Роль денатурації у технологічних процесах
Методи хімічної модифікації білка не отримали поки що широкого промислового використання, незважаючи на їх значні потенціальні можливості. Це, видимо, зумовлено перш за все необхідністю ретельних медично-біологічних досліджень модифікованих білків і розробки методів контролю процесів модифікації та складу отримуваних продуктів. Контроль цих процесів досить складний через велику кількість реакційно здатних функціональних груп у молекулі білка й меншу специфічність методів хімічної модифікації в порівнянні з ферментативною. Крім того, велике значення можуть мати можливі суміші в препаратах білка та використовуваних хімічних реактивах, які можуть сорбуватися і накопичуватися в білку, а також утворювати токсичні продукти. Суттєве також можливе значне зниження біологічної цінності білка при його модифікації, так як не всі утворювані хімічні зв’язки гідролізуються в ЖКТ і не всі нові продукти модифікації можуть засвоюватися організмом.
До найбільш перспективної в практичному відношенні групи методів регулювання функціональних властивостей білка відносяться фізико-хімічні прийоми. Вони більш прості в технологічному відношенні, не потребують вживання нехарчових речовин і дозволяють ефективно варіювати широкий набір функціональних властивостей. Серед фізико-хімічних прийомів найбільше значення мають три групи методів: термоденатурація білків, комплексоутворення білків з іншими харчовими речовинами, в першу чергу з полісахаридами, а також фазове розшарування багатокомпонентних білоквмісних харчових систем та супроводжуючі його ефекти.
Термоденатурацію білків давно і широко використовують для регулювання їх функціональних властивостей, в першу чергу для зниження розчинності білків за їх отримання та очистки. Прикладами можуть слугувати осадження (термокоагуляція) білків при нагріванні їх розчинів в результаті термоденатурації та агрегації денатурованих молекул, спів осадження термоденатурованих білків з іншими білками в присутності солей кальцію або інших полівалентних металів, особливо, при отриманні копреципітатів білків молока чи соєвого сиру, а також термоденатурація білка знежиреної соєвої муки для подальшої водної екстракції небажаних небілкових компонентів для очистки білка при отриманні його концентратів. Однак у більшості випадків термоденатурація білка призводить до зниження розчинності та інших функціональних властивостей, тому оцінюється як небажана з позицій переробки білка в їжу.
В останній час цікавість до термоденатурації білка зросла у зв’язку із з’ясованою можливістю отримання розчинних продуктів з новими функціональними властивостями. До них відносять поверхневі властивості білка, здатність стабілізувати емульсії та піни, а також реологічні властивості та гелеутворююча здатність. При термоденатурації білка у розбавлених розчинах нижче критичної концентрації гелеутворення виявилось можливим отримувати розчинні денатуровані форми у вигляді агрегатів розвернутих макромолекул або фрагментів макромолекул-субодиниць. При цьому змінюються не тільки розміри денатурованих білкових часточок, але й характер їх взаємодії між собою та розчинником.
У більшості випадків денатуровані макромолекули білка (термотропні агрегати) характеризуються більш високою гідрофобністю, ніж нативні макромолекули. В результаті підвищуються емульгуюча ємність, емульгуюча та піностабілізуюча здатність білків (наприклад, овоальбуміну, 7S глобуліну бобів сої та k-казеїну), збільшення яких корелює зі збільшенням гідрофобності поверхні білкових часток. Більшу цікавість являє також отримання змішаних агрегатів при термоденатурації сумішей білків. Виявлена обмежена термодинамічна сумісність денатурованих форм (термотропних агрегатів) і нативних макромолекул одного й того ж білка. Цей ефект має важливе практичне значення.
На ступінь засвоєння організмом білків впливає технологія отримання харчових продуктів та їх кулінарна обробка. Аналізуючи дію різних видів обробки харчової сировини та продуктів на засвоюваність білків, що в них містяться, треба відзначити, що в більшості харчових виробництв при дотриманні технології не відбувається деструкції амінокислот. За помірного нагріву харчових продуктів, особливо рослинного походження, засвоюваність білків дещо покращується, так як часткова денатурація білків полегшує доступ протеаз до пептидних зв’язків.
У технологіях продукції громадського харчування денатурація білків сприймається як:
Фактор, що забезпечує реалізацію поняття кулінарна готовність;
Фактор, що дозволяє цілком або частково припинити ферментативну діяльність;
Фактор, що забезпечує дотримання такого важливого показника, як мікробіологічна нешкідливість;
Фактор втрати білками функціональних властивостей і своєї видової специфічності;
У вузькому розумінні технології, з денатурацією пов’язані формування консистенції, виникнення форми, зміна кольору та ін.
У харчовій технології особливе практичне значення має теплова денатурація білків. Ступінь теплової денатурації білків залежить від температури, тривалості нагріву та вологості. Це необхідно пам’ятати при розробці режимів термообробки харчової сировини, напівфабрикатів, а іноді й готових продуктів.
Особливу роль процеси теплової денатурації відіграють при бланшуванні рослинної сировини, сушці зерна, випічці хліба, виготовленні макаронних виробів. Денатурація білків може бути викликана і механічною дією (тиском, розтиранням, збиванням, ультразвуком). Також до денатурації білків призводить дія хімічних реагентів (кислоти, луги, спирт, ацетон). Всі ці прийоми широко використовують в харчовій та біотехнології.
Теплова денатурація білків є одним з основних фізико-хімічних процесів, що лежать в основі випічки хліба, печива, бісквітів, тістечок, сухарів, сушки макаронних виробів, отримання екструдатів і сухих сніданків, варіння, смаження овочів, риби, м'яса, консервації, пастеризації та стерилізації молока. Даний вид перетворень належить до корисних, так як він прискорює перетравлювання білків у шлунково-кишковому тракті людини (полегшуючи доступ до них протеолітичних ферментів) і зумовлює споживчі властивості харчових продуктів (текстуру, зовнішній вигляд, органолептичні властивості). У зв'язку з тим, що ступінь денатураціі білків може бути різним (від незначної до повної зміни розташування пептидних ланцюгів з утворенням нових ковалентних-S-S-зв'язків), то і засвоюваність полімерів може не тільки поліпшуватися, але і погіршуватися.
Паралельно можуть змінюватися фізико-хімічні властивості білків. Для бавовняних насіння, підданих вологотепловій обробці, зафіксований, наприклад, перехід розчинного азоту з однієї форми в іншу. Термічна обробка білковмісної їжі при 100 - 120 ° С призводить не до денатурації, а до руйнування (деструкції) макромолекул білка з відщепленням функціональних груп, розщепленням пептидних зв'язків і утворенням сірководню, аміаку, вуглекислого газу і ряду більш складних з'єднань небілкової природи.
Взагалі денатурація, як явище і як процес, викликає велику зацікавленість фахівців і вчених, оскільки, з одного боку, являє значну проблему, з іншого — лежить в основі виготовлення їжі.
Денатурація відіграє ключову роль у технології продукції громадського харчування. До неї слід ставитися не лише як до наслідку технологічного процесу, а також як до показника, що зумовлює цей процес. Через те, що білкові речовини в технологічних процесах слід розглядати не як пасивні речовини, а як активні функціональні компоненти, дуже важливою є інформація про нативність білкових речовин і ступінь їх денатурації. Дійсно, крім біологічної цінності, технологічна цінність білків насамперед оцінюється їх функціональними показниками, такими як спорідненість з водою та ступінь гідратації, здатність розчинятися, бути стабільними у розчині та зумовлювати певні структурно-механічні властивості, виконувати роль поверхнево-активної речовини — бути емульгатором, стабілізатором, піноутворювачем, знижувати поверхневий натяг води; бути термолабільним або термостабільним структуроутворювачем та ін. Усі ці показники зумовлені властивостями нативних не денатурованих білків. Тому таке поняття, як ступінь денатурації, що оцінюється за реальними технологічними показниками, наприклад за величиною емульгувальної або піноутворювальної здібностей, відносно до нативного білка відіграє значну роль у організації технологічного процесу, виборі концентрацій речовин, гідромодуля, температурних параметрів та ін. Усе це, водночас, має бути зв’язано з такими нормативними показниками, які характеризують показники стабільності білкових систем, наприклад: розчинність (сухе молоко, яєчний порошок), гідратація (висушені м’ясо, риба, пасероване в різних режимах борошно, тісто, утворене під час контрольованого заварювання), показники взаємозамінності продуктів (яєчний порошок — на яйця свіжі, молоко сухе — на молоко свіже та ін).
Потрібно одночасно оцінювати і фізіологічну роль денатурації. Втрата білком у процесі денатурації своєї біохімічної індивідуальності в цілому полегшує травлення готових продуктів. Тому засвоєння денатурованих білків, як правило, проходить більш ефективно, ніж нативних. Це також стосується інактивації білків-інгібіторів, наприклад у насінні олійних культур. Ці білки виконують у рослинах захисну функцію, але значною мірою впливають на травлення людини, суттєво зменшуючи функцію трипсину та хімотрипсину. Тому денатурація, як фактор технології, значно знижує вплив цих білків. Але відомо, що засвоєння залежить від ступеня денатурації. Так, білково-вуглеводні комплекси, які утворюються під час реакції мелаїдиноутворення і відносно до білка оцінюються як денатурація, засвоюються гірше за рецептурні компоненти. А продукти більш глибоких стадій мелаїдиноутворення здатні певною мірою негативно впливати на травлення.
Перелік використаної літератури:
Пивоваров П. П. Теоретична технологія продукції громадського харчування: Навч. Посібник. Частина І. Білки в технології громадського харчування / Харк. держ. Університет харчування та торгівлі. – Харків, 2000.-116 с.
Траубенберг Светлана Евгеньевна, Кочеткова Алла Алексеевна, Нечаев А.П. Пищевая химия, 2003.- 625 с.
Скурихин И. М., Нечаев А. П. Все о пище с точки зрения химика: Справ. издание. — С 46 М.: Высш. шк. 1991. – 288 с.
http://www.xumuk.ru/biologhim/015.html>Денатурация белков