CC BY
32
664.25.004.82:678.562
СОСТОЯНИЕ ВОДЫ В БЕЛКОВОЙ ПАСТЕ ИЗ ЖМЫХА ЗАРОДЫШЕЙ КУКУРУЗЫ
в, ко-іж. кон-казы-дубо-
[ЬНЫХ рати-его в Іу на ьшие Бают зести эмпо-
ще-ся в кис-
М.:
во АН
ержки нов и 56. —
ба на и др. №5.
і
Т.Д. ПИЛИПЕНКО, Ю.Л. ЖЕРЕБИН, В.Я. ГОРБАТЮК
Одесский технологический институт пищевой промышленности им. М.В. Ломоносова
Физико-химический институт АН Украины им. А.В. Боеатского
Ранее установлено, что вода в белковой пасте из зародышей кукурузного зерна характеризуется наличием нескольких составляющих, относящихся к подвижной воде, имеющей различные типы связи с молекулами белка [1, 2].
Для изучения состояния воды в белковой пасте применяли метод протонного магнитного резонанса ПМР. Пасту, содержащую 7-10% белка и 84-90% воды, замораживали и размораживали в парах жидкого азота в стеклянной ампуле диаметром 5 мм, которую помещали между полюсами магнита спектрометра ЯМР фирмы "Вгикег”.
Полученный спектр представлял собой сложный сигнал протонов воды, состоящий из частично совмещенных сигналов и находящийся в области поля около 5 м.д. Измерения проводили через каждые 30 мин, выдерживая образец при данной температуре до стабилизации ее в объеме образца. Сигнал разделяли на составляющие графическим методом (рис. 1:1 — свободная вода, 2, 3 — связанная). Составляющая / с наибольшей интенсивностью характеризует основную часть подвижной воды в белковой пасте.
Зависимость интенсивности основного сигнала 1 от температуры, без учета сигналов шума, представлена на рис. 2. При понижении температуры до 0°С происходит незначительное уменьшение подвижности воды. Затем, в интервале температур от 0 до -14°С, подвижность молекул воды увеличивается на 40%, что связано с изменением кон-формационной структуры белковых молекул.
При дальнейшем понижении температуры до -16°С происходит вымораживание свободной воды и, соответственно, уменьшение ее подвижности. В интервале температур от -16 до -34°С вымерзает слабосвязанная влага, а от -34 до ~80°С — прочносвязанная.
Немонотонный характер кривой замораживания на графике выражается в виде седлообразных участков в области температур, где вымерзает слабосвязанная влага, говорит о наличии агрегатов из белковых глобул. Величина седлообразных участков при вымерзании прочносвязанной влаги больше, что, вероятно, обусловлено размерами слоя этой влаги, расположенного более глубоко, вокруг макромолекул белка. Не вымерзает при -80°С в белковой пасте около 2% влаги.
В процессе размораживания образца пасты на спектрометре изменение подвижности различных фракций воды происходит аналогично, за исключением участка в интервале температур от -34 до -16°С, где оттаивает слабосвязанная влага (рис. 2). Отсутствие седлообразных участков на кривой размораживания в этой области и ее монотонный характер говорят о разрушении мицеллярной структуры белковых агрегатов.
В области, где регистрируется прочносвязанная влага, структура агрегатов частично сохраняется, не разрушаясь полностью.
Вымораживание слабо- и прочносвязанной влаги в белковой пасте происходит в основном аналогично ранее изученным пищевым продуктам растительного происхождения [3, 4]. Однако, в отличие от неразрушенных образцов растительных тканей, при размораживании пасты на кривых сохраняются седлообразные участки в области слабосвязанной влаги. Вероятно, на форму кривых в этой области у растительных объектов влияет наличие мембранных структур органелл клеток растительных продуктов.
Аналогичные кривые с интенсивным увеличением подвижности свободной воды получены при
исследовании сока перца сладкого [5]. Увеличение подвижности молекул воды происходило в области температур от 0 до -2°С, что связано, видимо, с компонентами перечного сока: углеводами, пигментами, каротиноидами и хлорофиллом, пектиновыми веществами. Вымерзание слабо- и прочносвязанной влаги в перечном соке происходит аналогично неизмельченным растительным продуктам. Очевидно, на форму кривых в этом интервале температур влияет наличие остатков мембран и агрегатов из разрушенных клеток тканей.
У белковой пасты вымерзание основной части влаги смещается в область низких температур от -8 до —Ю°С и происходит за более длительный промежуток времени, что характерно для белков и видно по наклону кривой.
Смещение температуры замораживания воды наблюдается также для растительных тканей и объектов, имеющих компоненты, образующие прочные водородные связи с водой. Примером является понижение температуры замерзания воды в моркови, содержащей большое количество сахарозы и других олигосахаридов [3]. Кривая замораживания-размораживания белковой пасты, аналогично другим пищевым продуктам, имеет также гистерезис, который характеризует обратимость замораживания объекта [6].
Образование седлообразных участков на кривых замораживания-размораживания биополимеров определяется, как было показано [7], наличием полимолекулярных слоев воды, адсорбированных на поверхности, в данном случае белковых глобул.
Полученные зависимости позволяют количественно охарактеризовать каждую фракцию воды в продукте и ее перераспределение в процессе технологической обработки.
По спектрам ПМР изучена также зависимость полуширины линии ПМР Дг'1/2 от температуры для всех составляющих спектра, полученных после графического разделения.
Для основного сигнала 1, отнесенного нами к свободной воде (рис. 1), при замораживании образца пасты полуширина линии ПМР возрастает монотонно до -43°С, затем на кривой образуются
седлообразные участки до -79°С. При размораживании образца число седлообразных участков уменьшается (2 -» 1) и после ~38°С процесс идет монотонно, образуя слабовыраженные седлообразные участки в области от -9 до +13°С (рис. 3).
Наличие в области низких температур этих участков свидетельствует, что на основной сигнал влияет и прочносвязанная влага, находящаяся вблизи крупной белковой глобулы и образующая два монослоя, один из которых разрушается в процессе размораживания.
Для сигнала 2 (рис. 4) кривая температурной
зависимости полуширины линии имеет более сложный характер. От 0 до -79°С образуется четыре седлообразных участка. При размораживании на кривой сохраняется наличие таких участков, но число их, как и в предыдущем случае, уменьшается до трех, причем в области слабосвязанной влаги участок не имеет ярко выраженного максимума, т.е. разрушенным опять оказывается наружный слой слабосвязанной влаги.
Из конфигурации кривой можно сделать вывод, что в данном случае более мелкая по размеру белковая глобула покрыта четырьмя слоями воды с разной степенью связи с белком и разной толщины, что видно по величине седлообразных участков, причем наружные слои слабосвязанной влаги более тонкие, чем внутренние слои прочносвязанной.
Для сигнала 3 (рис. 5) кривая также является
Рис. 5
сложной, замораживание идет монотонно до 0°С, затем образуется четыре небольших, но ярковыра-женных седлообразных участка в области слабосвязанной влаги. В области температур ниже -43°С такие участки отсутствуют и кривая имеет монотонный характер.
ражи-
[СТКОВ
: идет рбраз-
3).
х уча-игнал щаяся дащая >тся в
^рной
В і°с
более
ізуется
ажива-
участ-
:лучае,
ібосвя-
|енного
івается
Уменьшение подвижности воды при -79°С говорит об особо прочносвязанной воде, которая в данном случае не видна.
На кривой размораживания, как и в предыдущих случаях, число седлообразных участков равно трем и они гораздо крупнее, т.е. толщина каждого слоя влаги увеличивается при размораживании.
Исследование зависимостей полуширины линии показало, что процесс вымораживания прочносвязанной воды, находящейся внутри белковой глобулы непосредственно возле спиральной структуры и различных функциональных групп молекул белка, также подтверждает полимолекулярный характер адсорбции влаги внутри белковых глобул. Причем водные слои, относящиеся к вторичной структуре, имеют меньшую толщину и число их меньше, чем на наружной поверхности глобулы.
Все кривые температурной зависимости полуширины линии имеют гистерезис, т.е. несовпадение кривых замораживания и размораживания, хотя направление кривой замораживания в основном сохраняется. Несовпадение кривых свидетельствует о частичном нарушении структуры воды в белковой пасте. Величина гистерезиса, судя также по предыдущим исследованиям плодов и овощей [3], связана с биохимическим составом и количеством воды в образцах и может быть показателем обратимости процесса замораживания растительных тканей.
ЛИТЕРАТУРА
1. Биохимическая характеристика и состояние воды в белковой пасте из отходов кукурузокрахмалыюго производства / Ю.Л. Жеребин, ЛЛО. Исарова, Т.Д. Пилипенко и др. / / Изв. вузов. Пищевая технология. — 1991. — № 3. —• С. 24-27.
2. Пилипенко Т.Д., Жеребин Ю.Л., Исарова Л.Ю., Гор-батю к В.Я, Подвижность воды в белковой пасте, применяемой в качестве добавок в готовые виды пищевых продуктов, по данным протонного магнитного резонанса / Тез. докл. респ. конф. "Разработка и внедрение высокоэффективных ресурсосберегающих технологий, оборудования и новых видов пищевых продуктов в пищевой и перераб. отрасли АПК”. — Киев, 1991. — С. 412-413.
3. Пилипенко Т.Д., Манк В.В. Закономерности поведения воды при холодильном консервировании по данным ЯМР // Изв. вузов. Пищевая технология. — 1983. — № 5. — С. 48-52.
4. Пилипенко Т.Д., Манк В.В. Влияние низких температур на состояние воды в биологических объектах при крйокон-сервировании // Изв. вузов. Пищевая технология, — 1990. — № 6. — С. 24-27.
5. Пилипенко Т.Д., Манк В.В., Корнилов М.Ю. Подвижность воды в перечном соке при холодильном консервировании по данным протонного магнитного резонанса / Применение искусственного холода в пищевой технологии: Межвуз. сб. науч. тр. — Л.: ЛТИХП, 1990. — С. 31-36.
6. Пилипенко Т.Д., Кротов Е.Г., Манк В.В. Изменение биохимического состава плодов и овощей в процессе холодильной обработки и его влияние на обратимость воды по данным ПМР / / Холодильная техника. — 1986. — № 4. — С. 20-24.
7. Подвижность воды в растворах биомакромолекул при различных температурах методом ПМР / Т.Д. Пилипенко, В.В. Манк, М.Ю. Корнилова и др. // Изв. вузов. Пищевая технология. — 1991. — № 1-3. — С. 208-211.
Кафедра аналитической химии
Поступила 27.04.94
вывод, азмеру и воды толщи-участ-і влаги :вязан-
зляется
до (ГС, «шыра-слабо-) ниже і имеет
