Коагуляция белков происходит при какой температуре. Способ коагуляции белка. Изменения белковых веществ

Для выделения сывороточных белков необходимо изменить нативную структуру белка. При этом изменении (денатурации) нарушается его структура. Белковая глобула в процессе денатурации развертывается. Процесс сопровождается изменением конфигурации, гидратации и агрегатного состояния частиц. Белковая глобула в процессе денатурации становится менее устойчивой.

Устойчивость глобул белков молочной сыворотки обусловлена конформацией частиц, зарядом и наличием гидратной оболочки (сольватного слоя). Для выделения белков необходимо нарушить равновесие трёх или хотя бы двух указанных факторов устойчивости .

В свежей молочной сыворотке белковые частицы находятся в нативном состоянии. При изменении нативного состояния белка (денатурации) прежде всего нарушается его структура. Белковая глобула в процессе денатурации развёртывается, для чего необходимо нарушить от 10 до 20% связей, участвующих в ее образовании. Процесс денатурации сопровождается изменением конфигурации, гидратации и агрегатного состояния частиц. Белковая глобула в результате денатурации становится менее устойчивой.

Для преодоления потенциальных барьеров устойчивости белковых частиц можно применять различные способы денатурации: нагревание, облучение, механическое воздействие, введение десольватирующих веществ, окислителей и детергентов, изменение реакции среды. Введение в растворы некоторых веществ способствует тепловой денатурации .

Классификация методов коагулирования сывороточных, рассматриваемых в данной работе, представлена на схеме (рис. 3).

Рис. 3.

В конечном счете, к выделению белков приводят вторичные явления после денатурации, такие как ассоциация развернувшихся глобул и химическое изменение их. Здесь на первый план выступает образование межмолекулярных связей и агрегация в противоположность внутримолекулярным процессам, происходящим при денатурации.

В целом процесс выделения белков молочной сыворотки можно охарактеризовать как коагуляцию.

С учетом целесообразности извлечения и использования белков коагуляцию сывороточных белков необходимо закрепить во избежание процесса ренатурации (восстановления нативной структуры белков), а также максимально возможного ограничения распада образующихся агрегатов.

Однако следует учитывать, что в результате тепловой денатурации кроме разрыва водородных связей белковой частицы происходит их дегидратация, что облегчает последующую агрегацию белковые частиц. Ионы-коагулянты (кальций, цинк, и др.), активно сорбируясь на поверхности белковой частицы, обеспечивают коагуляцию, а при значительных дозах могут привести к высаливанию белков.

Для достижения данной цели кровь и форменные элементы подвергают нагреву - коагуляции.

В процессе нагрева происходит изменение свойств белков, содержащихся в крови и кровепродуктах. Наиболее характерными и основными изменениями при нагревании являются тепловая денатурация растворимых белковых веществ. В процессе денатурации происходит изменение структуры белковой молекулы, которое приводит к заметным изменениям свойств без нарушения состава. Глобулярные белки развертывают сложенные в складки полипептидные цепи, образующие глобулы молекулы. Перестройка структуры происходит в результате разрыва некоторых внутримолекулярных связей в белковой молекуле при нагреве.

Денатурированный белок отличается от природного многими свойствами и признаками. Температура, при которой происходит денатурация, для различных белков различна, но для определенного белка постоянна. Так, альбумин крови денатурирует при температуре 67 °С, глобулины — 69-75, фибриноген - 56, гемоглобин - около 70 °С. Таким образом, основные денатурационные изменения белков крови завершаются при температуре около 70 °С. Нейтральные соли щелочных металлов, например поваренная соль, повышают устойчивость белков к тепловой денатурации. Высокими защитными действиями обладают также сахара и анионы жирных кислот, содержащих 7-12 углеродных атомов. Способность таких веществ к повышению устойчивости белков к денатурации может быть использована при концентрировании крови и ее плазмы методом выпаривания в условиях более высоких температур.

К характерным признакам процесса денатурации белков относятся потеря белками растворимости в воде, потеря биологических свойств биологически активными белками, в частности ферментами, лучшая переваримость под воздействием ферментов желудочно-кишечного тракта, потеря способности кристаллизоваться.

В результате денатурации возможно возникновение хаотических связей между полипептидными цепями как внутри молекулы, так и между молекулами различных белков. Следствием таких изменений является потеря белками гидрофильности, происходит их агрегация, коагуляция. При этом образуется нерастворимый сгусток. Дальнейший нагрев коагулята сопровождается его уплотнением с выделением части жидкости. Коагуляция белков крови при тепловой обработке происходит всегда и ускоряется с повышением температуры.

В условиях сухого нагрева (без воды) белков при высокой температуре происходит пирогенный процесс, который приводит к получению продуктов распада, обладающих темным цветом. В результате этих изменений на поверхности аппаратуры образуется корочка, которая ухудшает тепломассообмен между теплоносителем (паром) и обрабатываемым сырьем. Поэтому увеличивается продолжительность процесса и затрачивается дополнительное количество тепло — и электроэнергии.

Пирогенного распада белков можно избежать при кратковременной сушке коагулята или крови в условиях высокой температуры. Для улучшения тепломассообмена в сушильных аппаратах периодического действия в них наряду с кровью или кровепродуктами загружают небольшое количество кости, которая в процессе обработки счищает, с внутренней поверхности аппарата корочки сырья.

Тепловая обработка крови и кровепродуктов сопровождается также потерями водорастворимых витаминов. Наименьшей устойчивостью обладают витамины С, D, В, никотиновая и пантотеновая кислоты.

Установлено, что при варке потери тиамина (витамина B 1) составляют 50%, а рибофлавина (витамин В 2) - 35 %.

Для коагуляции крови с целью полного завершения свертывания белка ее достаточно нагреть до температуры 80 °С. Практически температуру доводят до 80-90 °С. При этом погибает значительное количество содержащихся в крови микроорганизмов. Процесс коагуляции считают законченным, если кровь приобретает равномерный коричневый или коричнево-красный цвет.

Коагуляцию белков можно осуществлять с помощью острого или глухого пара. Чаще применяют острый пар, для чего используют металлические емкости открытого типа, к которым подведен паропровод, оканчивающийся перфорированным змеевиком. При этом способе выгрузку коагулята производят вручную.

Коагуляция в передувочных баках дает возможность совмещать в одном аппарате коагулирование, транспортирование и частичное отделение влаги. Процесс осуществляется следующим образом. После загрузки крови в бак в него впускают острый пар (через нижний змеевик) до тех пор, пока из вытяжной трубы не начнет выходить его струя (примерно через 15 мин). По окончании коагуляции прекращают доступ пара и дают массе отстояться в течение 5 мин, после чего отбирают пробу отстоявшейся жидкости. Если она имеет коричневый цвет и не мутнеет при нагревании до температуры 100 °С, это означает, что процесс отстаивания закончен. В противном случае оставляют массу в передувочном баке еще на 10-15 мин. Отстоявшуюся жидкость сливают через спускную трубу в днище аппарата и, закрыв вытяжную трубу, пускают в передувочный бак пар через паропровод, имеющийся в верхней его части. При этом коагулированная кровь передувается через трубопровод в вакуумный котел или сушилку в течение 2-3 мин.

При коагуляции крови глухим паром процесс нагревания протекает неравномерно и длительно, а на поверхности нагрева образуется слой коагулированных белков, который ухудшает теплопередачу и затрудняет очистку поверхности нагрева.

Более эффективное коагулирование достигается при использовании коагуляторов непрерывного действия шнекового и инжекторного типов.

Коагулятор непрерывного действия шнекового типа представляет собой изолированный снаружи одностенный металлический сосуд со сферическим дном. В нем установлен шнек. Коагулятор снабжен плотно закрывающейся крышкой с загрузочным люком (диаметр горловины 200 мм) и периодически открывающимся питателем, который обеспечивает равномерную принудительную подачу крови в рабочую часть аппарата и предотвращает потери пара в атмосферу. Вращение передается шнеку через звездочку. От вала шнека (частота вращения 0,2 с -1) через приводную звездочку, цепную передачу и звездочку приводится в действие питатель.

В торцевой части коагулятора у загрузочного люка находятся паровой вентиль и перфорированная труба, через которую внутрь аппарата вводится пар давлением не менее 0,2 МПа. Разгрузочный люк расположен в противоположном конце аппарата.

Коагуляция крови осуществляется следующим образом. Цельная кровь (со сгустками) из сборного бака поступает в аппарат самотеком по кровепроводу диаметром 38-50 мм, встречаясь с током острого пара, нагревается до температуры 90-95 °С в течение 15 с. При одновременной подаче пара и крови создаются условия для их поточного продвижения и интенсивного смешивания, что исключает перегрев и предотвращает образование крупных комков. Шнек продвигает коагулят к противоположному концу аппарата, где он выгружается через люк диаметром 360 мм. При частоте вращения шнека 0,1 с -1 выгрузка коагулята происходит через 1,5 мин после поступления крови в аппарат. Шнек коагулятора отжимает часть жидкости, содержащей 0,3% белка. Производительность коагулятора по цельной крови составляет 120 кг/ч. Ее можно регулировать с помощью пробкового крана, установленного на кровепроводе перед загрузочным люком. Через 3-4 ч работы аппарат очищают от крови, прилипающей к шнеку. Для этого открывают крышку аппарата и с помощью шланга промывают шнек и вращающийся питатель горячей воды.

Коагулятор инжекторного типа фирмы «Альфа Лаваль» (Швеция) представляет собой цилиндрический резервуар, внутри которого установлен смеситель, снабженный паровой форсункой и жалюзной камерой. Кровь, поступающая через патрубок, интенсивно разбивается на тонкие струйки паром. Она коагулирует, проходит через дросселирующий вентиль и через патрубок поступает в нагнетательную трубу, направляющую ее на дальнейшую переработку. Наличие в коагуляторе дросселя, регулируемого маховиком, позволяет устанавливать необходимую пропускную способность установки, степень смешивания массы (кровь и пар), а также давление в нагнетательной трубе. Преимущество данной конструкции заключается в возможности регулирования процесса коагулирования крови. Однако возможно прилипание крови к дросселирующему вентилю при повороте парокровяной струи из смесителя к нагнетательной трубе.

На Улан-Удэнском мясоконсервном комбинате разработана и эксплуатируется установка для коагуляции крови, которая состоит из прямоугольного металлического корпуса со сферическим дном и шнека для перемешивания крови во время коагуляции и выгрузки коагулята. В крышку корпуса вмонтирован загрузочный люк с периодически открывающимся питателем, обеспечивающим равномерную подачу крови и предотвращающим потери пара в атмосферу. С обеих сторон корпуса расположены три штуцера для подачи пара под давлением 0,2-0,3 МПа. В днище противоположного конца коагулятора имеется разгрузочный люк. Для предотвращения вытекания крови коагулятор установлен с уклоном в сторону питателя. Шнек приводится во вращение от электродвигателя через редуктор и цепную передачу. Вращение вала питателя осуществляется от вала шнека через звездочки цепной передачи. Все вращающиеся части коагулятора должны быть ограждены.

Коагуляция крови осуществляется следующим образом. Поступая самотеком через питатель в коагулятор и встречаясь с потоком острого пара, кровь нагревается до температуры 90-95 °С, коагулируется, перемешивается шнеком и продвигается к разгрузочному люку.

Применение установки описанной конструкции обеспечивает непрерывность процесса, более полную и равномерную коагуляцию крови.

Фактический расход пара на процесс коагуляции составляет 12- 13 кг на 100 кг крови. Выход коагулята влажностью 80% при коагулировании цельной крови составляет 80%, а при коагулироващш фибрина - 75 % исходного сырья. Содержание влаги в коагуляте зависит от способа коагулирования, но остается довольно высоким - 86-87,5% при применении острого пара и 76-81 % при коагуляции глухим паром.

Предварительное удаление влаги из коагулята перед его сушкой имеет важное значение, так как позволяет сократить расход тепла.

Для обезвоживания коагулята крови наиболее эффективными оказались отстойные центрифуги, пршщип действия которых заключается в следующем. Твердые частицы загруженной массы, имеющие большую плотность, чем жидкая фаза, осаждаются под действием центробежной силы на боковых стенках ротора, формируясь в виде кольцевого слоя ближе к оси вращения. В непрерывнодействующих центрифугах загрузка коагулята, а также отвод разделенных компонентов происходит в процессе работы.

Наибольшее распространение для обезвоживания коагулята крови получили непрерывнодействующие шнековые центрифуги отстойного типа.

Непрерывнодействующая центрифуга ОГШ-321К-01 состоит из станины, ротора, внутри которого помещен шнек с планетарным редуктором, получающим вращение непосредственно от ротора (цапфы последнего находятся в двух опорах). Основным узлом центрифуги является ротор цилиндрической формы, расположенный горизонтально на двух опорах-подшипниках (правой и левой). С торца ротор закрыт цапфами-крышками, которыми он опирается на подшипники.

Ротор приводится в действие от электродвигателя с помощью клиноременной передачи, огражденной кожухом. Внутри ротора расположен шнек, который предназначен для транспортирования коагулята к разгрузочным окнам ротора. Вращение передается через специальный планетарный редуктор, который обеспечивает вращение шнека в одну сторону с ротором, но с некоторым отставанием. Наличие разности в частоте вращения шнека и ротора создает условия для принудительного перемещения осадка вдоль внутренней поверхности ротора. Через полые цапфы ротора и шнека проходит питающая труба, по которой подводится скоагулированная кровь во внутреннюю полость барабана шнека, откуда она через окна выбрасывается во внутреннюю полость ротора.

Ротор в собранном виде состоит из трех основных частей: левой и правой цапф и полого цилиндрического барабана. Вращается он на двух опорных подшипниках. Цапфы ротора одновременно служат днищами, закрывающими барабан с торца. На торцевой поверхности правой цапфы имеются сливные окна, которые перекрываются сливными полудисками. Через указанные отверстия сливается отделяющаяся вода. На торцевой поверхности левой цапфы ротора имеются окна для выгрузки отжатого коагулята.

Шнек является одним из основных узлов центрифуги. Он предназначен для транспортирования коагулята и состоит из полого цилиндрического барабана, на наружной поверхности которого приварены витки спирали. Внутри полого барабана сделаны перегородки, образующие три камеры для приема массы. Камеры имеют по восемь разгрузочных окон. К торцам барабана шнека прикреплены цапфы, образующие опорные шейки шнека. Левая цапфа шнека снабжена шлицами, которыми соединяется с водилом второй ступени планетарного редуктора. Шнек опирается цапфами на подшипники, вмонтированные в цапфы ротора. В правую цапфу ротора вмонтирован радиальный шарикоподшипник, который воспринимает осевые нагрузки от шнека, возникающие при транспортировании шнеком отжатого коагулята к разгрузочным окнам.

Планетарный редуктор предназначен для передачи вращения ротора к шнеку. Редуктор состоит из литого цилиндра, к которому с торцов болтами прикреплены крышки. Правая крышка прикреплена к фланцу, посаженному на левую цапфу ротора. В крышке редуктора со стороны ротора установлены резиновые манжеты, препятствующие утечке масла из редуктора и попаданию в него пыли и грязи.

В корпус редуктора вмонтированы два зубчатых венца с внутренним зацеплением первой и второй ступеней редуктора. Они установлены на подшипниках. В водиле первой ступени установлено два, а в водиле второй ступени - три сателлита, которые находятся в зацеплении одновременно с венцами и центральными шестернями.

Кожух служит защитой от попадания во вращающиеся части ротора посторонних предметов. Кроме того, он препятствует проникновению жидкой фракции в камеру отжатого продукта. Внутренняя часть кожуха, имеет левую и правую камеры. В левую камеру поступает отжатая твердая фракция (коагулят), а в правую - жидкая (вода).

Ротор центрифуги опирается цапфами на две опоры, каждая из которых состоит из корпуса, крышки, двух боковых крышек и радиального шарикоподшипника. Механизм защиты редуктора предохраняет редуктор и шнек центрифуги от перегрузки и поломки. В корпусе механизма защиты установлена пружина, которая воспринимает усилия при работе центрифуги.

В случае мгновенной значительной перегрузки или заклинивания шнека рычаг опрокидывает кулачковый рычаг, и укрепленная на последнем пластинка нажимает на кнопку микропереключателя, который установлен на корпусе механизма защиты и сблокирован с электродвигателем центрифуги. При этом, электродвигатель отключается, и включается звуковой сигнал. Планетарный редуктор огражден кожухом.

Процесс обезвоживания коагулированной крови в центрифуге протекает следующим образом. Коагулированная кровь температурой 80-90 °С через питающую трубу поступает под напором 9,5- 14,2 кПа во внутреннюю полость конического барабана, где под действием центробежных сил происходит отделение твердой фракции коагулята от жидкой (воды). Коагулят осаждается на стенках вращающегося ротора, а затем транспортируется шнеком к разгрузочным окнам, в зоне обезвоживания влага „удаляется из коагулята. Жидкость температурой 70-72 °С устремляется по направлению к широкой стороне ротора и через сливные окна в правой цапфе выбрасывается в приемный отсек кожуха, откуда под действием собственной массы падает вниз. Процесс отделения твердой фракции от жидкой, выгрузка коагулята и слив фугата происходят непрерывно. Продолжительность прохождения скоагулированной массы и разделения на фракции через ротор центрифуги составляет 15 с, При подаче скоагулированной крови насосом в центрифугу избыточное давление не должно превышать 0,095 МПа.

Диаметр подающей трубы трубопровода скоагулированной крови при поступлении самотеком должен быть 50,8 мм, а при подаче насосом - 38,1 мм. Регулирующий и запорно-спускной вентили с манометром помещают около центрифуги. За регулирующим вентилем в системе присоединяют напорную линию, по которой подается вода для промывки и наполнения барабана перед пуском в работу.

Если скоагулированная кровь содержит большое количество твердых частиц, то перед ее поступлением целесообразно вводить в центрифугу горячую воду сразу после запуска центрифуги. Для очистки барабана по окончании работы достаточно промыть его чистой водой, не выключая электродвигатель.

Пуск центрифуги в работу осуществляют следующим образом. Перед пуском необходимо убедиться, в наличии в редукторе и подшипниках смазки. Затем на непродолжительный период включают электродвигатель и проверяют правильность его включения - вращение ротора должно быть по часовой стрелке, если смотреть со стороны подачи скоагулированной крови. При достижении центрифугой установленной частоты вращения подают скоагулированную кровь.

В процессе работы центрифуги необходимо периодически следить за нагревом масла в редукторе, температурой коренных подшипников. Так, температура нагрева масла в подшипниках не должна превышать 60-65 °С. Работать на машине можно только при закрытой крышке, которая должна быть плотно прижата к кожуху. Нельзя подавать в центрифугу жидкую массу, содержащую куски размером более 5-6 мм. 100

В последние годы нашли применение непрерывнодействующие установки для коагуляции крови и обезвоживания коагулята. Переработка крови на данных установках заключается в следующем. Отфильтрованная кровь по кровепроводу поступает в сборник, из которого она винтовым насосом перекачивается в промежуточный сосуд с мешалкой вместимостью 400 дм 3 . Здесь кровь подогревается острым паром до температуры 55 °С, что исключает его свертывание. Подогретая кровь легко стекает по трубе в винтовой насос производительностью 2-3 м 3 /ч, снабженный специальным регулятором скорости, который подает кровь в паровой непрерывнодействующий коагулятор. Количество пара, подаваемого в коагулятор, регулируют вентилем в зависимости от температуры коагулируемой крови, которую при выходе из коагулятора рекомендуется поддерживать на уровне 80 °С.

Наличие в коагуляторе дросселя, регулируемого маховичком, позволяет установить требуемую пропускную способность установки, давление в нагнетательной трубе и необходимую степень перемешивания массы крови и пара. Коагулированная масса крови под напором, создаваемым насосом, подается в отстойную центрифугу, где из нее отжимается до 75 % воды. Одновременно получается обезвоженный коагулят. Отделенная вода направляется через воронку в канализацию. Обезвоженный коагулят поступает по спуску на сушку. Подача воды для промывки оборудования осуществляется по трубопроводам.

Для нагрева 1000 кг крови до температуры от 20 до 90 “С расходуют 130 кг пара. При этом получают 387 кг обезвоженного коагулята и 743 кг воды. В обезвоженном коагуляте содержится 49% сухого остатка и 51% воды, а в отделенной на центрифуге воде находится 1,3% сухого остатка. Таким образом, процесс обработки коагулята на центрифуге позволяет удалить около 75 % воды, имеющейся в исходной крови. Общие потери сухого остатка составляют 10 кг на 1000 кг крови, что составляет 5 % его содержания в 1000 кг крови.

Возможность отделить при центрифугировании 75% воды, имеющейся в исходном сырье, позволяет сэкономить на каждые 1000 кг перерабатываемой крови 724 кг пара, который необходим для испарения влаги при сушке необезвоженной крови.

Непрерывнодействующая установка для обезвоживания коагулята проста в обслуживании,» сокращает продолжительность переработки крови и позволяет получить продукт с высоким содержанием белка. Она занимает небольшую производственную площадь (при производительности 600 и 2200 кг/ч — 5,5 м 2).

Кроме тепловой коагуляции, кровь с целью максимального выделения белков обрабатывают химическими веществами. Такой метод обработки получил название химической коагуляции крови. В США для химической коагуляции крови крупного рогатого скота и свиней используют полифосфат натрия, треххлористое железо, лигнин и лигносульфонат натрия. Обработку крови указанными веществами производят в кислой среде при pH 3,5-4,5. Полученный коагулят нейтрализуют щелочами и обрабатывают на центрифуге для обезвоживания. Наиболее эффективным для коагуляции крови оказался лигносульфонат натрия. Преимущество химической коагуляции заключается в простоте процесса и снижении расхода пара.

Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter .

Использование: сельское хозяйство, а именно, производство кормов для животных. Сущность изобретения: электрокоагуляция белка осуществляется постоянным током в камере, анодная и каводная области которой разделены мембраной. В процессе протекания тока регистрируют величину pH среды и при достижении ее значения 5 процесс прекращают. По мере удаления коагулята, из катодной области в анодную подают оставшуюся часть белковосодержащего материала. Температура материала при этом не превышает 39 - 40 o С. 2 з. п. ф-лы, 1 табл.

Изобретение относится к сельскому хозяйству, а именно к производству кормов для животных. Известен способ термической коагуляции белка из картофельного сока, заключающийся в его нагревании паром до 70-100 о С. Недостатками способа является низкий выход белка (70-80%), высокая энергоемкость (0,5 МДж/кг). Существует способ химической коагуляции, состоящий в осаждении белка без нагревания при подкислении его кислотами или солями тяжелых металлов до изоэлектрической точки (рН 4,8-5,2). Недостаток способа низкий выход белка (40-50%), необходимость нейтрализации среды. Наиболее близким к предлагаемому является способ электротермической обработки, при котором белковосодержащую среду нагревают электрическим током промышленной частоты до 70-100 о С. Напряженность электрического поля между электродами, расположенными в коагулируемой среде составляет (5-25) 10 2 В/м. Выход белка достигает 80-84% энергоемкость 0,12 МДж/кг. Цель изобретения увеличение выхода белка, снижение энергоемкости процесса. Для достижения поставленной цели, белок коагулируют в камере, разделенной мембранной перегородкой, проницаемой для неорганических соединений (в основном ионов Н+ и ОН-) и практически непроницаемой для ионов белка из-за их "крупных" размеров. При протекании, например, через картофельный сок постоянного тока от положительного электрода к отрицательному ионы Н + движутся к катоду, а ионы гидроксильных групп ОН - к аноду. Это приводит к уменьшению рН у анода и увеличению у катода. Кислая среда у анода коагулирует белок. Кроме того, электрический ток,проходя через картофельный сок, активизирует массоперенос и скорость химических реакций, не вызывая его значительный нагрев. Благодаря этому температура сока повышается только до 30-40 о С. Таким образом, вследствие термохимического действия электрического тока, белок коагулирует при температурах, значительно меньших, чем при известных термических способах, что снижает энергоемкость процесса до 0,05 МДж/кг. Совместное химическое и термическое действие электрического тока увеличивает выход белка до 97% Отработанную фракцию из катодной области вносят в анодную в пропорции, не нарушающей процесс коагуляции. П р и м е р. Сок картофеля (рН 6,6-6,8) помещают в рабочую камеру коагулятора, анодное (А) и катодное (К) пространства которой разделены мембранной перегородкой в отношении А:K 4:1, практически непроницаемой для компонентов сока в отсутствии электрического тока. К электродам камеры от выпрямителя подводят постоянный ток напряженностью электрического поля в межэлектродном пространстве (3-5)10 2 В/м, под действием которого рН понижается до 2,5-5. При протекании коагуляции регистрируют температуру. При достижении 30-40 о С процесс прекращают. В процессе коагуляции обработанный продукт из катодной области подают в анодную, смешивая его со "свежим" соком. Время обработки зависит от напряженности электрического поля и исходной температуры сока. Скоагулированный белок выделяют из сока общепринятыми методами. В таблице приведена сравнительная оценка различных способов коагуляции, полученная в лаборатории транспорта и регуляции обмена веществ растений Академии наук РБ. Исследования показали, что предлагаемый способ увеличивает выход белка на 10-15% снижает энергоемкость в 2-3 раза; При этом плотность постоянного тока при коагуляции не превышает 8000 А/м 2 , что позволяет уменьшить температуру обработки.

Формула изобретения

1. СПОСОБ КОАГУЛЯЦИИ БЕЛКА, включающий размещение белоксодержащего материала в камере, анодная и катодная области которой разделены мембранной перегородкой, и пропускание постоянного электрического тока между электродами, расположенными в указанных областях, отличающийся тем, что в процессе протекания тока регистрируют величину рН обрабатываемого материала в анодной области камеры и при величине рН не более 5 прекращают пропускание тока. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что после удаления коагулянта из анодной области камеры оставшийся в катодной области камеры белоксодержащий материал перемещают в анодную область и обе области дополняют до рабочего уровня новым белоксодержащим материалом. 3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что плотность постоянного тока в процессе коагуляции выбирают не более 8000 А/м 2 .

План

1. Денатурация и коагуляция белков: физико-химическая сущность.

2. Деструкция белков: физико-химическая сущность.

3. Влияние изменения белков на их пищевую ценность.

4. Проблема белковой недостаточности и пути ее решения.

1. Денатурация и коагуляция белков: физико-химическая сущность

Денатурация – нарушение пространственной структуры белковой молекулы под воздействием внешних факторов, чаще всего нагревания, которые приводят к изменениям природных свойств белка. С физической точки зрения денатурацию рассматривают как разупорядочение конформации полипептидной цепи без изменения первичной структуры. Денатурация может быть тепловой (в результате нагревания), поверхностной (при встряхивании, взбивании), кислотная или щелочная (в результате воздействия кислот и щелочей). Тепловая денатурация сопровождает изменение пищевых продуктов практически во всех процессах кулинарной обработки белоксодержащих продуктов.

Механизм тепловой денатурации: при комнатной температуре определенная пространственная укладка белковой глобулы сохраняется за счет поперечных связей между участками полипептидной цепи: водородных, дисульфидных (-S-S-). Эти связи не прочны, но обладают достаточной энергией, чтобы удерживать полипептидную цепь в свернутом состоянии. При нагревании белков усиливается тепловое движение атомов и полипептидных цепей белковых молекул, в результате поперечные связи разрушаются, ослабляются гидрофобные взаимодействия между боковыми цепями. В результате полипептидная цепь разворачивается, важную роль при этом играет вода: она проникает в участки белковой молекулы и способствует развертыванию цепи. Полностью обезвоженные белки, выделенные в кристаллическом виде, очень устойчивы и не денатурируют даже при длительном нагревании до температуры 100ºС и выше. Развертывание белковой глобулы сопровождается образованием новых поперечных связей, особенно активными при этом становятся дисульфидные.

Денатурация глобулярных белков протекает путем развертывания белковой глобулы и последующем ее сворачивании по новому типу. Прочные ковалентные связи при такой перестройке не разрушаются.

Денатурация фибриллярных белков (например, коллагена соединительной ткани мяса): связи, удерживающие пространственную структуру в виде спирали разрываются и нить белка сокращается, при длительной тепловой обработке коллагеновые волокна превращаются в стекловидную массу.

Денатурация сопровождается изменением важнейших свойств белка: потерей биологической активности (инактивация ферментов), видовой специфичности (изменение окраски, например, мяса), способности к гидратации (при изменении конформации на поверхности белковой глобулы появляются гидрофобные группы, а гидрофильные оказываются блокированными в результате образования внутримолекулярных связей), улучшением атакуемости протеолитическими ферментами, повышением реакционной способности белков, агрегированием белковых молекул. А

Агрегирование – взаимодействием денатурированных молекул белка с образованием более крупных частиц. Внешне это выражается по-разному: в малоконцентрированных белковых растворах – образование пены (хлопья на поверхности бульонов), в более концентрированных белковых растворах – образование сплошного геля при их одновременном уплотнении и отделении жидкости в окружающую среду (дегидратации). Так происходит денатурация белков в мясе, рыбе, яйце. Величина дегидратации зависит от кислотности среды – при подкислении влаги теряется меньше, так при мариновании мяса птицы, рыбы изделия получаются более сочными.

В неденатурированном состоянии белки представляют собой золь (раствор), в результате денатурации происходит переход раствора в студень (гель). Если белок находится в высококонцентрированном состоянии, то в процессе варки образуется сплошной студень, который охватывает весь объем системы (например, белок яйца).

Коагуляция – переход золя в гель, то есть из одного коллоидного состояния в другое. Между процессами денатурации и коагуляции нельзя ставить знак равенства, хотя в большинстве процессов коагуляция сопровождает денатурацию, но иногда и нет. Например, при кипячении молока лактоальбумин и лактоглобулин денатурируют и коагулируют, а казеин в тоже время не меняет своего коллоидного состояния.

Каждый белок имеет определенную температуру денатурации, Например, для белков рыбы низший температурный уровень денатурации, при котором начинаются видимые денатурационные изменения, составляет около 30ºС, яичного белка – 55ºС.

Изменение рН среды оказывает влияние на температуру денатурации: при значениях рН близких к ИТБ, денатурация происходит при более низкой температуре и сопровождается максимальной дегидратацией белка. Создание кислой среды при тепловой обработке способствует снижению дегидратации и продукт получается более сочным.

Температура денатурации повышается в присутствии других более термостабильных белков и некоторых веществ небелковой природы, например, сахарозы.

2. Деструкция белков: физико-химическая сущность

При изготовлении кулинарной продукции изменения белков не ограничиваются денатурацией: для доведения продуктов до состояния кулинарной готовности нагрев ведут при температуре 100ºС и выше, при этом происходит дальнейшее измение белков, сопровождающееся разрушением макромолекулы белка.

Деструкция – дальнейшие постденатурационные изменения белков, протекающие при температуре 100ºС и выше и сопровождающиеся на первой стадии разрушением макромолекул белка с отделением летучих соединений (аммиака, сероводорода, фосфористого водорода и др.), участвующих в формировании аромата готового изделия. При длительной термической обработке происходит деполимеризация (разрушение белковой цепочки) с образованием водорастворимых азотистых веществ.

Ярким примером деструкции денатурированного белка является переход коллагена в глютин при варке бульонов и студней. Деструкция белков происходит в проивзодстве некоторых видов теста. В этом случае разрушение внутримолекулярных связей в белках происходит при участии протеолитических ферментов, содержащихся в муке и вырабатываемых дрожжевыми клетками.

Деструкция белков может быть целенаправленным приемом кулинарной обработки, способствующим интенсификации технологического процесса (использование ферментных препаратов для размягчения мяса, ослабления клейковины теста, получения белковых гидролизатов и др.)

Гидролиз белков – расщепление полипептидных цепей белковой молекулы с высвобождением аминокислот. Эта реакция протекает под действием ферментов в желудочно-кишечном тракте.

Гидратация белков сопутствует всем технологическим процессам и улучшает усвояемость белков. Денатурация в зависимости от глубины влияет на усвояемость по-разному: при легкой денатурации улучшается усвояемость белка (яйцо всмятку), а при дальнейшем уплотнении (яйцо вкрутую) усвояемость ухудшается. На содержание незаменимых аминокислот ни денатурация, ни коагуляция не влияют.

Уменьшение пищевой ценности связано с сильно длительным нагревом: при варке 2 часа разрушается 5,2% незаменимых аминокислот. Особенно сильное влияние на биологическую ценность оказывает повторный нагрев продуктов выше 100ºС.

Под коагуляцией понимают сближение и склеивание белковых частиц, в результате чего увеличивается их размер, и они легко выпадают в осадок. Явление коагуляции может быть обратимым, когда при устранении факторов коагуляции белок-коллоид может снова возвратиться к своему первоначальному состоянию. При подогревании растворов белка выше С большинство белков коагулирует, особенно легко этот процесс протекает в изоэлектрической точке. При этом разрушается гидратационная оболочка белковой частицы, и третичная структура молекулы белка теряет гидрофильность, становится гидрофобной и легко осаждается. Соли тяжёлых металлов (Си,Pb, Ag) в небольших концентрациях способны вызывать коагуляцию белков в их растворах. Коагуляция белков как под давлением ионов тяжёлых металлов, так и под действием высокой температуры – процесс необратимый. Коагуляцию белка можно вызвать с помощью концентрированных растворов некоторых минеральных кислот (азотная, серная, соляная). Механизм действия этих веществ сводится к подавлению электрического заряда, дегидратации и частичного гидролиза белковой частицы. Под влиянием солей щелочных металлов (NaCl, ) происходит обратимая коагуляция и осаждение белков, которое называется высаливанием. Механизм этой коагуляции состоит в том, что приведённые электролиты нейтрализуют электрический заряд коллоидных частиц белка и, как сильные водоотнимающие средства, разрушают их гидратационную оболочку. Под влиянием высоких или низких температур, изменений рН, действия ионов тяжёлых металлов и некоторых химических веществ в молекулах белков происходят изменения, называемые денатурацией. Наиболее ярким проявлением денатурации глобулярных белков является уменьшение их растворимости и выпадение в осадок. У многих белков денатурация наступает в результате нагревания их до 50-60 С, а некоторые белки денатурируют при охлаждении до температуры ниже 10-15 С. При денатурации белки теряют свою биологическую активность.

13.Классификация белков. Простые белки. Сложные белки – протеиды.

По химическому строению белки разделяются на простые (протеины) и сложные (протеиды). Простые белки состоят только из аминокислот, а сложные при гидролизе распадаются на аминокислоты и различные вещества небелкового характера. К группе простых белков относят альбумины, глобулины, гистоны, протамины, протеиноиды, глютелины и проламины. Альбумины – наиболее распространённая группа белков, они встречаются во всех тканях животных и растений, хорошо растворимы в воде и ненасыщенных солевых растворах. Глобулины – наиболее многочисленная группа белков в организме животных. Гистоны – группа ядерных белков, в состав молекул которых входит от 20 до 30% диаминомонокарбоновых кислот (лизин, аргинин) и циклической аминокислоты – гистидина. Гистоны в значительной степени обусловливают уникальную структуру ДНК и дезоксинуклеопротеидов в ядре, что служит необходимым условием для биосинтеза белков. Протамины – белки, отличающиеся высоким содержанием диаминомонокарбоновых кислот (от 50 до 80%). Протамины, как и гистоны, составляют белковую часть нуклеопротеидов. Протеиноиды – белки опорных тканей – костей, хрящей, сухожилий, связок, шерсти, волос, копыт. Проламины – группа белков растительного происхождения, встречаются главным образом в семенах злаков. Отличительной чертой проламинов является хорошая растворимость в 60-80% этиловом спирте. Глютелины – большая группа белков растительного происхождения, которые растворимы только в слабых растворах щелочей (0,2%). Их обнаруживают вместе с проламинами в семенах злаковых растений.К группе сложных белков относят: нуклеопротеиды, хромопротеиды, фосфопротеиды, гликопротеиды, липопротеиды, металлопротеиды и белки ферменты. Нуклеопротеиды построены из простого белка и нуклеиновых кислот. Белки, входящие в состав нуклеопротеидов, чаще всего представлены гистонами и протаминами. Хромопротеиды построены из простого белка и какого-либо окрашенного соединения небелкового характера. Фосфопротеиды построены из простого белка и остатков фосфорной кислоты. Гликопротеиды – группа сложных белков, которые построены из простого белка и небелковой части, состоящей из углеводов, производных углеводов (гексуроновые кислоты), серной и уксусной кислот.