Методы исследования свойств сырья и продуктов питания

Эффективность обмена белков в значительной степени  зависит от количественного и  качественного состава пищи. При  поступлении белков (с пищей) ниже рекомендуемых норм, в организме  начинают распадаться белки тканей (печени, плазмы крови и т.д.), а  образующиеся аминокислоты – расходоваться на синтез ферментов, гормонов и других, необходимых для поддержания жизнедеятельности организма, биологически активных соединений. Повышенное содержание белков в составе пищи значительного влияния на обмен веществ в организме человека не оказывает, при этом избыток продуктов азотистого обмена выводится с мочой.

Состояние белкового  обмена в большей степени зависит  от недостатка или отсутствия незаменимых аминокислот. Клетки организма человека не могут синтезировать необходимые белки, если в составе пищи отсутствует хотя бы одна незаменимая кислота.

Средне суточная физиологическая потребность в  белке в течении более чем ста лет постоянно исследуется и периодически отражается в решениях ВОЗ, ФАО и национальных организаций различных стран. Эти величины носят ориентировочный характер, так как они находятся в стадии постоянного уточнения в зависимости от возраста человека, пола, климата, индивидуальных и национальных особенностей и степени загрязнения окружающей среды. В соответствии с рекомендациями ВОЗ и ФАО величина оптимальной потребности в белке составляет 60-100 г в сутки или 12-15 % от общей калорийности пищи. В пересчёте на 1 кг массы тела потребность белка в сутки для детей, в зависимости от возраста, колеблется от 1,05 до 4,00 г. 

По своему строению белки представляют собой  высокомолекулярные соединения, состоящие из аминокислот. Соединенные амидной (пептидной) связью (-СО - NH) аминокислоты образуют полипептиды простого (протеина) и сложного (протеида) строения.  В состав протеидов дополнительно входят  небелковые вещества (липиды, углеводы и т.д.).

Известно, что  в состав белков входят двадцать различных  аминокислот, причем восемь из них не могут синтезироваться в организме человека  и поэтому являются незаменимыми (валин, изолейцин, лейцин, лизин, метионин, треонин, триптофан, фенилаланин).

Полузаменимые аминокислоты синтезируются в организме, но в недостаточном количестве, поэтому  частично должны поступать с пищей. К таким аминокислотам относятся  аргинин, тирозин, гистидин (последняя аминокислота не синтезируется в организме детей).

Заменимые аминокислоты синтезируются в организме в  достаточном количестве. Они представлены девятью аминокислотами, хотя некоторые из них можно отнести к условнозаменимым (например, тирозин образуется в организме только из фенилаланина и при поступлении последнего в недостаточном количестве может оказаться незаменимым; цистин и цистеин могут образовываться из метионина, но необходимы при недостатке этой аминокислоты).

В среднем  белковые молекулы содержат (50-54) % углерода; (15-18) % азота; (20-23) % кислорода; (6-8) % водорода и (0,3-2,5) % серы.

Несмотря  на огромное разнообразие аминокислотного  состава белков, каждому индивидуальному  белку характерен только для него строго определенный аминокислотный состав, что обусловлено генетическим кодом, сформированным в процессе эволюции.

Все протеиногенные аминокислоты являются, α – аминокислотами с характерной для них общей структурной особенностью – наличием карбоксильной и аминной групп, связанных с атомом углерода в   α – положении.

Часть структуры  всех аминокислот одинакова, однако функциональная группа (R – остаток) не одинаков по структуре, электрическому заряду и растворимости. От  соответствующего сочетания этих групп зависят свойства белковых молекул.

В зависимости  от химических свойств R-групп все  протеиногенные аминокислоты подразделяются на четыре основных класса:

• неполярные (гидрофобные);
• полярные;
• отрицательно заряженные;
• положительно заряженные.

По своей  стехиометрической конфигурации все  аминокислоты, за исключением глицина, имеют ассиметричный атом углерода в α – положении, с которым  связаны четыре разные группы (радикал, атом водорода, карбоксильная группа и аминогруппа). Таким образом, аминокислоты обладают оптической активностью (дисперсией оптического вращения).

Присутствие аминокислот, содержащих основные (- NH₂) и кислые (-СООН), обуславливает амфотерные (амфолитные) свойства. Они обуславливают высокую буферность водных растворов белков, а следовательно, постоянное значение рН живой клетки. Эти свойства положены в основу методов разделения, идентификации и количественного анализа аминокислот, нашедших широкое использование при определении аминокислотного состава в белковой молекуле.

В таблице 3.1 приведены свойства протеиногенных L- α-аминокислот.  Свойства аминокислот определяют функциональные свойства белков, под которыми принято понимать физико-химические характеристики, определяющие их поведение при переработке в пищевые продукты, а так же обеспечивающие желаемую структуру, технологические и потребительские свойства пищевых продуктов.

Эта область  научных интересов имеет центральное  значение для развития технологии переработки  белка в новые формы пищи.

Таблица 3.1- Физико-химические свойства протеиногенных L- α- аминокислот

Название (тривиальное и рациональное)	Сокращённое обозначение	Удельное вращение в водном растворе 25оС [α]д	Константа кислотной диссоциации			Изоэлектрическая точка рI	Растворимость при 25оС, г на 100г воды
			рК1	рК2	рК3
1	2	3	4	5	6	7	8
1. Моноаминокарбоновые
1.1.Глицин (α-аминоуксусная)	Gly	-	-	-	-	5,970	24,990
1.2. Аланин (α-аминопропионовая кислота)	Ala	+ 1,8	2,35	9,87	-	6,000	16,510
1.3. Валин (α-аминоизовалериановая кислота)	Val	+ 6,6	2,32	9,62	-	6,000	7,040
1.4. Лейцин (α-аминоизокапроновая кислота)	Leu	- 11,0	2,36	9,60	-	6,000	0,990
1.5.Изолейцин (α-амино-β-метил-Н-валериановая  кислота)	Ile	+ 12,4	2,26	9,62	-	5,900	2,230

 

Продолжение таблицы

Название (тривиальное и рациональное)	Сокращённое обозначение	Удельное вращение в водном растворе 25оС [α]д	Константа кислотной диссоциации			Изоэлектрическая точка рI		Растворимость при 25оС, г на 100г воды
			рК1	рК2	рК3
1.6. Тирозин	Tyr	+ 11,8	2,20	9,21	10,16	7,300		0,035
1.7.Фенилаланин (α-амино-β-фенилпропионовая кислота)	Phe	- 34,5	2,20	9,31	-	3,500		1,420
2.Моноаминодикарбоновые
2.1.Аспарагиновая (α-аминоянтарная  кислота)	Asp	+ 6,7	1,88	3,65	9,00	2,800		0,500
2.2.Лизин (α,ε-диаминокарбоновая кислота)	Lys	+ 13,5	2,20	8,90	10,28	9,700		-
2.3.Аргинин (α-амино-δ-гуанидо-валериановая  кислота)	Arg	12,5	2,18	9,09	13,20	10,90		-
3.Гидрокислоты
3.1.Серин (α-амино- β-оксипропионовая кислота)	Ser	- 7,9	2,21	9,35	-	5,700	5,030
3.2.Треонин (α-амино- β-оксимасляная  кислота)	Thr	-28,5	2,15	9,12	-	5,800	20,500

 

 

Продолжение таблицы

Название (тривиальное и рациональное)		Сокращённое обозначение	Удельное вращение в водном растворе 25оС [α]д	Константа кислотной диссоциации					Изоэлектрическая точка рI		Растворимость при 25оС, г на 100г воды
				рК1		рК2		рК3
4.Тиаминооксикислоты
4.1.Цистеин (α-амино- β-меркапто-пропионовая  кислота)	Cys		-16,5	1,71	8,33		10,78		5,000	-
4.2.Цистеин (3,3-ди-тио-бис-2аминопропионовая  кислота		(Cys)2	1,4	2,01		8,02		5,00	0,011		-
4.3.Метионин (α-амино-γ-метил-меткаптомасляная кислота)		Met	- 10,0	2,28		9,21		-	5,700		3,350
5.Гетероциклические аминокислоты
5.1.Триптофан (α-амино- β-индолилпропи-оновая  кислота)	Trp		- 33,7	2,38		9,30		-	5,900		1,140
5.2.Гистидин (α-амино- β-имидозолилпропионовая кислота)	His		- 38,5	1,78		5,97		8,97	7,00		4,290
5.3.Пролин (пирролидин- α-карбоновая кислота)	Pro		- 86,2	1,99		10,0		-	6,300		12,300

Продолжение таблицы

Название (тривиальное и рациональное)		Сокращённое обозначение	Удельное вращение в водном растворе 25оС [α]д	Константа кислотной диссоциации			Изоэлектрическая точка рI	Растворимость при 25оС, г на 100г воды
				рК1	рК2	рК3
5.4.Гидроксипролин (α-гидроксипирролидин- β-карбоновая кислота)	Hyp		- 59,6	1,82	9,65	-	5,800	36,110

Исследование  белковых фракций современным методами (хроматография, электрофорез, ультрацентрифугирование, полярография) показали, что они являются гетерогенными и состоят из субфракций, компонентов и субкомпонентов.

Белковые  фракции сортов, их биотипов различаются по числу субфракций, компонентов и их соотношению. Субфракции и компоненты имеют специфический аминокислотный состав.

Все методы определения  белковых веществ основаны на свойствах и составе белокобразующих аминокислот. Классификация методов представлена на рисунке 3.2

 Присутствие белка в пищевых объектах устанавливается с помощью качественных реакций, которые условно разделяют на две группы:  цветные реакции и реакции осаждения.

Среди первой группы наиболее распространёнными  реакциями является биуретовая реакция  на пептидную (амидную) связь (реакция  Пиотровского) и нингидриновая реакция  на α – аминокислоты, а также специфические, обусловленные присутствием в белках остатков определённых аминокислот. По результатам специфических реакций ориентировочно можно судить о пищевой ценности белков.

        Суть реакции  Пиотровского состоит в том,  что благодаря присутствию в молекуле белка пептидной связи (-СО-NH-) амидная связь реагирует с раствором гидроксида меди, жидкость окрашивается в фиолетово-синий или фиолетово-красный цвет.  

 

 

Качественное  и количественное

 

       Качественные        Количественные

цветные    осаждения           Без минерализации           с минера-

                          лизацией

                   

                         метод  Биуретовый   методы,       методы            метод          Лоури     метод         основанные      УФ-         Къельдаля