вазопрессин — это октапептид циклического строения.
Регуляторную функцию выполняют и белки, содержащиеся в щитовидной железе — тиреоглобулины, молекулярная масса которых около 600000. Эти белки содержат в своем составе йод. При недоразвитии железы нарушается обмен веществ.
Другая функция белков — защитная. На ее основе создана отрасль науки, названная иммунологией.
В последнее время в отдельную группу выделены белки с рецепторной функцией. Есть рецепторы звуковые, вкусовые, световые и др.
Следует упомянуть и о существовании белковых веществ, тормозящих действие ферментов. Такие белки обладают ингибиторными функциями. При взаимодействии с этими белками фермент образует комплекс и теряет свою активность, полностью или частично. Многие белки — ингибиторы ферментов — выделены в чистом виде и хорошо изучены. Их молекулярные массы колеблются в широких пределах; часто они относятся к сложным белкам — гликопротеидам, вторым компонентом которых является углевод.
Если белки классифицировать только по их функциям, то такую систематизацию нельзя было бы считать завершенной, так как новые исследования дают много фактов, позволяющих выделять новые группы белков с новыми функциями. Среди них уникальные вещества — нейропептиды (ответственные за важнейшие жизненные процессы: сон, память, боль, чувство страха, тревоги).
1.3. Изменение содержания белков в процессе технологической обработки
Под действием обработки изменяются содержащиеся в продуктах белки, жиры, углеводы, витамины, минеральные и вкусовые вещества, что влияет на усваиваемость, пищевую ценность, массу, вкус, запах, цвет используемых продуктов.
Белки коагулируют (свертываются) при температуре выше 70° С, теряют способность к набуханию, благодаря чему после тепловой обработки уменьшается масса мяса и рыбы.
Такие продукты, как мясо, рыба, яйца, нельзя перепаривать, так как при этом падает их усвояемость за счет изменений, происходящих в молекулах белка: коллаген переходит в глютин, размягчая ткани.
Денатурация белков — это сложный процесс, при котором под влиянием внешних факторов (температуры, механического воздействия, действия кислот, щелочей, ультразвука и др.) происходит изменение вторичной, третичной и четвертичной структур белковой макромолекулы, т. е. нативной (естественной) пространственной структуры. Первичная структура, а следовательно, и химический состав белка не меняются. При кулинарной обработке денатурацию белков чаще всего вызывает нагревание. Процесс этот в глобулярных и фибриллярных белках происходит по-разному. В глобулярных белках при нагревании усиливается тепловое движение полипептидных цепей внутри глобулы, водородные связи, которые удерживали их в определенном положении, разрываются и полипептидная цепь развертывается, а затем сворачивается по-новому. При этом полярные (заряженные) гидрофильные группы, расположенные на поверхности глобулы и обеспечивающие ее заряд и устойчивость, перемещаются внутрь глобулы, а на поверхность ее выходят реакционноспособные гидрофобные группы (дисульфидные, сульфгидрильные и др.), не способные удерживать воду. Денатурация сопровождается изменениями важнейших свойств белка: потерей индивидуальных свойств (например, изменение окраски мяса при его нагревании вследствие денатурации миоглобина); потерей биологической активности (например, в картофеле, грибах, яблоках и ряде других растительных продуктов содержатся ферменты, вызывающие их потемнение, при денатурации белки-ферменты теряют активность); повышением атакуемости пищеварительными ферментами (как правило, подвергнутые тепловой обработке продукты, содержащие белки, перевариваются полнее и легче); потерей способности к гидратации (растворению, набуханию); потерей устойчивости белковых глобул, которая сопровождается их агрегированием (свертыванием, или коагуляцией, белка).
Агрегирование— это взаимодействие денатурированных молекул белка, которое сопровождается образованием более крупных частиц. Внешне это выражается по-разному в зависимости от концентрации и коллоидного состояния белков в растворе. Так, в малоконцентрированных растворах (до 1%) свернувшийся белок образует хлопья (пена на поверхности бульонов). В более концентрированных белковых растворах (например, белки яиц) при денатурации образуется сплошной гель, удерживающий всю воду, содержащуюся в коллоидной системе.
Белки, представляющее собой более или менее обводненные гели (мышечные белки мяса, птицы, рыбы; белки круп, бобовых, муки после гидратации и др.), при денатурации уплотняются, при этом происходит их дегидратация с отделением жидкости в окружающую среду. Белковый гель, подвергнутый нагреванию, как правило, имеет меньшие объем, массу, большие механическую прочность и упругость по сравнению с исходным гелем нативных (натуральных) белков. Скорость агрегирования золей белка зависит от рН среды. Менее устойчивы белки вблизи изоэлектрической точки.
Деструкция белков. При длительной тепловой обработке белки подвергаются более глубоким изменениям, связанным с разрушением их макромолекул. На первом этапе изменений от белковых молекул могут отщепляться функциональные группы с образованием таких летучих соединений, как аммиак, сероводород, фосфористый водород, углекислый газ и др. Накапливаясь в продукте, они участвуют в образовании вкуса и аромата готовой продукции. При дальнейшей гидротермической обработке белки гидролизуются, при этом первичная (пептидная) связь разрывается с образованием растворимых азотистых веществ небелкового характера (например, переход коллагена в глютин). Деструкция белков может быть целенаправленным приемом кулинарной обработки, способствующим интенсификации технологического процесса (использование ферментных препаратов для размягчения мяса, ослабления клейковины теста, получение белковых гидролизатов и др.).
Пенообразование. Белки в качестве пенообразователей широко используют при производстве кондитерских изделий (тесто бисквитное, белково-взбивное), взбивании сливок, сметаны, яиц и др. Устойчивость пены зависит от природы белка, его концентрации, а также температуры.
1.4. Изменение содержания белков при хранении
При холодильном хранении и замораживании чистых растворов белков происходит агрегация молекул белка. Обычно этому процессу предшествует денатурация белка. Данные определения молекулярной массы, констант седиментации и скорости диффузии образующихся при замораживании и холодильном хранении белковых частиц свидетельствуют о структурных изменениях этого белка. По некоторым данным, в процессе холодильной обработки рыбы возможно не только понижение, но и повышение растворимости белка. Так, в балтийской сельди растворимость белка в мышечной ткани мороженой рыбы увеличивалась даже во время окоченения.
Во время хранения мяса создаются благоприятные условия для вторичного взаимодействия липидов с белками. Это происходит потому, что нативные белки при хранении быстро разрушаются, структурная упорядоченность клеточных мембран утрачивается, пространственная разграниченность химических компонентов клеток нарушается. Во взаимодействие с белками вступают при этом как полярные и нейтральные жиры, так и продукты их распада и окисления.
Взаимодействие между липидами и белками происходит в продуктах и при хранении в замороженном состоянии. Результаты исследования мяса и рыбы показали, что волнообразно изменялись растворимость различных белковых фракций мышечной ткани, содержание сульфгидрильных и дисульфидных групп в белках, а также активность ряда ферментов.
Качественный состав аминокислот в процессе хранения продукта определяется многими факторами и зависит от активности различных ферментов мышечной ткани и индивидуальные превращения аминокислот, от аминокислотного состава расщепляемых белков, их количества и степени атакуемости ферментами, изменении рН, температуры и других взаимосвязанных факторов.
2. Практическая часть
2.1. Характеристика количественных методов определения содержания белков
Методы количественного определения белковой фракции основаны на определении количества общего азота. Наиболее распространенным считают определение методом Кьельдаля, который позволяет выделять азот ввиде аммиака только из аминов и их производных, но некоторые азотсодержащие соединения в этих условиях наряду с аммиаком образуют также молекулярный азот, что приводит к получению заниженных данных.
Метод Кьельдаля.
Метод Кьельдаля относительно прост, хорошо воспроизводим, стандартизирован и имеет несколько модификаций.
Метод включает в себя три основных этапа: дигерирование, дистилляцию и титрование.
Метод основан на окислении органических веществ до СО2, Н2О, NH3при нагревании с крепкой серной кислотой. Аммиак реагирует с избытком H2SO4 конци образует с ней сульфат аммония.
R-CHNH2COOH + H2SO4→ CO2 + H2O + NH3;
2NH3 + H2SO4→ (NH4)2SO4.
После окончания сжигания навески избыток кислоты нейтрализуют щелочью, а аммиак, связанный в виде сульфата аммония, вытесняется избытком щелочи
(NH4)2SO4 + 2NaOH → Na2SO4+ 2NH4OH.
После сжигания навески определение азота ведется колориметрически по оптической плотности окрашенных растворов, полученных при взаимодействии с реактивом Несслера.
Аммиак и соли аммония способны образовывать с реактивом Несслера (двойная соль йодистой ртути и йодистого калия, растворенная в едком калии). Иодид меркураммония – вещество, окрашенное в желто-бурый цвет.
NH4OH+ 2(HgI2KI) + 3KOH= OHg2NH2I+ 7KI+ 3H2O.
Исследование проводят по следующей схеме:
Навеску исследуемого продукта в объеме 0,04 г, взятую с точностью ±0,0001, помещают в пробирку. Затем последовательно вводят 2 мл H2SO4 (удельная плотность 1,84) и 1…2 капли H2O2(33%). Проводят минерализацию, нагревая пробирку на водяной бане, при температуре 85 град.
Легко окисляющиеся вещества при этом полностью окисляются в течение 1…2 минуты, и обесцвеченная жидкость при дальнейшем нагревании остается бесцветной.
По окончании окисления, содержимое пробирки переводят количественно в мерную колбу на 100 мл до метки. Хорошо перемешав содержимое колбы, берут пробу в 10 мл и точно оттитровывают 0,5н NaOHпо фенолфталеину, для определения количества щелочи, необходимой для нейтрализации.
После этого берут пробу того же раствора в 10 мл и переводят в другую мерную колбу на 100 мл, прибавляют установленное количество 0,5н NaOHдля нейтрализации кислоты. После этого доводят водой до метки и хорошо взбалтывают. Эта жидкость используется для приготовления окрашенных растворов.
Приготовление окрашенных растворов. Для этого в двух мерных колбах емкостью по 100 мл готовят рабочий и стандартный растворы. В одну наливают 10 мл исследуемого раствора, доливают обе колбы на три четверти водой, после чего добавляют 4 мл раствора Несслера и доводят до метки.
Затем определяют оптическую плотность полученных окрашенных растворов.
На основании данных анализа проводят расчет содержания белка (%) по формуле:
,
где 0,002 – количество мг азота в 1 мл стандартного рабочего раствора;
Dm— оптическая плотность рабочего раствора;
Dm– оптическая плотность стандартного раствора;
m– масса навески исследуемого вещества, г;
К – коэффициент пересчета азота на белок, равный для продуктов животного происхождения 6,25; для продуктов растительного происхождения 5,7.
Метод формольного титрования.
Другим количественным методом определения содержания белка является метод формольного титрования, который обычно применяют на молочных заводах.
Метод можно применять только для анализа свежего сырого молока кислотностью не выше 22 ºТ. Нельзя контролировать данным методом консервированные пробы.
Метод заключается в блокировке NH2-групп белков продукта внесенным формалином с образованием метилпроизводных белков, карбоксильные группы которых могут быть нейтрализованы щелочью:
HOOC – R – NH2+ 2HCHO → HCHO – R – N(CH2OH)2;
HCHO – R – N(CH2OH)2+ NaOH → NaOH – R – N(CH2OH)2+ H2O.
Количество щелочи, пошедшее на титрование кислых карбоксильных групп, пересчитывают на массовую долю белков.
Исследование проводят по следующей схеме:
В колбу вместительностью 100 см³ отмеривают 20 см³ исследуемого продукта, 10-12 капель 1% раствора фенолфталеина и титруют 0,1н раствором гидроксида натрия до появления розовой окраски, соответствующей цвету эталона. Затем вносят прибором для автоматического отмеривания 4 мл нейтрализованного 40% формалина и вновь титруют 0,1н раствором гидроксида натрия до окраски эталона. Количество щелочи, пошедшее на второе титрование (при первом титровании она расходуется на нейтрализацию веществ, обусловливающих кислотность продукта), умножают на коэффициент 0,959 и получают массовую долю белков в продукте в процентах.
Для перевода количества раствора гидроксида натрия в проценты белка можно пользоваться таблицей.
Расход 0,1н раствора NaOH, мл
Массовая доля белка, %
Расход 0,1н раствора NaOH, мл
Массовая доля белка, %
2,45
2,35
3,15
3,03
2,50
2,40
3,20
3,07
2,55
2,44
3,25
3,12
2,60
2,49
3,30
3,16
2,65
2,54
3,35
3,21
2,70
2,59
3,40
3,25
2,75
2,64
3,45
3,31
2,80
2,69
3,50
3,35
2,85
2,73
3,55
3,40
2,90
2,78
3,60
3,45
2,95
2,83
3,65
3,50
3,00
2,88
3,70
3,55
3,05
2,93
3,75
3,60
3,10
2,98
3,80
3,65
Таблица 2 — Зависимость массовой доли белков от объема раствора щелочи, затраченного на титрование проб в присутствии формалина
2.2. Характеристика качественных методов определения содержания белков
Реакции осаждения белков
Белки в растворе и соответственно в организме сохраняются в нативном состоянии за счет факторов устойчивости, к которым относятся заряд белковой молекулы и гидратная оболочка вокруг нее. Удаление этих факторов приводит к склеиванию молекул белков и выпадению их в осадок. Осаждение белков может быть обратимым и необратимым в зависимости от реактивов и условий реакции. В лабораторной практике реакции осаждения используют для выделения альбуминовой и глобулиновой фракций белков, количественной характеристики их устойчивости, обнаружения белков в биологических жидкостях и освобождения от них с целью получения без белкового раствора.
Обратимое осаждение.
Под действием факторов осаждения белки выпадают в осадок, но после прекращения действия (удаления) этих факторов белки вновь переходят в растворимое состояние и приобретают свои нативные свойства. Одним из видов обратимого осаждения белков является высаливание.
продолжение
--PAGE_BREAK--