Биохимическая характеристика и состояние воды в белковой пасте из отходов кукурузокрахмального производства Текст научной статьи по специальности «Промышленные биотехнологии»

664.25.004.68:678.562

БИОХИМИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА И СОСТОЯНИЕ ВОДЫ В БЕЛКОВОЙ ПАСТЕ ИЗ ОТХОДОВ КУКУРУЗОКРАХМАЛЬНОГО ПРОИЗВОДСТВА

Ю. Л. ЖЕРЕБИН, Л. Ю. ИСАРОВА, Т. Д. ПИЛИПЕНКО, В. Ф. СЕМЕНЮК, О. С. ТИМОФЕЕВ,

В. Я. ГОРБАТЮК

Одесский технологический институт пищевой промышленности им. М. В. Ломоносова Физико-химический институт АН УССР им. А. В. Богатского

В связи с дефицитом пищевого белка советскими и зарубежными учеными показана возможность и экономическая целесообразность производства белковых изолятов и концентратов из вторичных белоксодержащих отходов пищевой промышленности с целью дальнейшего их использования в качестве белковых обогатителей ряда продуктов питания, например, хлебобулочных, макаронных и других изделий, или белковых заместителей дефицитного белка животного происхождения [1—3].

Разработка технологии производства пищевого белка связана с решением комплекса научно-технических проблем в области химии, биохимии, физической и коллоидной химии.

Нами разработана технология производства белкового концентрата — пасты из жмыха зародышей кукурузы — вторичных отходов крахмалопаточного производства, образующихся при получении масла из зародышей методом двукратного прессования [4].

Белковый концентрат прошел токсиколого-гигие-ническую проверку в Киевском НИИ гигиены питания Минздрава УССР. Установлено, что белковый концентрат безвреден и может быть использован в пастообразной, а после обезвоживания — в порошкообразной консистенциях.

Пастообразный белковый концентрат — продукт светло-серого цвета, содержит значительное количество воды (86,6+2,0%). После обезвоживания сублимацией или сушки в аэрофонтанном слое инертного наполнителя — это мелкий порошок бежевого цвета. Содержание воды в нем колеблется от 1,6 до 6,0%. Независимо от консистенции белковый концентрат не имеет запаха и вкуса.

Несмотря на ограниченный срок хранения (1 мес при 4—7° С), пастообразный белковый концентрат имеет ряд технологических преимуществ по сравнению с порошкообразными: удобен при введении в продукт, не требует предварительной подготовки перед использованием; характеризуется более высокой биологической ценностью [5]; экономически выгоден, так как не требует дополнительных средств на высушивание.

Отличительной особенностью белков из жмыха зародышей кукурузы является их высокая водосвязывающая способность [6], что важно при использовании белкового концентрата в составе многокомпонентных систем при производстве ряда пищевых продуктов. В связи с этим возникла необходимость изучить состояние воды в белковом продукте.

Химический состав белкового концентрата исследовали по общепринятым методикам [7]. Также определяли: общий азот — по методу Кьельдаля; массовые доли сырого протеина — путем умножения содержания азота на коэффициент 6,25,

сырой клетчатки — по Кюршнеру и Ганеку, крахмала — поляриметрическим методом по Эверсу; сахара общие и редуцирующие — по Бертрану; массовую долю зольных элементов — весовым методом по ГОСТ 13496.16—80; эфирорастворимые вещества (сырой жир) — методом Сокслета ГОСТ 13496.15—80 [8].

Результаты исследования химического состава белкового концентрата — пасты приведены в таблице.

Таблица

Показатели Массовая доля, %

в пасте в абс. сухом продукте

Сырой протеин

(ЫХ 6,25) 7,85—10,90 63,84—72,40

Сырой жир 1,12—1,90 10,95—11,75

Крахмал 1,10—2,10 10,30—12,10

Сырая клетчатка 0,69—1,18 6,72—7,34

Зола 0,17—0,29 1,70—2,39

Сухие вещества 10,95—16,40 —

Как видно из данных таблицы, массовая доля основных ингредиентов белковой пасты варьирует в некоторых пределах, что связано в основном с химическим составом исходных партий сырья.

Обращает на себя внимание значительное содержание воды в белковой пасте, поэтому представляет интерес изучение форм связи ее с другими компонентами.

Большое значение для применения белков как гелеобразователей при производстве новых видов пищевой продукции имеет изучение условий перехода коллоидной системы продукта из жидкого в гелеобразное состояние.

Гели представляют собой многокомпонентные системы, содержащие макромолекулярные вещества и низкомолекулярную жидкость и обладающие свойствами твердых тел.

В качестве гелеобразователей могут служить также полисахариды и их комплексы с белками. Вода принимает участие в образовании водородных связей с макромолекулами биополимеров, поэтому форма связи воды с биополимерами влияет на сохранение структуры и свойств при хранении белковой пасты в различных условиях.

Для изучения форм связи воды с макромолекулами белковой пасты нами применен метод протонного магнитного резонанса ПМР. Пасту замораживали в парах жидкого азота на спектрометре ЯМР фирмы «Bruker». Спектрометр регистрирует протоны только подвижных молекул воды. Вода, перешедшая в лед, в спектрах не видна. В связи с этим термин подвижная вода применяется нами для протонов воды, видных

спектрах ПМР при любых температурах. Тем-ратуру измеряли с точностью ±1°С. Величину мического сдвига выражали в миллионных долях д. магнитного поля. Спектр протонов воды бел-в пасты при +17° С представляет сложную лига, состоящую из четырех компонентов в области ля 5,0—5,5 м.д.

1ля выделения сигнала свободной воды спектры АР разделяли на составляющие графическим годом (рис.1). Для идентификации сигналов леряли химические сдвиги относительно сигна-с наибольшей интенсивностью. Составляющие шадлежат: I — протонам свободной воды, 2 — ;дположительно , протонам связанной воды, на-1ящейся в другом ориентационном положении.

этом можно судить по совмещению сигналов [ 2 при понижении температуры.

О смещении сигналов 1, 2, 3 в слабое поле при понижении температуры до +9° С можно судить по исчезновению в спектре сигнала с химическим сдвигом 0,29 ж. д., очевидно, за счет полного совмещения по оси с интенсивным сигналом 1. Химический сдвиг сигнала 2 относительно сигнала 1 колеблется в пределах исследуемых температур +17...+9...+4...0...—16...—19 соответственно 0,26...0,21...0,24...0,18...0,21...0,24 м. д., из чего можно сделать вывод, что сигналы 1 и 2 смещаются в слабое поле с разной скоростью. Сигнал 3 при понижении температуры изменяет химический сдвиг относительно сигнала 1 со смещением в слабое поле (0,77...0,53...0,48...0,52...0,54 м. д.). К тому же выводу можно прийти, измеряя химический сдвиг между сигналами 2 и 3 в процессе понижения температуры (0,50...0,31...0,29...0,39...0,31 м. д.) (рис. 1).

Сигнал 4, обнаруживаемый в слабом поле относительно сигнала 1 при +17° С, при +9° совмещается с ним за счет быстрого смещения в слабое поле составляющих 1, 2, 3.

После разделения спектра при +4° С сигнал 4 обнаруживается в более сильном поле с химиче-

аказ 0266

Составляющая 3, учитывая незначительные и: менения интенсивности сигнала в процессе пош жения температуры, в сравнении с изменение интенсивности сигнала 1, скорее всего может пр! надлежать протонам иминогрупп белка, связанны водородными связями с молекулами воды.

При сравнении этих данных со спектром ПМ полисахарида и, в частности пектина, при +20°1 с добавкой тяжелой воды £>гО для увеличени разрешения, видно, что спектр пектина состоя также из четырех составляющих (рис. 3), две и которых (1, 2) большей интенсивности, а в боле сильном (3) и более слабом (4) полях находятс составляющие связанной воды.

Спектр пектина в обычных условиях предста! ляет собой полосу поглощения, разделяющуюс на три составляющих. После добавки тяжело воды появляется четвертая составляющая молеку воды, которая ориентирована различным образо относительно сетки студня.

Спектры ПМР воды растительных объекто! содержащих глобулярные белки (примером може служить зеленый горошек), представляют собо также сложную линию поглощения, состоящу] из трех совмещенных полос поглощения (рис. 4 а]

ским сдвигом 0,05 м. д. При понижении температуры до 0° С сигнал 4 обнаруживается в спектре после разложения на составляющие в более слабом поле с химическим сдвигом 0,06 м. д. (рис. 2а). При дальнейшем понижении температуры до —16° С составляющая 4 смещается в сторону основного сигнала 1 и химический сдвиг уменьшается до 0,02 м. д. (рис. 2 б).

При —19° С сигнал 4 совмещается полностью с основным интенсивным сигналом 1 и не обнаруживается при разделении на составляющие (рис. 2 в).

Таким образом, из вышесказанного можно сделать вывод, что составляющие 2 к 4 относятся к подвижной воде, совершающей ориентационные движения по поверхности агрегатов и мицелл из молекул белка. Составляющая 1 относится к воде, при температуре ниже 0° С адсорбированной на поверхности белковой глобулы.

■Н

Рис. 3

і

цеН _^н Рис. 4

Центральная интенсивная полоса 1 относите к протонам молекул подвижной воды, полоса справа — к протонам связанной воды, адсорбирован ной на поверхности молекул белка, а составлв ющая 3 соответствует протонам подвижной воді связанной с гидроксильными группами сахаро; При понижении температуры химический СДВР этих протонов изменяется, так как сигнал сдві гается в слабое поле. При температурах ни» —20° С эта вода вымерзает и в спектре разд< ляются только два сильно уширенных сигнал (рис. 46).

Известно, что химический сдвиг протонов, № посредственно соединенных с атомом азота, м няется в широких пределах 0,5—5,0 м. д. в заві симости от свойств амина. Аминный протон спі собен к обмену. Если обмен происходит достаточь быстро, протон ЫН-группы появляется в виде у кого сигнала, что имеет место в спектрах ПМ воды белковой пасты. При медленном обмеї

ютонов или при отсутствии обмена сигнал NH-ютонов сильно уширяется вследствие спин-шнового взаимодействия с ядром азота и квад-шольной релаксации этого ядра. Очевидно, по-іедний случай имеет место в спектре зеленого ірошка при отрицательных температурах.

Таким образом, состояние воды в пасте из астительных белков, согласно спектрам ПМР, ¡растеризуется наличием нескольких составля-щих, относящихся к подвижной воде, имеющей їзличньїе типы связи с молекулами белка.

ЛИТЕРАТУРА

Щербаков В. Г., Иваницкий С. Б. Производство белковых продуктов из масличных семян.— М.: Агропромиздат, 1987.— 152 с.

Толстогузов В. Б. Новые формы белковой пищи: Технологические проблемы и перспективы производства.— М.: Агропромиздат, 1987.— 303 с.

Fa temí S. Н. Proper, use of protein sources.// J.' Amer. Oil Chem. Soc.— 1985.— 62,— № 4,— P. 625.

4. Технология крахмала и крахмалопродуктов / H. Н. Трегубое, E. Я. Жарова, А. И. Жушман, Е. К. Сидорова.— М.: Лег. и пищ. пром-сть, 1981.— 472 с.

5. Биологическая ценность белкового продукта из отходов переработки зерна кукурузы / А. Ф. Загибалов, Л. Ю. Исарова, А. Л. Фельдман, Т. В. Крайняя // Изв. вузов, Пищевая технология.— 1986.— № 5.— С. 120—121.

6. R е s t а п i Р., R i с с а г d i A., С е г 1 е 11 i P. Functional properties of corn gern protein related to the interaction with water and withfats. // Ann. Technol. Agrie.— 1980,—№ 29,—P. 409—414.

7. Методы биохимического исследования растений / А. И. Ермаков, В. В. Аросимович, Н. П. Ярош и др.— Л.: Агропромиздат, 1987.— 430 с.

8. ГОСТ 13496.0—80 и др. Комбикорма. Методы испытаний: Сб.— Введ. 01.07.81 до 01.01.90.— М.: Изд-во стандартов, 1984.— 78 с. Содерж. ГОСТ 13496.0—80 — ГОСТ 13496.16—80. Группа С 19 СССР.

Кафедра аналитической химии Поступила 11.07.89

665.37.093.4

ХАРАКТЕРИСТИКА МЕЖФАЗНОГО СЛОЯ СИСТЕМЫ «ФОСФОЛИПИДЫ — ТРИАЦИЛГЛИЦЕРОЛЫ — ВОДА»

Е. Н. МОСКВИНА, И. Б. КРИВЕНКО. Е. П. КОРНЕНА, Л. И. ЯНОВА, Е. А. БУТИНА Краснодарский ордена Трудового Красного Знамени политехнический институт

Лимитирующей стадией процесса гидратации осфолипидов растительных масел является вы-эд (диффузия) фосфолипидов из масляной фазы а границу раздела фаз «масло—вода» или на оверхность водной фазы. Эффективность этой гадии в значительной мере определяется по-грхностной активностью молекул фосфолипидов а границе раздела фаз, а также структурой ежфазного слоя [1, 2, 3].

Для выяснения закономерностей массообменного эоцесса были изучены некоторые особенности ормирования межфазного слоя на границе разила масло—вода при наличии в масляной фазе ззличных групп гидратируемых и негидратиру-лых фосфолипидов. Специальные опыты позво-1ли определить основные характеристики меж-азного слоя—максимальную адсорбцию Гиббса, апиллярную постоянную, поверхностную актив-зсть фосфолипидов, площадь полярной части

молекул, располагающихся на границе раздела фаз [3]. Указанные характеристики определяли по изменению межфазного натяжения в зависимости от концентрации фосфолипидов в масляной фазе.

Интерпретацию экспериментальных данных осуществляли с помощью уравнения Шишковского [2]

а0 — а, = ЯТГтах1п +1), (1)

позволившего оценить поверхностную активность данного ПАВ, вычислить некоторые характеристики межфазного слоя.

Константы ЯТГтах, <з.о и А рассчитывали по трем экспериментальным точкам, решая систему уравнений:

сс0 — аI =ЯТГтах1п (-Д +1), где 1=1, 2, 3.

Таблица

Группа фосфолипидов Максимальная адсорбция Гиббса Гтах, моль/м2-106 при Í, °С Поверхи H/j MOJ остная активность -(да/дС)тах, --г- при t, °С ь/л у Площадь полярной части молекул So, м2- Ю20 при t, °С

20 45 60 20 45 60 20 45 60

щратируемые Фосфатидилхолины Фосфатидил этанол амины Фосфатидилсерины Фосфатидил инозитолы Фосфатидные кислоты егидратируемые Фосфатидил этанол амины Фосфатидилсерины Фосфатидил инозитолы Фосфатидные кислоты

1,568 1,627 1,630

1,438 1,456 1,462

1,382 1,376 1,414

1,235 1,272 1,302

1,250 1,273 1,315

1,118 1,144 1,175

1,037 1,041 1,048

0,883 0,874 0,887

0,885 0,887 0,893

550 810 790

495 750 790

439 685 710

390 620 600

358 580 535

175 210 232

120 148 160

80 98 136

70 95 128

105,93 102,05 101,90

115,48 114,05 113,58

120,14 119,48 117,45

134,49 130,52 127,45

132,81 130,40 126,32

148,52 145,13 141,45

160,28 159,45 158,57

188,15 187,80 187,15

187,49 187,35 186,89