Технологические свойства белков

Наиболее важными технологическими свойствами белков являются гидратация, денатурация, пенообразование, эмульгирующая, водо- и маслоудерживающая способность.

Гидратация. Белки способны связывать воду, т.е. проявляют гидрофильные свойства. При этом они набухают, увеличивается их масса и объем.

Набухание - это процесс поглощения низкомолекулярного растворителя (воды) высокомолекулярным веществом, сопровож­дающийся увеличением его массы и объема. Причиной набухания является диффузия молекул низкомолекулярного растворителя в высокомолекулярное вещество. Между макромолекулами полиме­ра обычно имеются небольшие пространства, размеры которых соизмеримы с размером молекул растворителя. Благодаря этому молекулы низкомолекулярной жидкости достаточно быстро про­никают между макромолекулами, раздвигая молекулярные цепи.

В большинстве случаев набухание включает не только простую диффузию молекул жидкости в полимер, но и сольватацию (растворение) макромолекул.

Различают ограниченное и неограниченное набухание. При ограниченном набухании объем и масса полимера достигают определенных значений и дальнейший контакт полимера с растворителем не приводит к каким-либо изменениям. Ограниченно набухающий полимер называется студнем. Студни не обладают текучестью, они упруги, обладают пластичностью, определенной механической прочностью, способны сохранять свою форму. Неограниченное набухание характеризуется отсутствием предела набухания, с течением времени полимер поглощает все большее количество жидкости и в результате набухание переходит в растворение. Глобулярные белки могут полностью гидратироваться, растворяясь в воде, например, белки молока, образуя раствор с невысокой концентрацией.

Гидрофильность определенных белков зависит от их строения. Имеющиеся в составе и расположенные на поверхности белковой макромолекулы гидрофильные группы (-СО-NН-; -NН₂; -СООН) притягивают к себе молекулы воды, строго ориентируя их на поверхности молекулы.

Окружающая белковые глобулы гидратная (водная) оболочка препятствует агрегации и способствует устойчивости растворов белка.

В изоэлектрической точке, где число положительных и отрицательных зарядов в молекуле белка одинаковы (при определенном рН) белки обладают наименьшей способностью связывать воду, происходит разрушение гидратной оболочки вокруг белковых молекул, поэтому они соединяются, образуя крупные агрегаты, что приводит к выпадению их в осадок.

Пенообразование - способность белков образовывать высококонцентрированные системы жидкость-газ, называемые пенами. Пузырьки газа в пенах имеют большие размеры, формой многогранников и отделены друг от друга очень тонкими слоями жидкой дисперсионной среды. Пенообразующие вещества с длинной молекулярной цепью, в данном случае - белки, адсорбируясь на границе вода-воздух, образуют структурированную пленку, препятствующую стеканию жидкости. Здесь используется способность белков понижать поверхностное натяжение на границе раздела жидкость-газ. Устойчивость пены, в которой белок является пенообразователем, зависит не только от его природы, но и от концентрации, а также от температуры. Белки в качестве пенообразователей широко используются в кондитерской промышленности при производстве пастилы, зефира, суфле.

Эмульгирующая способность. К важным физико-химическим свойствам белков следует отнести их способность стабилизировать эмульсии, т.е. выполнять роль эмульгатора.

Под эмульсией понимают однородные по внешнему виду системы, одна из которых распределена в другой в виде мельчайших частиц (капель). К эмульсиям относятся: молоко, майонез, маргарин и др.

Различают два типа эмульсии: прямая (М/В) - неполярная жидкость (масло) в полярной жидкости (воде), т.е. М-В; обратная (В/М) -– полярная жидкость (вода) в неполярной жидкости (масле), т.е. В-М.. Известны эмульсии смешанного типа, которые образуются при высокой концентрации масла (жира) в воде, например, сливочное масло.

Эмульсии агрегативно не устойчивы, что проявляется в самопроизвольной коалесценции отдельных капель жидкости друг с другом. На практике это приводит к полному разрушению и разделению эмульсий на два слоя. Расслоение эмульсионной системы с образованием скоплений веществ в виде двух жидких слоев с четким разделом границ называется коацервацией. Для повышения агрегативной устойчивости системы используют вещества-эмульгаторы. Белки относятся к природным эмульгаторам и способны стабилизировать эмульсии, что определяется их гидрофильными свойствами.

С термодинамической точки зрения эмульгатор, адсорбируясь на границе раздела фаз, понижает межфазное поверхностное натяжение, препятствует коалесценции частичек дисперсной фазы и удерживает их в дисперсионной среде, чем и обеспечивает агрегативную устойчивость эмульсии.

Белки относятся к природным эмульгаторам и способны стабилизировать эмульсии, что определяется их гидрофильными свойствами. Эта

способность имеет большое значение в пищевой промышленности. Так, например, эмульгаторами при производстве майонеза служат белки сухого молока, яичного порошка и горчицы.

Водо- и маслоудерживающая способность. При использовании белков в пищевой промышленности важным требованием является их высокая водо- и маслоудерживающая способность, которая определяется химическими и физическими свойствами белка. Есть предположения, что при раскручивании молекулы белка в процессе ее диссоциации на субъединицы увеличивается захват воды за счет увеличения числа химических группировок, связывающих воду.

Денатурация белков - сложный процесс, при котором под влиянием внешних факторов (температуры, механического воздействия, действия химических агентов и ряда других факторов) происходит изменение вторичной, третичной и четвертичной структуры белковой макромолекулы, т.е. ее нативной пространственной структуры. Первичная структура, а, следовательно, и химический состав белка не меняются. При денатурации изменяются физические свойства белка, снижается растворимость, способность к гидратации, теряется его биологическая активность. Меняется форма белковой макромолекулы, происходит агрегирование. В то же время увеличивается активность некоторых химических групп, облегчается воздействие на белки протеолетических ферментов, а следовательно, он легче гидролизуется. В пищевой технологии особое практическое значение имеет тепловая денатурация белков. Степень тепловой денатурации белков зависит от температуры, продолжительности нагрева и влажности. Бланширование растительного сырья, сушка зерна, выпечка хлеба и т.п. сопровождается тепловой денатурацией белка.

Водо- и маслоудерживающая способность. При использовании белков в пищевой промышленности важным требованием является их высокая водо- и маслоудерживающая способность, которая определяется химическими и физическими свойствами белка. Есть предположения, что при раскручивании молекулы белка в процессе ее диссоциации на субъединицы увеличивается захват воды за счет увеличения числа химических группировок, связывающих воду.

11.1.Технологические особенности получения белковых продуктов из сои. Их применение в технологии продуктов питания.

Чем обусловлена гидрофильность белков?