CC BY
34
УДК 664.38
Карпухина П.А., Красноштанова А.А.
ПОЛУЧЕНИЕ ГИДРОЛИЗАТОВ БЕЛКОВЫХ ФРАКЦИЙ ИЗ БЕЛКА ЯИЦ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННОЙ ПТИЦЫ И ИССЛЕДОВАНИЕ ИХ ФУНКЦИОНАЛЬНО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ СВОЙСТВ
Карпухина Полина Алексеевна - студентка 3 курса факультета биотехнологии и промышленной экологии; Красноштанова Алла Альбертовна, доктор химических, доцент, профессор кафедры биотехнологии, e-mail: aak28@yandex.ru ;
Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева, Москва, Россия 125480, Москва, ул. Героев Панфиловцев, д. 20
Подобраны ферментные препараты протеаз, обеспечивающие наиболее полный гидролиз глобулина и альбумина яичного белка. Определены их некоторые функционально-технологические свойства с целью установления наилучших условий ограниченного протеолиза.
Ключевые слова: яичный белок, глобулин, альбумин, белковый изолят, гидролиз, влагоудерживающаяя способность, жироудерживающая способность, эмульгирующая способность.
PROTEIN FRACTIONS POULTRY EGG WHITE HYDROLISIS AND MEASUREMENT OF ITS FUNCTIONAL AND TECHNOLOGICAL PROPERTIES
Karpukhina P.A., Krasnoshtanova A. A.
D. Mendeleev University of Chemical Technology of Russia, Moscow, Russia
The optimum ratios of egg white and whater, egg white and ethanol for extraction of protein frctions which are satisfying the requirements were found. The most effective methods of extractions of proteins fractions were identified. Different globulin and albumin hydrolysates were received. Some functional and technological properties were identified to establish best conditions for hydrolysis.
Key words: egg white, globulin, albumin, protein fraction, hydrolysis, water holding capacity, lipid holding capacity, emulsification.
Введение
В кондитерской, мясной и птицеперерабатывающей промышленностях, например, при производстве полуфабрикатов и колбасно-кулинарных изделий, широко применяются яйца и яйцепродукты. Зачастую существующие яичные добавки требуют стабилизации структуры изделий с помощью структурообразующих компонентов, поэтому существует потребность в получении новых продуктов яичного белка. [1]
Яйцо сельскохозяйственной птицы является ценным продуктом, компоненты которого обладают антиоксидантным, иммуномодулирующим,
гипотензивным и другими свойствами [2]. Его возможно подвергнуть комплексной переработке, что актуально в современном мире, когда на производствах стараются максимально сократить отходы и использовать все компоненты. Яйца состоят из оболочки, желтка и белка. Каждый из этих компонентов имеет полезные для человека свойства, например, из скорлупы получают карбонат кальция, а из желтка иммуноглобулин.
Белок куриного яйца состоит на 85,7% из воды, 12,7% - белков, а на 1,6% приходятся углеводы, липиды и минеральные соединения. Белок состоит из четырех слоев различной плотности, первый - наружный жидкий (23%), второй - плотный белок (57%), являющийся показателем качества яйца, третий -внутренний жидкий (17%), а четвертый, прилегающий к желточной оболочке, - градинковый белок (3%) [3]. Наибольший интерес в данном исследовании вызвали белки глобулин, на который приходится 2% всех протеинов, и альбумин, составляющий 75%. Так же в яичном белке содержатся овотрансферрин, лизоцим,
авидин и белки, вызывающие аллергию овомукоид и овомуцин.
Глобулин имеет форму глобулы с высокой молекулярной массой, плохо растворим в воде. Глобулины проявляют противомикробные свойства. Альбумин имеет меньшую молярную массу, хорошо растворим в воде, но выпадает в осадок в присутствии водоотнимающих компонентов. Альбумин образует гели и эмульсии, образует хорошую пену, широко применяется в пищевой промышленности [4,5]. На долю альбумина приходится 75% от всех белков в яичном белке.
Аллергенность яичных белков можно снизить с помощью проведения гидролиза. Это также поможет улучшить их функционально-технологические свойства. В результате гидролиза образуются свободные аминокислоты и низкомолекулярные пептиды. Гидролиз может быть осуществлен с помощью кислоты или щелочи, но наибольший интерес в данном исследовании представляет ферментативный гидролиз, который проводит при более мягких условиях. В результате ферментативного гидролиза практически не происходит снижения биологической ценности продукта, а также разрушения аминокислот [6].
Некоторые продукты питания требуют обогащения полноценным белком, таким ингредиентом может служить белковый изолят или его гидролизат, имеющий улучшенные свойства. С целью использования данных добавок необходимо знать их функционально-технологические свойства. Среди таких свойств выделяют влагоудерживающую способность (ВУС), способность связывать и удерживать воду,
жироудерживающую способность (ЖУС), способность связывать и удерживать жир, эмульгирующую способность (ЭС), способность стабилизировать эмульсию «масло-вода» при термообработке [7].
Поэтому целью данной работы явился подбор условий ограниченного протеолиза для получения наилучших функционально-технологических свойств альбумина и глобулина яичного белка.
Экспериментальная часть
В качестве объекта исследования был использован куриный белок сельскохозяйственной птицы производства птицефабрики ОАО «Снежка» с влажностью - 74%, содержанием жира в желтке -32,6г/100г, сырого протеина в белке - 10,6%, в желтке -16,6%, фосфолипидов в желтке - 29,6%. Перед выделением белковых фракций проводили отделение желтка, который в дальнейшем использовали для получения иммуноглобулина У, лецитина и белковой фракции.
Содержание белка определяли в растворах определяли биуретовым методом.
Ферментативный гидролиз глобулина и альбумина проводили в термостате при температуре 400С в интервале времени от 10 минут до 2 часов. Для проведения гидролиза готовили 5%-ую суспензию белка, в которую вносили заданный ферментный препарат. Для остановки реакции к суспензии добавляли 5%-ый раствор трихлоруксусной кислоты (ТХУ), выдерживали при температуре 4-60С и отделяли гидролизат центрифугированием при 6000 об/мин в течение 10-15 мин.
У выделенных белков и гидролизатов были определены функциональные свойства:
влагоудерживающая способность (ВУС),
жироудерживающая способность (ЖУС),
Табл.1. Определение фермента и е,
эмульгирующая (ЭС) и пенообразующая способности (ПС). ВУС определяли как количество воды, адсорбированной и удержанной исследуемым веществом в процессе настаивания и центрифугирования. ЖУС определяли как количество растительного масла, удерживаемого исследуемым веществом после настаивания и центрифугирования. ЭС определяли как разницу в удерживании веществом воды и растительного масла в процессе настаивания и центрифугирования. Для определения ПС определяли высоту столба пены, формирующейся при падении водного раствора исследуемой композиции в мерный цилиндр.
На первом этапе исследования были получены фракции альбуминов и глобулинов яичного белка по ранее разработанной технологии [8]. Содержание белка в глобулиновой фракции составило 83%, а в альбуминовой - 98%. Такие показатели удовлетворяют требованиям, предъявляемым к белковым изолятам.
Далее был проведен ферментативный гидролиз альбумина с ацедин-пепсином, панкреатином и химотрипсином. При проведении эксперимента готовили 5% суспензию альбумина или глобулина и добавили по 2% и 4% каждого ферментного препарата. Далее пробирки термостатировали в течение 2 часов при температуре 400С и затем добавили в каждую 5%-ной ТХУ. Оставили на 24 ч при температуре 4-60С, затем отделили осадок центрифугированием и высушили его на воздухе. Супернатанты исследовали на степень гидролиза биуретовым методом, результаты представлены в табл.1. Из полученных данных видно, что наиболее эффективным ферментным препаратом в случае альбумина является химотрипсин при активности 3,8 ед/мл.
концентрации для оптимального гидролиза альбумина
Название Количество фермента Активность Степень Степень
№ ферментного препарата (% от массы сухого белка) фермента (ед/мл) гидролиза глобулина(%) гидролиза альбумина (%)
1 Панкреатин 2 0,177 31 31
2 4 0,354 35 29
3 Ацедин-пепсин 2 1,07 30 27
4 4 2,14 49 57
5 Химотрипсин 2 1,9 68 74
6 4 3,8 71 70
В качестве альтернативы ферментативному гидролизу был исследован термолиз альбумина и глобулина с использованием микроволнового излучения. Для этого навеску альбумина помещали в бытовую СВЧ-печь на заданное время. Результаты по определению степени термолиза представлены в табл.2. Полученные результаты в сравнении с ферментативной обработкой оказались
неудовлетворительными, поэтому от использования данного метода решено было отказаться.
Табл.2. Определение оптимальных условий термолиза альбумина под действием микроволнового излучения
№ Передаваемая энергия (Дж) Степень термолиза альбумина глобулина(%) Степень термолиза альбумина (%)
1 210 24 26
2 420 9 12
3 630 11,5 7
4 840 12 11
5 1050 10 10,5
6 1260 11 10
Табл.3. Определение функционально-технологических свойств глобулина, альбумина и их гидролизатов
Исследуемый объект ВУС, г белка/г ЖУС, г белка/г ЭС ПО (мл столба
воды масла (вода/масло) пены)
Глобулин 4,24 0,523 1/0 (1) 20
Гидролизат глобулина 10 мин 2,036 0,36 3/8 (0,375) 6
Гидролизат глобулина 20 мин 1,524 0,421 1/2 (0,5) 4,5
Гидролизат глобулина 30 мин 1,878 0,408 5/9 (0,56) 4
Гидролизат глобулина 60 мин 1,767 0,604 2/5 (0,4) 6
Гидролизат глобулина 90 мин 1,912 0,298 2/5 (0,4) 5
Альбумин 4,554 0,878 2/1 (2) 13
Гидролизат альбумина 10 мин 1,139 0,354 5/9 (0,556) 9
Гидролизат альбумина 20 мин 1 0,522 5/9 (0,556) 12
Гидролизат альбумина 30 мин 1,072 0,555 1/2 (0,5) 9
Гидролизат альбумина 60 мин 1,455 0,429 3/5 (0,6) 9
Гидролизат альбумина 90 мин 1,343 0,457 5/9 (0,556) 7,5
Гидролизат альбумина 120 мин 3,109 0,842 5/9 (0,556) 6
На следующем этапе был проведен ферментативный гидролиз альбумина и глобулина с химотрипсином в течение 10, 20, 30, 60, 90 и 120 минут в оптимальных для данного ферментного препарата условиях. Полученные гидролизаты были высушены на воздухе, после чего для каждого из них были определены ВУС, ЖУС, ЭС и ПС по стандартным методикам [9]. Результаты представлены в табл.3.
Согласно полученным данным при увеличении времени гидролиза ВУС и ЖУС гидролизатов альбумина уменьшается, а ЭС гидролизатов альбумина остается примерно одинаковой. Чем дольше продолжается гидролиз, тем больше степень деструкции белка, а образующиеся пептиды имеют большую растворимость и гидролизованный продукт теряет способность удерживать воду и масло, поэтому для получения продуктов, имеющих максимальный ВУС и ЖУС, гидролиз проводить не следует. Баланса водной и масляной фаз для поддержания эмульсии тоже не создается, так как в случае гидролизатов ЭС показывает, что масляной фазы больше, а для обычного альбумина - водная фаза больше. ПС у модифицированных белков значительно меньше, так как из-за их разрушения во время гидролиза снижается поверхностное натяжение и количество полипептидных цепей.
Из литературы известно, что ферментативный гидролиз белка протеазами за счет разрушения его молекул может снизить аллергенность яичных белков. Поэтому дальнейшие исследования будут состоять в измерении аллергенности всех гидролизатов и выяснении оптимального времени гидролиза, когда аллерген разрушается. Выводы
1. Подобран оптимальный фермент для проведения гидролиза яичных альбумина и глобулина -химотрипсин с 3,8 ед/мл.
2. Определены функционально-технологические свойства выделенных белов и их гидролизатов в
условиях ограниченного протеолиза. Для сохранения высоких ЖУС, ВУС, ЭС, ПС проведение гидролиза альбумина и глобулина стоит исключить.
Список литературы
1. Гущин В. В., Стефанова И. Л., Клименкова А. Ю. Разработка новых видов продуктов из яичного белка //Птица и птицепродукты. - 2015. - №. 2. - С. 22.
2. J. H. Lee, H.-D. Paik Anticancer and immunomodulatory activity of egg proteins and peptides: a review // Poultry Science. 2019. №12. С. 6505-6516.
3. Войно Л. И., Дьяконенко А. Н. Ферментативная обработка яичного белка перед сушкой //Пищевая промышленность. - 2012. - №. 10.
4. Зобнина Л.С., Прошко Л.А., Машанов А.И. Белоксодержащие добавки и белковые препараты // Вестник Красноярского государственного аграрного университета. 2009. №10. С. 129-133.
5. X. Huang, D. U. Ahn Antioxidant, angiotensin-converting enzyme inhibitory activity and other functional properties of egg white proteins and their derived peptides // Poultry Science. 2018. №97. С. 1462-1468.
6. Просеков А. Ю. и др. Получение ферментативных гидролизатов белков молочной сыворотки с использованием протеолитических ферментов //Фундаментальные исследования. - 2013. - Т. 5. - №. 6.
7. Рензяева Т. В. и др. Функционально-технологические свойства порошкообразного сырья и пищевых добавок в производстве кондитерских изделий //Техника и технология пищевых производств. - 2014. - №. 4 (35).
8. Карпухина П. А., Красноштанова А. А. ВЫДЕЛЕНИЕ БЕЛКОВЫХ ФРАКЦИЙ ИЗ БЕЛКА ЯИЦ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННОЙ ПТИЦЫ //Успехи в химии и химической технологии. - 2020. - Т. 34. - №. 11 (234).
9. Гущина Д. А., Красноштанова А. А. КОМПЛЕКСНАЯ ПЕРЕРАБОТКА ИКРЫ МИНТАЯ С ПОЛУЧЕНИЕМ ПРОДУКТОВ ЛИПИДНОЙ И БЕЛКОВОЙ ПРИРОДЫ //Научные исследования и разработки в эпоху глобализации. - 2017. - С. 39-41.
