Изучение элементов химического состава пищевых продуктов (на примере белков)

    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. 
 
 

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, NH3 при нагревании с крепкой серной кислотой. Аммиак реагирует с избытком H2SO4 конц и 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  NaOH по 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 NaOH для 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: