Получение пищевого белка

Негосударственное образовательное учреждение

высшего профессионального  образования

«Смоленский гуманитарный университет»

 

 

 

 

 

 

 

 

Реферат

по дисциплине:

«Органическая химия»

на тему:

«Получение пищевого белка»

 

 

Выполнила:

студентка 2 курса

факультета МТиИЯ

                                                         специальность:

технология продуктов

общественного питания

заочного отделения

Казякаева Н. А.

 

Преподаватель:

Журова В. Г.

 

 

 

 

Смоленск

2013

 

 

 

 

Содержание

 

Введение

1. Получение пищевого белка.
2. Белки молока.
3. Заключение.
4. Список литературы.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

 

Белки являются главным носителем  жизни. «Повсюду, где мы встречаем  жизнь, — пишет Ф. Энгельс, — мы находим, что она связана с  каким-либо белковым телом, и повсюду, где мы встречаем какое-либо белковое тело, которое не находится в процессе разложения, мы без исключения встречаем  и явления жизни...». «Жизнь есть способ существования белковых тел...»

В организмах животных и  растений белки выполняют самые  различные функции. Они составляют основу опорных, мышечной и покровных  тканей (кости, хрящи, сухожилия, кожа), играют решающую роль в процессах  обмена веществ и размножения  клеток. Белковыми телами являются многие гормоны, энзимы, пигменты, антибиотики, токсины.

Вследствие исключительной нестойкости белки не имеют определенной температуры плавления и не перегоняются. Это затрудняет их выделение и  идентификацию.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. Получение пищевого белка.

 

При производстве пищевого белка речь прежде всего идет о разработке эффективных методов выделения белка из различных многокомпонентных систем, сложной структуры. При переработке белка в пищевые продукты и его потреблении, напротив, наибольший интерес представляет введение белка во многокомпонентные пищевые системы и его поведение в этих системах. Следовательно, хотя задачи этих направлений различны, они имеют общую научную базу — изучение поведения белка в многокомпонентных системах, его взаимодействия с другими компонентами продовольственного сырья и пищевого продукта. 
 Производство пищевого белка должно обеспечивать выпуск продукции, отвечающей основным критериям качества. Важное значение приобретают вопросы необходимой степени очистки белка от токсичных, антипитательных и нежелательных веществ, с тем чтобы белок мог быть использован для питания. Наряду с этим возникает задача получения одновременно с пищевым белком других ценных компонентов исходного сырья с достаточно высоким выходом и показателями качества. Решение этой задачи позволяет не только снизить затраты на производство пищевого белка, но часто обеспечивает повышение функциональных свойств и биологической ценности белка, его пригодность для продолжительного хранения. Поэтому целесообразно остановиться на задачах и условиях отделения белка от тех или иных конкретных компонентов сырья, так как они определяют выбор, с одной стороны, сырья для производства пищевого белка, с другой — необходимой технологии, надежно обеспечивающей качество продукции. 
 Принимая во внимание состав биологических объектов, используемых в качестве сырья, очевидно, что к целевым продуктам, которые могут производиться одновременно с пищевым белком, следует отнести углеводы и липиды. Помимо этих основных продуктов интерес представляет также производство витаминов, пищевых красителей, ПАВ и других веществ. 
К токсическим, антипитательным и нежелательным веществам, которые необходимо отделить от пищевого белка или же подавить их активность, относят прежде всего ингибиторы пищеварительных ферментов, гемагглютинины, полифенольные соединения, фитин и ряд олигосахаров наряду с веществами, обусловливающими нежелательный цвет, вкус и запах. Они широко распространены в растительном сырье, перспективном в качестве источника пищевого белка. К нежелательным соединениям относят также органические растворители и ряд веществ, используемых или образующихся в процессах производства белка.

  Отделение белка от липидов обеспечивает увеличение сроков его хранения, улучшение функциональных и органолептических свойств, а также снижение стоимости. Улучшение органолептических свойств белка обусловлено как отделением жирорастворимых вкусовых и ароматических веществ, так и предотвращением образования продуктов, гидролиза и окисления липидов. Изменение функциональных свойств белка обусловлено снижением роли липид-белковых взаимодействий и химической модификацией белков при взаимодействии с липидами или продуктами окисления липидов.        Особенно существенное влияние липиды оказывают на свойства белков при продолжительном хранении. В этих случаях обычно требуются добавление антиоксидантов и выбор условий хранения. Липиды могут присутствовать в значительных количествах в препаратах пищевого белка, которые, не являясь коммерческими продуктами, перерабатываются в новые формы непосредственно после выделения. 
 Липиды обычно отделяют от белка экстракцией органическими растворителями. Для этого наиболее широко используют алифатические углеводороды, такие, как гексан, гептан, циклогексан и петролейный эфир, а также полярные органические растворители, например этанол, изопропанол и трихлорэтилен. Возникает два рода проблем. Во-первых, спирты и другие полярные органические растворители могут непосредственно в процессе экстракции вызывать денатурацию белка, снижая его растворимость и другие функциональные свойства. Во-вторых, возникает необходимость нагревания белка для удаления остатков растворителя, что может приводить к повышению его биологической ценности, но одновременно к снижению растворимости и других функциональных свойств. В этой связи большой интерес представляет возможность отделения липидов в виде белок-липидных комплексов из водных растворов белка с помощью анионных полисахаридов. В последнее время получили также развитие методы водной экстракции белка без предварительного извлечения липидов органическими растворителями. В этом случае липиды отделяют из водного раствора белка центрифугированием и другими методами. Этот процесс позволяет повысить функциональные свойства белка. 
 Углеводы отделяют от белка с разными целями и различными методами. К первой по значению группе углеводов относятся крахмалы — нейтральные высокомолекулярные полисахариды. Они сосредоточены в семенах, корнях и клубнях растений в виде плотных частиц размером 2—100 мкм. Крахмал отделяют от белка промывкой большим количеством воды либо центрифугированием суспензией за счет более высокой плотности кристаллических зерен крахмала. Присутствие клейстеризованного крахмала и продуктов его гидролиза в белковых системах может существенным образом менять их структуру и фазовое состояние, а также функциональные свойства белка.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2. Белок молока.

 

  Производство пищевых белков молока получило быстрое развитие за последние три десятилетия. Целесообразность и перспективность этого производства прежде всего обусловлены четырьмя причинами. Во-первых, ввиду значительных затрат ресурсов при современном интенсивном производстве животного белка нецелесообразно применение этого белка в кормовых и технических целях. Тем более недопустимы потери этого белка и загрязнение им окружающей среды. Во-вторых, это обусловлено высокой биологической ценностью белков молока. В-третьих, они являются наиболее дешевыми из животных белков ввиду относительно низкой стоимости обезжиренного молока и молочной сыворотки. В-четвертых, это определяется относительной простотой технологии производства этих белков, в том числе отсутствием в сырье каких-либо токсичных и антипитательных веществ. Исключение составляет лактоза, непереносимость которой характерна для значительной части населения. 
 Производство пищевых белков молока призвано обеспечить комплексную безотходную переработку молока с более высокой экономической эффективностью, а также расширить ресурсы пищевых белков в результате более полного и рационального потребления. Лишь часть молока непосредственно используют для питания. Другую часть перерабатывают традиционными методами, и его белковые компоненты лишь частично применяют для питания. 
 Как и при производстве других пищевых белков, проблема пищевых белков молока возникла в силу особенностей традиционной технологии переработки молока. Ориентация последней на выпуск сливочного масла, сливок, сыров, творога приводит к образованию значительных объемов побочных продуктов в виде обезжиренного молока, пахты и сыворотки. Подобная ситуация обусловлена двумя причинами. Во-первых, историческим стремлением производить пищевые продукты (масло, сыры, сухой творог и т. д.), пригодные для более продолжительного хранения, чем молоко, а также расширить ассортимент молочных продуктов, обеспечивая тем самым широкое и более полное его потребление в виде продуктов более высокой стоимости. Вторая причина заключается в невысоких функциональных свойствах белков молока в составе побочных продуктов и выделяемых из них белков традиционными методами, что осложняет широкое введение этих белков в традиционные пищевые продукты. 
Хотя применение молочной сыворотки и обезжиренного молока в хлебопечении, а также сухого молочного творога для получения ряда молочных продуктов и блюд практиковалось еще в глубокой древности, но по мере развития специализации и укрупнения пищевых производств, возникновения проблем транспортировки и хранения низко концентрированных пищевых систем сфера их использования непрерывно сокращалась. Еще в 1950-е гг. в США большую часть обезжиренного молока скармливали скоту или сливали в канализацию, а молочную сыворотку использовали в кормовых целях, для полива полей, но преимущественно сливали в водоемы. Подобное положение существовало и во многих других странах с развитой молочной промышленностью. 
 Затем ситуация коренным образом изменилась. Во-первых, за последние несколько десятилетий были развиты новые более эффективные методы выделения белков из разбавленных растворов, новые методы их очистки (ультрафильтрация, обратный осмос, ко преципитация), а также регулирования функциональных свойств пищевых белков. Они были успешно применены для выделения белков молока с более высоким выходом, чистотой, меньшими затратами, а также с лучшими и варьируемыми функциональными свойствами (казеинаты, копреципитаты и т. д.). Это обеспечило более широкое применение их в пищевой промышленности. 
 Во-вторых, было осознано, что обезжиренное молоко и молочная сыворотка — слишком дорогие корма, которые могут быть с успехом заменены растительными и другими более дешевыми продуктами. В результате появления благоприятных экономических и технологических предпосылок получило развитие производство на основе растительных и других белков заменителей цельного (ЗЦМ) и обезжиренного (ЗОМ) молока, а также стартерных сухих кормов, используемых при переводе телят с жидких кормов. 
 В-третьих, в этот же период была осознана роль защиты окружающей среды от загрязнений, введены жесткие нормы и контроль стоков. Это ограничило возможность слива молочной сыворотки и обрата в водоемы. В этот же период стали очевидными значение сбалансированного питания для здоровья людей и неблагоприятные последствия недостаточного и избыточного питания. В результате в промышленно развитых странах появился спрос на продукты с повышенной биологической ценностью и пониженной калорийностью, в том числе и на молоко с пониженной жирностью, на новые продукты, содержащие молочные белки и растительные масла и т. д. Эти причины и обусловили развитие производства пищевых белков молока. 
 Промышленное производство казеина возникло в начале столетия. Оно удвоилось в 1940—1960 гг. (с 86 тыс. т в 1948—1952 гг. до 145,5 тыс. т в 1963 г.) и достигло 150 тыс. т к 1965 г. Затем объем производства казеина возрастал медленнее, но резко изменилось направление его использования. До 1960 г. основное количество казеина применялось в технике. Его использовали в качестве клея при производстве фанеры, красок, для производства бумаги (при проклеивании и меловании), а также пластмасс и искусственных волокон для текстильной промышленности. В последнее десятилетие 70—80% мирового производства казеина идет на пищевые нужды. В 1978 г. на технические цели было направлено лишь около 45 тыс. т казеина и из них около 2 тыс. т на производство текстильных волокон.

Более быстрыми темпами развивается  производство сухой молочной сыворотки. С 1965 г. среднегодовой прирост ее производства составлял около 9%. К 1980 г. мировое производство сухой молочной сыворотки достигло 995 тыс. т. 
 Освоение и развитие промышленной технологии переработки коровьего молока сыграли исключительно важную роль в процессе становления современного промышленного производства и переработки растительных белков. С развитием технологии переработки молока связаны разработка и широкое освоение многих процессов и аппаратов белковой технологии. К ним относятся сепарирование, пастеризация, стерилизация, осаждение белка, ультрафильтрация, распылительная сушка и др. Производство казеина явилось, по существу, первой промышленной технологией получения изолятов белка. Его использование в пищевой промышленности, а также для производства текстильных волокон внесло большой вклад в решение ряда научных и общих технических проблем выделения и переработки белка. Производство изолятов белков семян растительных культур, возникнув в тесной связи с технологией переработки молока, было ориентировано в первую очередь на замену казеина и суммы молочных белков, используемых для пищевых, кормовых (заменитель цельного молока, заменитель обезжиренного молока) и технических нужд. 
Прежде чем перейти к обсуждению технологии выделения белков молока, кратко остановимся на его составе. Молоко содержит эмульсию жировых глобул и коллоидную суспензию мицелл казеина, дисперсионной средой которых служит раствор белков, лактозы, солей и водорастворимых витаминов. В составе молока присутствует около 250 индивидуальных химических веществ, из которых более половины приходится на жирные кислоты. Коровье молоко содержит в среднем около 13% сухих веществ, в том числе 4% жира, 3,5% белка, 4,8% лактозы и 0,7% золы. Состав молока претерпевает сезонные изменения. Он зависит от породы и физиологического состояния животного, условий выращивания, состава кормов, режима кормления и стадии лактации. Важнейшее значение имеют две белковые фракции: казеин и сывороточные белки. В табл. 24 приведен состав этих фракций, а также молекулярные характеристики основных белковых компонентов коровьего молока.

 
Казеином называют основную фракцию  белка молока (80—83% общего белка), осаждающуюся из обезжиренного молока при pH 4,6 и температуре 20°С. При температуре ниже 20°С осаждение казеина неполное. Эта фракция может также высаливаться сульфатом аммония (26,4 г на 100 г обезжиренного молока) при 2°С. Казеин представляет собой гетерогенную группу фосфопротеидов. Фосфор (0,85%) представлен в нем в виде сложного эфира фосфорной кислоты с гидроксильными группами остатков серина и треонина. Основными компонентами казеина являются αs1-, β- и κ-казеин. В сумме они составляют около 95% казеиновой фракции белков молока. 
В молоке 75—98% казеина находится в составе крупных коллоидных частиц-мицелл. Остальные 10—20% казеина присутствуют в молоке в растворенном виде. Относительное количество казеина в растворимой и мицеллярной форме изменяется в зависимости от pH, температуры и концентрации ионов кальция. Мицеллы казеина (S2O, В 800—2200) имеют размеры около 50—300 нм и массу 10в7-10в9 Д. Мицеллы казеина состоят в среднем из 3*10в3 - 30*10в3 отдельных молекул. Они содержат около 93% белка, 2,8% кальция, 2,3% фосфата органического и 2,9% неорганического, а также 0,4% цитратов, ионы магния, натрия и калия. Ионы кальция связаны с фосфатными группами казеина, а также присутствуют в виде цитратов и фосфатов (неорганический фосфор). Каждая мицелла состоит из субъединичных мицелл размером 10-20 нм и массой 6*10в5 Д, содержащих обычно 25—30 молекул αs1-, β- и κ-казеина (соотношение 3:2:1). Мицеллы малого размера содержат относительно большее количество κ-казеина. При температуре ниже 8°С часть β- и κ-казеина переходит из мицелл в раствор и при осаждении казеина может оставаться в сыворотке. При 20 С и при pH 4,6 осаждается казеин, содержащийся не только в мицеллах, но и растворенный. Ведущую роль в стабилизации мицелл в присутствии ионов кальция играет κ-казеин, взаимодействующий с αs1- и β-казеином с образованием термодинамически стабильных мицелл. Молекулы казеинов, также как и белки сыворотки (β-лактоглобулин и α-лактальбумин), существуют в виде генетических вариантов (обозначаемых А, В, С и D). Для основных компонентов казеина установлена первичная структура, определены также различия в аминокислотном составе и последовательности аминокислотных остатков для мутантных разновидностей. 
 Белки обезжиренного молока, остающиеся в растворе после осаждения казеина, называют сывороточными белками. Они составляют около 20% всех белков молока. Основными (70—80% общего белка молочной сыворотки) являются β-лактоглобулин и α-лактоальбумин (α и β обозначают последовательность перемещения этих белков при ультрацентрифугировании). β-лактоглобулин в окрестностях ИЭТ (pH 5,1-5,6) и в молоке (pH около 6,7) образует стабильные димеры. Кроме этих белков в сыворотке присутствуют альбумин сыворотки крови (бычий сывороточный альбумин), иммуноглобулины, протеозопептоны, а также большое число других белков в меньших количествах. Часть сывороточных белков осаждается при нагревании. Протеозо-пептоновая фракция не осаждается при нагревании при 95°С в течение 20 мин при pH 4,7, но осаждается 12%-ной трихлоруксусной кислотой. В эту фракцию входят фосфогликопротеиды, содержащие большое количество остатков глютаминовой и аспарагиновой кислот.

Белки обезжиренного молока характеризуются  высокой биологической ценностью. Они содержат лизин и триптофан  в относительно избыточных количествах  наряду с небольшим недостатком  серосодержащих аминокислот. Белки  сыворотки содержат незаменимые  аминокислоты в значительно больших количествах, чем казеин, включая обычно наиболее дефицитные в рационах питания лизин, триптофан и серосодержащие аминокислоты. Это белки — одни из наиболее биологически ценных. Кроме того, они обладают высокими функциональными свойствами. 
Обезжиренное молоко, пахта и сыворотка (табл. 25) помимо белка содержат лактозу (в больших количествах, чем белок), а кроме того, минеральные соли. Содержание последних в молочной сыворотке близко к содержанию в ней белка. Количество лактозы, содержащееся в ежегодно производимой в мире молочной сыворотке, составляет около 5 млн. т. Лактозу используют для пищевых целей и для получения спирта. Ее промышленный выпуск достигает около 0,17 млн. т в год.

 
  Казеин из обезжиренного молока получают, осаждая его при ИЭТ, добавлением кислот, кислой молочной сыворотки, внесением молочнокислых бактерий, а также введением солей кальция или реннина и подобных ему ферментов. Название кислот и других реагентов, используемых для осаждения казеина, иногда вводят в наименование продукта. Так, выпускают солянокислый, молочнокислый, хлорокальциевый, пищевой кислотный казеин, сычужный и другие казеины. 
 После осаждения казеина кислотой его промывают от избытка кислоты и сушат, получая казеин в виде изоэлектрического изолята белка. Производительность оборудования, выход и функциональные свойства казеина зависят от режимов технологического процесса. К ним относятся состав и условия смешения компонентов (например, обезжиренного молока и кислоты), температурно-временные условия и режимы механической обработки системы на стадиях осаждения белка, формирования и созревания казеинового сгустка, отделения казеина от сыворотки, промывки, декантации и сушки. Большое значение имеют процессы гелеобразования, взаимодействия и синерезиса гель-частиц осажденного казеина при формировании казеинового зерна и т. д. 
 Для регулирования функциональных свойств казеина его осадок предварительно нейтрализуют и растворяют, смешивая с карбонатом натрия (обычно сухим для снижения затрат на сушку) или же добавляя натриевую, калиевую или кальциевую щелочь до pH 6,0-7,0, после чего сушат. Соответственно получают казеинаты, различающиеся по растворимости. Среди других методов регулирования функциональных свойств казеина отметим его частичный гидролиз (обычно ферментативный), а также смешение растворов казеина с изолятами белка семян растительных культур и их совместную сушку. 
 По объему выпуска казеинов ведущее место занимают Австралия и Новая Зеландия (табл. 26).