Учебное пособие: Белки и нуклеиновые кислоты
Бланшировка
плодов и овощей вызывает денатурацию окислительных ферментов – пероксидазы, о–дифенолоксидазы,
аскарбинатоксидазы и т.д. что ведет к сохранению витамина С и препятствует
образованию темноокрашенных соединений – меланинов. Тепловая обработка пищевых
продуктов повышает их вкусовые качества и усвояемость, поскольку денатурированные
белки обладают лучшей атакуемостью пищеварительными ферментами.
Белковая
глобула обладает гидрофильностью. Водная оболочка белковой молекулы возникает в
результате взаимодействия гидрофильных групп белковой молекулы с диполями воды
с образованием водородных связей. Так, пептидная группировка притягивает одну
молекулу воды, аминогруппа –NH2 – тоже одну,
карбоксильная группа –СООН – четыре. Вблизи молекулы белка отмечается
упорядоченное расположение молекул воды. По мере удаления от молекул белка
расположение молекул воды носит все более беспорядочный характер. Водная
оболочка является одним из факторов устойчивости белковых растворов –
препятствует слипанию молекул белка и их осаждению.
При
контакте сухого белка с водой он набухает, молекулы воды проникают в белковую
массу, гидратируют молекулы белка, разъединяя их. Важную роль в этом процессе
играют не только электростатические силы, но и силы осмоса. Дальнейшее
поглощение воды приводит к растворению белка.
При
определенных условиях белковые растворы образуют коллоидные системы – гели или
студни, в которых растворитель и белок образуют одну внешне гомогенную массу. В
гелях имеется гидратационная вода, окружающая толстым слоем коллоидные частицы
белка, а так же вода, удерживаемая в капиллярных пространствах между ними.
Высушенный гель, помещенный в воду, впитывает ее в очень больших количествах –
набухает.
Гидрофильные
свойства белков, т.е. их способность образовывать студни, набухать имеет большое
значение в биологии и пищевых производствах. Очень подвижным студнем, является
цитоплазма – полужидкое содержимое клетки, хрусталик глаза и т.д. Типичным
белковым сильногидраторованным гелем является пшеничная клейковина, она
содержит около 66% воды. Гидрофильные, водоудерживающие свойства продуктов
необходимо так же учитывать при замораживании и размораживании мяса, овощей,
фруктов, что бы сохранить, не ухудшить их качество. Гидрофильность белков зерна
и муки играет большую роль при хранении и переработке зерна (кондиционирование,
прорастание зерна) и хлебопечении. Студни используются в процессе приготовления
различных заливных блюд.
Если у
белковых глобул отнять гидратную оболочку, то частицы белка начнут слипаться,
образуя ассоциации частиц белка, и осядут. В изоэлектрической точке белки
обладают наименьшей способностью связывать воду, поэтому их легче осаждать.
Агрегация белковых молекул происходит и при их обезвоживании с помощью
некоторых органических растворителей – например спиртом и ацетоном. Молекулы
этих веществ, являясь более гидрофильными, чем молекулы белка, образуют
собственные гидраты с водой, оттягивая воду от белка, лишая их водной оболочки
способствуют агрегации белка.
Обезвоживание
белков можно проводить путем добавления нейтральных растворов солей высокой
концентрации. Этот процесс называют высаливанием. Осаждающая способность соли
зависит от размеров катиона и аниона, а так же от величины их заряда. Катионы и
анионы по высаливающей способности можно расположить в ряды, в которых эта
способность убывает.
Катионы: Cs+, Rb+, K+, Na+, Li+,
Ba2+, Sr2+, Co2+, Mg2+.
Анионы: SO4-2, CL-, Br, NO3-,
J-, CNS-, Mg 2+.
Эти
ряды называются лиотропными рядами. Высаливающее действие объясняется тем, что
при высокой концентрации ионов в растворе белка, они оттягивают на себя от
молекул белка поляризованные молекулы воды и тем самым лишают белок гидратной
оболочки, которая препятствует осаждению белка. Метод высаливания используется
для разделения и получения в очищенном виде белков и ферментов.
При добавлении
растворов нейтральных солей (Na2SO4, (NH4)2SO4, MgSO4 и
др.) небольших концентраций, растворимость белков в воде возрастает. Растворению
белков, как и других веществ, способствуют те факторы, которые уменьшают
взаимодействие между молекулами растворяемого вещества. Нейтральные соли в
малых концентрациях увеличивают степень диссоциации ионизированных групп
белковых молекул и тем самым уменьшают белок-белковое взаимодействие. Известно,
что степень диссоциации электролитов ( в том числе белков) прямо пропорциональна
диэлектрической постоянной растворителя, которая в свою очередь пропорциональна
степени поляризации молекул растворителя, их дипольному моменту. Нейтральные
соли в малых концентрациях еще больше увеличивают диэлектрическую постоянную
воды. В результате вода усиливает диссоциацию растворенного вещества, в
частности белка. Входя между заряженными группами и ориентируясь вокруг них,
диполи воды препятствуют их взаимодействию.
Растворимость
белков зависит так же от рН растворителя, его состава, температуры. Минимальной
растворимостью обладают белки в ИЭТ, что объясняется отсутствием
электростатического отталкивания между молекулами белка.
Белки
способны образовывать высококонцентрированные системы жидкось-газ-пены. В
качестве традиционных пенообразователей используют белки сыворотки крови,
молока, которые подвергают вначале гидролизу, а затем сушат на распылительных
сушках. Устойчивость пены, в которой белок является пенообразователем зависит
от его природы, концентрации и температуры.
Белки в
качестве пенообразователей играют важную роль при образовании пены в пиве. В
кондитерской промышленности это свойство белков используется при выработке
пастилы, зефира, суфле. Структуру пены имеет хлеб и это влияет на его
органолептические и структурно-механические свойства.
Благодаря
гидрофильным и гидрофобным группировкам белки являются поверхностно-активными
веществами и могут влиять на растворимость других веществ. Они выступают в роле
эмульгаторов – веществ, стабилизирующих эмульсию, которую образуют взаимнонерастворимые
жидкости (вода-жир). В организме человека в эмульгированном состоянии находятся
жиры в крови и лимфе. Молоко представляет собой эмульгированные казеиногеном
капельки жира в воде. Белки в качестве эмульгаторов находят применение в
пищевой промышленности при производстве майонезов, кондитерских изделий,
кремов, шоколада и т.п.
Выделение
белков из биологических тканей проводят после тщательного измельчения
исследуемого материала, вплоть до разрушения клеточной структуры. Разрушают
клетки механическим путем, растирая ткань с песком в ступке или в
гомогенизаторе. Существуют и другие методы, например поочередное замораживание
и оттаивание, обработка ультразвуком.
На всех
этапах выделения и очистки белков следует учитывать их большую способность к
потере природных, нативных свойств, т.е. к денатурации.
В
большинстве случаев процесс разрушения клеток сопровождается выделением тепла,
поэтому с целью предотвращения тепловой денатурации все операции следует
проводить при пониженных температурах (около +4°С) в термостатированных холодных комнатах.
Современные
методы измельчения тканей обычно сочетают с одновременной экстракцией белков из
гомогенатов тканей. В качестве растворителей используют 8-10% растворы солей,
различные буферные растворы, органические растворители (спирт, ацетон и т.п.),
а так же неионные детергенты –вещества, разрушающие гидрофобные взаимодействия
между белками и липидами и между белковыми молекулами.
После
достижения полной экстракции белков, приступают к разделению-фракционированию
смеси белков на индивидуальные белки. Для этого применяют различные методы:
высаливание, осаждение органическими растворителями, хроматографию,
электрофорез.
При
выделении и очистке белков используют четыре основных вида хроматографии:
адсорбционную, распределительную, ионообменную и аффинную (хроматографию по
сродству). В адсорбционной хроматографии разделение компонентов смеси основано
на их различной сорбируемости на твердом адсорбенте. В качестве адсорбентов
используют активированный древесный уголь, оксиды алюминия или кремния.
Адсорбент в виде суспензии с растворителем (чаще всего буферным раствором)
вносят в колонку и равномерно утрамбовывают. Исследуемый образец в небольшом
объеме растворителя вносят в колонку. Компоненты разделяемой смеси
адсорбируются на адсорбенте. Затем приступают к десорбции компонентов из
колонки, используя подходящие элюенты. Сбор фракций осуществляют при помощи автоматического
коллектора фракций.
При
распределительной хроматографии твердая фаза служит только опорой (основой) для
стационарной жидкой фазы. Разновидностью распределительной хроматографии
является хроматография на бумаге. В качестве стационарной фазы при этом служит
вода, адсорбированная целлюлозными цепями фильтровальной бумаги. Образец
наносят в виде капли (пятна) на одном конце бумажной полосы, этим же концом
бумагу погружают в подходящую смесь органических растворителей (например,
бутанол, уксусная кислота, вода в определенных соотношениях). При движении
растворителя по бумаге благодаря силе капиллярности происходит разделение
компонентов смеси. Проявленную хроматограмму высушивают, а местоположение каждого
из разделяемых веществ определяют химическими или физико-химическими методами.
В
ионообменной хроматографии в зависимости от заряда разделяемых белков
используют подходящую ионообменную смолу (катионит или анионит) с
функциональными группами которой обмениваются и задерживаются на колонке часть
белков, в то время как другие белки беспрепятственно элюируются из колонки.
Связанные с ионообменной смолой белки, отделяют, применяя более
концентрированные солевые растворы или изменяя рН элюента.
Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11 |
