CC BY
1Международный научный журнал «ВЕСТНИК НАУКИ» №8 (8) Том 2.1 I НОЯБРЬ 2018 г. УДК 637.1
Ушаков Е.Г.
Северо-Кавказский федеральный университет (Россия, г. Ставрополь)
Лещенко Е.Г.
студентка 2 курса магистратуры Кафедра пищевых технологий и инжиниринга Северо-Кавказский федеральный университет
(Россия, г. Ставрополь)
ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ РАЗНОГО УРОВНЯ РН СРЕДЫ НА ПРОЦЕСС ГИДРАТАЦИИ БЕЛКОВ НА ПРИМЕРЕ В-ЛАКТОГЛОБУЛИНА
Аннотация: в данной статье описываются результаты проведенных теоретических исследований процесса гидратации белка молочной сыворотки в условиях использования электроактивированной водной среды взамен воды. Проведенные теоретические исследования, при применении компьютерного моделирования, позволили установить, что использование кислых или щелочных водных сред интенсифицирует процесс гидратации сывороточных белков.
Ключевые слова: сухая молочная сыворотка, восстановление, компьютерное моделирование.
Ориентируясь на существующие работы, посвящённые процессу восстановления сухих молочных продуктов, то основным критерием качества процесса восстановления будет являться гидратация белковой фракции и переход её в стабильное эмульсионно-коллоидное состояние. При этом экспериментально доказано, что использование актированных водных сред с различным рН могут
благоприятно влиять на технологические процессы обработки пищевого сырья [1, 2].
В связи с этим, было проведено теоретическое исследование влияния водных сред с различным рН на процесс гидратации. Для данных целей было использовано компьютерное моделирование процесса гидратации белковых фракций сухой молочной сыворотки при применении электроактивированных водных сред с различным рН. Ввиду того, что основную часть белковых веществ сухой молочной сыворотки представляют а-лактальбумин и Р-лактоглобулин, имеющийся в составе других молочных продуктах, а их аминокислотный состав усреднен и часто встречаем, то результаты компьютерного возможно интерпретировать и на другие продукты содержащие подобную белковую фракцию. В связи с этим, моделированию будет подвергаться один из сывороточных белков.
Для исследования влияния различного уровня рН-среды, вокруг исследуемой модели белка была построена водная оболочка (solvate box) в соответствии с размерами молекулы и с заданным уровнем рН. Изучались три возможных состояния рН системы: рН=2 (кислая), рН=7 (нейтральная), рН=11 (щелочная). В дальнейшем, для каждого состояния, в программе NAMD, производился расчет конформационных состояний белка с использованием методов молекулярной динамики. Для количественной оценки электростатического потенциала был введен коэффициент элетроотрицательности (k). Данный коэффициент являлся безразмерным и вычислялся путем определения значения отношения занимаемой площади электроотрицательного поля к электроположительному полю. Для определения занимаемой площади электроотрицательного и электроположительного поля проекционных срезах, выделялись цвета, соответствующие типу их заряда, а в дальнейшем при использовании программ для обработки изображений вычислялась площадь. Введённый коэффициент (k) характеризует электростатическое поле в молекуле и котором при значении k>1 молекула электроотрицательна, при k<1 - электроположительна, а при k=1 - нейтральна.
При этом, преимуществом будут обладать те варианты, в которых, молекула будет иметь значение коэффициента (к) больше или меньше единицы, и чем выше значение по модулю, тем более активнее будут образовываться межмолекулярные связи.
На рисунке 3 представлены три проекционных среза модели белка Р-лактоглобулина, который, в свою очередь, помещен в водную оболочку с заданием в системе значения рН-среды равной 2 ед.
Рис. 3 - Проекционные срезы модели белка Р-лактоглобулина в водной оболочкой, при
значении рН=2
Молекула, помещенная в водную оболочку с рН = 2,0, изменила свою форму и размеры по сравнению с ее состоянием в вакууме, а также произошло перераспределением зарядов белка. Использование кислотной среды приводило к образованию электроположительных и электроотрицательных центров. Изучение белковых электростатических полей на всех указанных проекциях позволило установить, что общая характеристика заряда в электростатического поля будет иметь отрицательное значение. При анализе коэффициентов электроотрицательности, наиболее высоким коэффициентом будет обладать срез 0.65.
Представленные срезы на рисунке Рисунок 4 в случае использования нейтральной водной среды (рН = 7,0), имели примерно такие же значения размеры молекул, как при кислой среде, но молекула не имела выделяющихся фрагментов аминокислот, а ее форма выглядела как до помещения в водную среду.
При рассмотрении случая использования щелочной водной среды (рН=11) конфигурация молекулы была сопоставима с конфигурацией молекулы находящейся в кислой среде.
Slice Axis - Z Slice Axis-Z k=126 Slice Axis-Z k=1.260
Offset 0.30
Рис. 4 - Проекционные срезы модели белка Р-лактоглобулина в водной оболочкой, при
значении рН=7
Также было отмечено, что не произошло перераспределение зарядов и не имелось особо выделяющихся заряженных участков. Молекула белка была более сбалансирована в зарядах и имела области положительных и отрицательных зарядов, которые распределялись примерно в равном соотношении в объеме молекулы. Это означает, что молекула в нейтральной среде будет иметь низкую реакционную способность.
Рис. 5 - Проекционные срезы модели белка Р-лактоглобулина в водной оболочкой, при
значении рН=11
Проведенный анализ позволяет судить о том, что щелочная и кислая среды повышают реакционные свойства молекул сывороточных белков. Таким образом, применение щелочных и кислых растворов при восстановлении сухих белковых
смесей будет способствовать интенсификации процесса восстановления и стабилизации смесей, так как приводит к значительной поляризации молекулы белка и образованию большого количества одноименно заряженных участков в молекуле.
Список литературы:
1. Брацихин, А. А. Научно-практические аспекты интенсификации технологических процессов с использованием наноактивированных жидких сред при производстве мясопродуктов: дис. ... д-р. техн. наук наук: 05.18.04. -Ставрополь, 2009. - 511 с.
2. Липатов, Н.Н. (ст.). Восстановленное молоко (теория и практика производства восстановленных молочных продуктов) / Н.Н. Липатов (ст.) - М.: Агропромиздат, 1985. - 256 с.
