Физико-химические основы переработки белка в ипп 65

Рис. 10. Зависимость состава (га — соотношение весовых концентраций бел­ка и альгината) нерастворимых комплексов от рН системы

а — желатина— апьгинат—вода (.?), эдестин—альгинат—вода (2); б—бычий сыворо­точный альбумин (БСА)—альгинат—вода; в—лизоцим—альгинат—вода: 1—экспе­риментальные данные; 2 — рассчитанные для условий электронейтральности комплекса

нерастворимом комплексе) зависит от рН, причем понижение рН системы сопровождается уменьшением доли белка в комплексе. Для проверки предположения о электронейтральности нераство­римого комплекса его состав рассчитывали исходя из условия равенства суммы зарядов макроионов белка и кислого полисаха-Рида в системе. Результаты расчета состава нерастворимых ком­плексов, получаемых при различных значениях рН, выполненные на основе предположения о его электронейтральности, совпадают с экспериментальными данными лишь в случае белков с неупо­рядоченной конформацией, а именно, желатины и эдестина, де­натурированного кислотой (рис. 10). Для глобулярных белков (альбуминов) — лизоцима и сывороточного альбумина — подобно­го совпадения не наблюдается (см. рис. 10). Иными словами, если белок имеет неупорядоченную конформацию, то нераство­римый комплекс электронейтрален. В случае же глобулярных белков нерастворимый комплекс заряжен и содержит относитель­ный избыток белка. Последнее, по-видимому, обусловлено ста­бильностью компактной пространственной структуры белка, вследствие чего часть положительно заряженных групп белка не может образовывать ионные пары с карбоксильными группами жесткоцепного кислого полисахарида, например альгината, по чи­сто стерическим причинам. При введении в систему 0,2—0,5 М хлористого натрия фазовое расслоение подавляется [121].

Исследование взаимодействия желатины и альгината натрия показало, что вне области, отвечающей фазовому расслоению, т. е. при язбытке кислого полисахарида и рН ниже ИЭТ белка,

3 В. Б. Толстогузов

66

Глава вторая

образуются растворимые комплексы желатина—альгинат, кото­рые, по данным свободного электрофореза, являются полианиона­ми. Введение в систему, содержащую растворимые комплексы, хлористого натрия приводит сначала к ее расслоению (при кон­центрации соли около 0,05Af) с образованием концентрирован­ной фазы, что сопровождается увеличением рассеяния света, за­тем к снижению рассеяния за счет агрегации частиц концент­рированной фазы и, наконец, к растворению концентрированной фазы (при концентрации соли около 0,2 М) и переходу систе­мы в однофазное состояние. Концентрация соли, необходимая для расслоения, может служить мерой заряда анионных комплексов. Она снижается при увеличении доли желатины в системе. Ана­лиз состава концентрированной фазы, полученной при введении соли в систему, содержащую растворимые комплексы, подтверж­дает, что состав анионных комплексов зависит от состава исход­ной системы. По мере увеличения доли желатины в системе за­ряд анионных комплексов стремится к нулю, а их состав — к со­ставу нерастворимого электронейтрального комплекса [122]. Показано, что мочевина при концентрации 6М и выше может подавлять фазовое расслоение в системе желатина—альгинат— вода, но не разрушает при этом электростатические комплексы. Иначе говоря, мочевина препятствует агрегации комплексов и образованию концентрированной фазы. Напротив, хлористый нат­рий при концентрации 0,2 М и выше подавляет образование как растворимых, так и нерастворимых комплексов.

Полученные данные согласуются с двухстадийной схемой процесса комплексной коацервации, предложенной Вайсом [86— 89], и показывают ее применимость к системе белок—кислый полисахарид, т. е. не только к случаю двух гибких полиио­нов.

Процесс образования нерастворимого электронейтрального комплекса можно представить как серию последовательных ре­акций связывания макроионом кислого полисахарида (ядро ком­плекса) макроионов белка (лиганды) с образованием макро-анионных комплексов, отрицательный заряд которых снижается при присоединении очередного лиганда на величину суммарного заряда макроиона желатины. Процесс завершается образованием электронейтрального комплекса, в котором противоположно заря­женные группы белка и кислого полисахарида связаны в ион­ные пары. Вторая стадия процесса заключается в агрегации элек­тронейтральных комплексов с их выделением в отдельную кон­центрированную фазу. Агрегация комплексов осуществляется, по-видимому, за счет их гидрофобного взаимодействия и образо­вания водородных связей. Для глобулярных белков характерно то, что нерастворимый комплекс не элсктронойтралеп. Отсутст­вие эквивалентности можно объяснить исходя из представления

Физико-химические основы переработки белка в ИПП 07

Рис. 11. Влияние декстран-сульфата на осаждение ка­зеина. Зависимость мутности (т) от рН системы казеин (3-10~² %) —декстрансульфат— вода с различным содержа­нием декстрапсульфата в системе:

1 — 2,3 • 10-'%; 2 — 3,8 • 10~i%;

д_5 . 10-'%; 4—1 • 10-'%; Д--0

о том, что минимум свободной энергии системы достигается при полной компенсации заряда кислого полисахарида (см. рис. 10). Нерастворимость заряженных комплексов глобулярных белков с кислыми полисахаридами, по-видимому, определяется условием максимальной гидрофобности такого комплекса.

Вопрос об образовании заряженных и электронейтральных комплексов желатины с кислыми полисахаридами имеет сущест­венное практическое значение, так как здесь возникает возмож­ность регулирования свойств студней и получения новых студ-необразующих систем. Эта возможность будет продемонстрирова­на ниже, на примере получения комплексных и смешанных студ­ней. Эффект образования комплексов желатины с альгинатом и пектином использован также для получения второй, устойчивой к нагреву оболочки на зернах искусственной зернистой икры, что позволило повысить температурную стабильность продукта и улучшить его консистенцию (см. гл. IV). Кроме того, эти комп­лексы были использованы также для получения ряда других ис­кусственных продуктов питания [120].

При исследовании взаимодействия кислых полисахаридов и белков, осаждающихся в изоэлектрических условиях (глобулины и глютелины), показано, что при рН ниже ИЭТ белка поведение этих систем аналогично поведению рассмотренных выше систем, содержащих альбумины. Однако при смешении растворов макро-модекулярных компонентов при рН выше ИЭТ белка и последую­щем введении в систему кислоты и смещении величины рН в кис­лую область (рис. 11, система казеин—декстрансульфат—вода) вместо экстремального характера изменения рассеяния света, ха­рактерного для процесса коагуляции этих белков в изоэлектри-ческой точке, зависимость светорассеяния от рН описывается кривой с насыщением [123—125 ]. По мере увеличения содержа­ния в системе кислого полисахарида интенсивность рассеяния падает, а кривая сдвигается в область более низких рН. Выше некоторой критической концентрации кислого полисахарида в си-

з*