Свойства белков и их превращения в технологических

Процессах

Наиболее важными функциональными свойствами белков являются: гидратация, растворимость, водосвязывающая и жиросвязывающая способность, пенообразование.

Гидратация

Белки связывают воду, т. е. проявляют гидрофильные свойства. При этом они набухают, увеличивается их масса и объём.

Набухание - это самопроизвольный процесс поглощения низкомолекулярного растворителя высокомолекулярным веществом, сопровождающийся увеличением его массы и объёма. Набухание часто является начальным этапом растворения высокомолекулярных веществ. Различают ограниченное и неограниченное набухание.

При ограниченном набухании, объём и масса полимера достигают определенных значений и дальнейший контакт полимера с растворителем не приводит к каким-либо изменениям. Ограниченно набухший полимер называется студнем. Неограниченное набухание характеризуется отсутствием предела набухания, с течением времени полимер поглощает все большее количество жидкости и в результате набухание переходит в растворение.

Причиной набухания является диффузия молекул низкомолекулярного растворителя в высокомолекулярное вещество. Между макромолекулами полимера обычно имеются небольшие пространства, размер которых соизмерим с размером молекул растворителя. Благодаря этому молекулы низкомолекулярной жидкости достаточно быстро проникают между макромолекулами, раздвигая цепи.

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

Гидрофильность отдельных белков зависит от их строения. Имеющиеся в составе молекулы и расположенные на ее поверхности гидрофильные группы (-CONH-, -NH₂, -COOH) притягивают к себе молекулы воды, строго ориентируя их на поверхности молекулы. Окружающая белковые глобулы гидратная оболочка препятствует агрегации, а, следовательно, способствует устойчивости растворов белка и препятствует их осаждению.

Чем ниже относительная гидрофобность белков (т.е. ниже взаимодействие между глобулами и выше сила отталкивания), тем выше взаимодействие их с молекулами растворителя, следовательно, выше растворимость. Кроме того, растворимость белков зависит от pH среды и присутствия солей.

При pH, соответствующем изоэлектрической точке, белки имеют наименьшую растворимость, т. к. суммарный заряд на их молекулах равен нулю и частицы не отталкиваются. В кислой и щелочной среде, наоборот, обеспечивается взаимодействие противоположно заряженных ионов растворителя (H⁺ и OH^-) с поверхностями белковых частиц, заряженных положительно в кислой среде вследствие подавления диссоциации карбоксильных (-COOH) групп, и заряженных отрицательно в щелочной среде за счет подавления диссоциации основных (-NH₂) групп.

При добавлении к белковым растворам небольших количеств солей растворимость увеличивается, т. к. ионы препятствуют электростатическому взаимодействию боковых групп белка между собой. Высокие концентрации солей, снижающие гидратацию полипептидных цепей, наоборот, усиливают гидрофобные белок - белковые взаимодействия и вызывают выпадение белка в осадок (высаливание).

Различия в растворимости белков пищевого сырья лежат в основе технологических процессов выделения изолятов и концентратов и имеют непосредственное отношение к качеству многих пищевых продуктов. В напитках применяются белки с высокой растворимостью, в изделиях из муки - с низкой, незначительное количество растворимого белка должно содержаться в текстурированных белковых продуктах, зерновых, приготовленных высокотемпературной экструзией, и макаронных изделиях.

При использовании белков в качестве обогатителей, наполнителей, аналогов мясных и рыбных изделий большое значение имеют такие свойства белков, как ограниченная степень набухания, размер частиц, водо- и жиросвязывающая способность, образование вязко-упругоэластичных масс и гелей.

При ограниченном набухании концентрированные белковые растворы образуют сложные системы, называемые студнями. Студни не обладают текучестью, они упруги, обладают пластичностью, определенной механической прочностью, способны сохранять свою форму. Сильно гидратированный студень - сырая клейковина - набухший в воде белок пшеничной муки (глиадин и глютенин). Различная гидрофильность клейковинных белков - один из признаков, характеризующих качество пшеничной муки (ее хлебопекарные свойства).

Высокая способность белков удерживать воду в пищевых продуктах (мясных, хлебобулочных и др.) повышает выход продуктов, удлиняет сроки хранения и улучшает текстуру.

Высокая жироудерживающая способность характеризуется адсорбцией жира гидрофобными группами в белке и обеспечивает нежную и однородную текстуру изделий, исключает отделение жира, сморщивание изделий, уменьшает потери при варке и жарении.

Жироэмульгирующая и пенообразующая способность белков широко используются в практике получения жировых эмульсий и пен. Присутствие в одной белковой цепи гидрофобных и гидрофильных группировок обеспечивает распределение молекул определенным образом на границе раздела фаз вода-масло и вода-газ. Ориентация гидрофильных групп белка к воде, а гидрофобных к маслу на границе раздела фаз в виде прочного адсорбционного слоя снижает поверхностное натяжение в дисперсных системах и делает их агрегативно устойчивыми и одновременно вязкими. Все виды эмульсий с белком получают механическим диспергированием одной жидкости в другой при помощи мешалок или гомогенизаторов. На основе жироэмульгирующих свойств растительные и животные белки применяются в производстве низкокалорийных маргаринов, майонезов, паст, мясных продуктов.

Пенообразование - способность белков образовывать высококонцентрированные системы жидкость-газ. Такие системы называются пенами. Пузырьки газа в пенах имеют большие размеры, форму 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 высоковязкую структурированную пленку, препятствующую стеканию жидкости. В этом случае толщина слоя жидкости между пузырьками газа уменьшается медленно и пена может существовать длительное время. Здесь используется способность белков понижать поверхностное натяжение на границе раздела жидкость-газ.

Для получения пен применяют обычно метод встряхивания или перемешивания, например, при приготовлении вспененных кондитерских изделий (пастила, зефир, суфле). Образование пенообразной структуры теста при его брожении в производстве хлеба или при термическом разложении химических разрыхлителей имеющем место при изготовлении мучных кондитерских изделий (бисквиты, печенье), - это примеры конденсационного метода получения пен.

С целью обеспечения стабильности технологического процесса, улучшения качества и расширения ассортимента пищевых изделий осуществляют регулирование функциональных свойств белков.

Регулированиесвойств белков достигается физико-химическим, ферментативным или химическим воздействием, например, растворение белков в кислоте, щелочи или основании, термоденатурация, воздействие протеазами, дезаминирование, ацилирование аминогрупп янтарным, уксусным и другими ангидридами. Функциональные свойства белков изменяются за счет обработки их веществами липидной, углеводной природы или минеральными веществами.