Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http://allbest.ru

ОПРЕДЕЛЕНИЯ

белок пищевой биотехнология

В настоящей курсовой работе применяют следующие термины с соответствующими определениями:

Асептика - комплекс мероприятий, направленных на предотвращение попадания в среду или на объект посторонних микроорганизмов.

Брожение - биологический процесс расщепления сложных органических веществ. В зависимости от вида микроорганизмов, участвующих в процессе различают молочно-кислое, уксуснокислое, пропионово-кислое, спиртовое и иное брожение.

Биотехнология - комплекс естественных или искусственно созданных технологических приемов для создания биологических систем или использования в промышленных научных целях.

Мембрана - высокопористая или беспористая плоская или трубчатая перегородка, оформленная из полимерных или неорганических материалов и способная эффективно разделять частицы. Мембрана имеет большое количество пор (до 10 10 -10 11 на 1 м 2), диаметр которых не превышает 0,5 мкм.

Микрофильтрация - использование мембран с диаметром пор от 0,1 до 10 мкм для отделения мелких частиц твердой фазы, в том числе

Осаждение - процесс расслоения дисперсных систем под действием силы тяжести.

Стабилизаторы - вещества, добавляемые в кровь, сыворотку, вакцину и т.д. для сохранения их свойств.

Стерилизация - уничтожение микробов с помощью высокой температуры или химических свойств.

Термическая стерилизация - использование водяного пара под различным давлением и температурой.

Термолабильность - отсутствие у материала термостойкости и термостабильности.

Термостабильность - способность материала длительное время выдерживать нагревание при определенной температуре без изменения свойств продукта (без его разложения).

Термостойкость - способность материала противостоять нагреву до температуры, при которой происходит необратимое изменение его качества (разрушение физической или химической структуры).

Ультрафильтрация - разделение клеток и молекул с использованием мембран с диаметром пор от 0,001 до 0,1 мкм.

Упаривание - процесс концентрирования жидких растворов путем частичного удаления растворителя испарением при нагревании жидкости.

Химическая стерилизация - обработка элементов оборудования химическими веществами (формальдегид, перекись водорода, кислоты, спирты и т.д.)

Экстракция - процесс разделения смеси твердых и жидких веществ с помощью избирательных растворителей (экстрагентов).

ВВЕЕДЕНИЕ

Как известно, взрослому человеку при умеренной физической нагрузке ежедневно с пищей необходимо получать около 12,5 кДж (3000 калорий). Эту потребность в энергии могут покрыть 75 г. сахара. Но пища обеспечивает нас не только калориями. Организму нужен материал для роста и регенерации устаревших клеток и тканей, поэтому пища должна содержать белки, жиры, углеводы, витамины. Тот факт, что люди в основном ориентировались на потребление продуктов земледелия, скотоводства и рыболовства, объясняется тем, что в этих областях пищевого производства в свое время удалось достичь высокой производительности труда. По самым скромным подсчетам в масштабах планеты дефицит пищевого белка оценивается в 15-25 млн.т. в год, что связано с нехваткой и неполноценностью продуктов питания. Основным путем снижения и ликвидации этого дефицита является производство белков с помощью микробного синтеза, имеющие следующие преимущества: 1) микроорганизмы обладают высокой скоростью накопления биомассы (500 кг дрожжей за сутки дают 80т. белка, тогда как для быка того же веса за тот же период прирост белка составляет 400-500 гр.); 2) микробные клетки способны накапливать очень большое количество белка (дрожжи - до 60%, бактерии - до 75% по массе); 3) процесс микробного синтеза менее трудоемок и экономически выгоден по сравнению с химическим синтезом белков. Все эти преимущества и предопределили быстрое развитие технологии получения микробного белка, которая являетсясамой крупнотоннажной отраслью биотехнологии.

Целью данной курсовой работы является изучение методов получения пищевого белка.

Для достижения данной цели были поставлены следующие задачи:

1)Изучение характеристики пищевого белка;

2) Описание функциональных свойств пищевого белка;

3) Исследование методов производствапищевого белка

4) Представление технологической схемы производства пищевого белка на примере.

1. ОСНОВНАЯ ЧАСТЬ

белок пищевой биотехнология

1.1 Общая характеристика пищевого белка

Белок - важнейший жизненно необходимый компонент питания, выполняет в пищевых продуктах две основные функции. Способность белка выполнять пищевую или питательную функцию характеризуют его биологической ценностью. Вторая функция - структурная. Она обеспечивает необходимую структуру, а также комплекс реологических и других физико-химических свойств перерабатываемых пищевых систем и готовых пищевых продуктов. Тем самым задаются консистенция, технологические и другие качества пищевых продуктов. Способность белка выполнять структурные функции, обеспечивая желаемые потребительские качества пищевого продукта, характеризуется широким комплексом физико-химических характеристик, объединяемых термином «функциональные свойства белка». Выполняя пищевую функцию, белок обеспечивает адекватность пищевого продукта физиологическим потребностям организма, в то время как выполнение им структурных функций призвано обеспечить потребительские качества пищевого продукта, его адекватность социально-культурным потребностям людей. Существенно, что реальный спрос на пищевые продукты обусловлен прежде всего экономическими и социальнокультурными факторами, поэтому он в большой мере определяется стоимостью и потребительскими (товароведными) характеристиками пищевого продукта, а не его биологической или пищевой ценностью, о которой потребитель обычно мало осведомлен. Потребительские характеристики продукта обеспечивают его покупку и потребление, что означает реализацию биологической ценности этого продукта. Отсюда первостепенное значение имеют структурные функции белка, обеспечивающие потребительские качества пищевого продукта и определяющие возможность реализации пищевой функции белка.

Биологическая ценность белка, не потребленного человеком, равна нулю. Она возрастает приблизительно до 10 % от максимально реализуемой в случае скармливания животному белка из новых нетрадиционных источников в соответствии с эффективностью конверсии белка кормов в белки мяса. Биологическая ценность нетрадиционного или недостаточно утилизируемого белка может быть наиболее полно реализована при его переработке в пищевые продукты. Следовательно, наиболее рационально применение пищевого белка для питания при его переработке в пищевые продукты, недорогие и привлекательные для потребителя. Отсюда вытекают ведущее значение структурной функции белка и проблемы получения белка с необходимыми функциональными свойствами, обеспечивающими как экономичность его переработки в пищевые продукты, так и их потребительские свойствНаряду с функциональными свойствами и биологической ценностью пищевого белка важным критерием его качества является стоимость. Она определяет возможность получения на основе белка достаточно недорогих пищевых продуктов массового потребления. Помимо стоимости пищевого белка существенное значение имеет и стоимость его переработки в пищу, т. е. придание ему необходимых потребительских качеств. Стоимость же переработки белка в значительной мере зависит от его функциональных свойств, которые, в свою очередь, влияют на выбор технологии переработки белка. В большинстве случаев возрастание степени очистки белка при его выделении ведет к повышению его функциональных свойств, стоимости, а зачастую и к снижению биологической ценности. При этом повышение стоимости белка и снижение его биологической ценности компенсируются тем, что улучшенные функциональные свойства позволяют перерабатывать этот белок с меньшими затратами в более широкий ассортимент пищевых продуктов различного состава и пищевой ценности, в том числе в наиболее дорогостоящие комбинированные мясные и молочные изделия и их аналоги. Кроме того, белки с более высокой степенью очистки обычно легче и дольше сохраняются, отличаются более высокой стандартностью, что способствует снижению стоимости их переработки в пищу. Следовательно, среди ряда показателей качества белка превалирующее значение принадлежит функциональным свойствам. При этом во всех случаях сохраняется значение биологической ценности и стоимости белка.

1.2 История исследования

Белок попал в число объектовхимических исследований 250 лет тому назад. В 1728 году итальянский ученый Якопо Бартоломео Беккари получил из пшеничной муки первый препарат белкового вещества - клейковины. Он подверг клейковину сухой перегонке и убедился, что продукты такой перегонки были щелочными. Это было первое доказательство единства природы веществ растительного и животного царств. Он опубликовал результаты своей работы в 1745 году, и это была первая статья о белке.

В XVIII - начале XIX веков неоднократно описывали белковые вещества растительного и животного происхождения. Особенностью таких описаний было сближение этих веществ и сопоставление их с веществами неорганическими.

Важно отметить, что в это время, еще до появления элементного анализа, сложилось представление о том, что белки из различных источников - это группа близких по общим свойствам индивидуальных веществ.

В 1810 году Жозеф Гей-Люссакк и Луи Тенар впервые определили элементный состав белковых веществ. В 1833 году Ж. Гей-Люссак доказал, что в белках обязательно присутствует азот, а вскоре было показано, что содержание азота в различных белках приблизительно одинаково. В это же время английский химик Джон Дальтон попытался изобразить первые формулы белковых веществ. Он представлял их довольно просто устроенными веществами, но чтобы подчеркнуть их индивидуальное различие при одинаковом составе, он прибег к изображению молекул, которые бы сейчас назвали изомерными. Однако понятия изомерии во времена Дальтона еще не было..

Одной из самых распространенных теорий доструктурной органической химии была теория радикалов - неизменных компонентов родственных веществ. В 1836 году голландец Г. Мульдер высказал предположение о том, что все белки содержат один и тот же радикал, который он назвал протеином (от греческого слова "первенствую", "занимаю первое место").

В середине XIX века были разработаны многочисленные методы экстракции белков, очистки и выделения их в растворах нейтральных солей. В 1847 году К. Рейхерт открыл способность белков образовывать кристаллы. В 1836 году Т. Шванн открыл пепсин - фермент, расщепляющий белки. В 1856 году Л. Корвизар открыл еще один подобный фермент - трипсин. Изучая действие этих ферментов на белки, биохимики пытались разгадать тайну пищеварения. Однако наибольшее внимание привлекли вещества, получающиеся в результате действия на белки протеолитических ферментов (протеаз, к ним относятся вышеприведенные ферменты): одни из них были фрагментами исходных молекул белка (их назвали пептонами), другие же не подвергались дальнейшему расщеплению протеазами и относились к известному еще с начала века классу соединений - аминокислот (первое аминокислотное производное - амид аспарагин был открыт в 1806 году, а первая аминокислота - цистин в 1810). Аминокислоты в составе белков впервые обнаружил в 1820 году французский химик Анри Браконно. Он применил кислотный гидролиз белка и в гидролизате обнаружил сладковатое вещество, названное им глицином. В 1839 году было доказано существование в составе белков лейцина, а в 1849 году Ф. Бопп выделил из белка еще одну аминокислоту - тирозин.

К концу 80-х гг. XIX века из белковых гидролизатов было выделено уже 19 аминокислот и стало медленно укрепляться мнение, что сведения о продуктах гидролиза белков несут важную информацию о строении белковой молекулы. Тем не менее, аминокислоты считались обязательным, но неглавным компонентом белка.

Немецким химиком Э.Фишер была разработана пептидная теория, получившая общее признание во всем мире.

Немаловажно, что Фишер построил план исследования, резко отличающийся от того, что предпринималось раньше, однако учитывающий все известные на тот момент факты. Прежде всего он принял, как наиболее вероятную гипотезу о том, что белки построены из аминокислот, соединенных амидной связью:

Рис.2 - Амидная связь по представлению Фишера

Такой тип связи Фишер назвал (по аналогии с пептонами) пептидной. Он предположил, что белки представляют собой полимеры аминокислот, соединенных пептидной связью. Доказывая пептидный тип соединения аминокислотных остатков. Э. Фишер исходил из следующих наблюдений. Во-первых, и при гидролизе белков, и при их ферментативном разложении образовывались различные аминокислоты. Другие соединения было чрезвычайно трудно описать а еще труднее получить. Кроме того Фишеру было известно, что у белков не наблюдается преобладания ни кислотных, ни основных свойств, значит, рассуждал он, амино- и карбоксильные группы в составе аминокислот в белковых молекулах замыкаются и как бы маскируют друг друга (амфотерность белков, как сказали бы сейчас).

Решение проблемы строения белка Фишер разделил, сведя ее к следующим положениям :

1) Качественное и количественное определение продуктов полного гидролиза белков.

2) Установление строения этих конечных продуктов.

3) Синтез полимеров аминокислот с соединениями амидного (пептидного) типа.

4) Сравнение полученных таким образом соединений с природными белками.

В дальнейшем пептидная теория Фишера была многочисленно пересмотренаи дополнена.

1.3 Функционыльные свойства белка

Понятие о функциональных свойствах белка впервые ввели Серкл и Джонсон в 1962 г. Под функциональными свойствами белка понимают физико-химические характеристики, определяющие его поведение при переработке в пищевые продукты, а также обеспечивающие желаемые структуру, технологические и потребительские свойства готовых пищевых продуктов. Эта область научных исследований имеет центральное, ключевое значение для развития технологии переработки белка в новые формы пищи. К наиболее важным функциональным свойствам белка относят растворимость и набухание, способность стабилизировать дисперсные системы (пены, эмульсии и суспензии), образовывать гели, адгезионные и реологические свойства белковых систем, прядомость растворов белка и др. Высокими функциональными свойствами характеризуются белки, хорошо растворимые в водных средах, способные образовывать высококонцентрированные растворы, суспензии и гели, а также эффективно стабилизирующие эмульсии и пены. Существенно, чтобы эти свойства могли проявляться при pH, температуре и составе систем, характерных для процессов переработки и выделения белка, а также для готовых пищевых продуктов. Белки с низкими функциональными свойствами слаборастворимы, нерастворимы и не набухают в водных средах (без химической модификации, деструкции или гидролиза), не способны образовывать вязкие концентрированные суспензии (тестовые массы), гели, стабилизировать пены и эмульсии. Подобные белки обычно используют для получения пищевых гидролизатов, в виде небольших добавок в пищевые продукты, а также в составе кормов.

Понятие «функциональные свойства белка» охватывает широкий комплекс физико-химических характеристик белоксодержащих водных систем. Это понятие, как правило, относится к свойствам весьма концентрированных, многокомпонентных белоксодержащих систем. Ввиду того что в этих случаях невозможно предсказать функциональные свойства систем на основе молекулярных характеристик белка, преобладающую роль в их оценке играют эмпирические методы. Поэтому функциональные характеристики исследуют в основном с помощью эмпирически выбираемых методик, причем лишь некоторые из них стандартизированы. Получаемые количественные результаты для исследуемого белка сопоставляют с результатами исследования других белков, выбранных для сравнения.

Изучение функциональных свойств белка является ключевым научным направлением проблемы получения новых форм пищи, обеспечивая разработку рецептур многокомпонентных пищевых систем, выбор процессов и режимов их переработки в пищевые изделия. Несмотря на значительные усилия, предпринятые в этой области большим числом научных коллективов, научные и прикладные аспекты проблемы изучения функциональных свойств белка разработаны крайне недостаточно, что обусловлено ее исключительной сложностью.

Эта область исследований находится в процессе формирования, так что даже общепринятая терминология в ней еще не разработана. В последнее десятилетие достигнуты заметные успехи в области моделирования многокомпонентных пищевых систем, оценки и регулирования функциональных свойств белков.

2 . Биотехнология пищевого белка

2.1 Методы получения белка

2.1.1 Получение микробного белка на низших спиртах

Культивирование на метаноле. Основное преимущество этого субстрата - высокая чистота и отсутствие канцерогенных примесей, хорошая растворимость в воде, высокая летучесть, позволяющая легко удалять его остатки из готового продукта. Биомасса, полученная на метаноле, не содержит нежелательных примесей, что дает возможность исключить из технологической схемы стадии очистки.

Однако, необходимо учитывать при проведении процесса и такие особенности метанола, как горючесть и возможность образования взрывоопасных смесей с воздухом.

В качестве продуцентов, использующих метанол в конструктивном обмене, были изучены как дрожжевые, так и бактериальные штаммы. У дрожжей были рекомендованы в производство Candidaboidinii, Hansenulapolymorpha и Piehiapastoris , оптимальные условия для которых (t=34-37°C, рН=4,2-4,6) позволяют проводить процесс с экономическим коэффициентом усвоения субстрата до 0,40 при скорости протока в интервале 0,12-0,16 ч -1 . Среди бактериальных культур применяется Methylomonasclara, Pseudomonasrosea и др, способные развиваться при t=32-34°C, рН=6,0-6,4 с экономическим коэффициентом усвоения субстрата до 0,55 при скорости протока до 0,5 ч -1 .

Особенности процесса культивирования во многом обусловлены применяемым штаммом-продуцентом (дрожжи или бактерии) и условиями асептики. Ряд зарубежных фирм предлагает использовать дрожжевые штаммы и проводить выращивание в отсутствии строгой асептики. В этом случае технологический процесс протекает в ферментёре инжекционного типа производительностью 75 т АСВ в сутки, а удельный расход метанола составляет 2,5 т/т АСВ.

В ряде стран в качестве продуцентов применяются бактериальные штаммы, процесс проводится в асептических условиях в ферментерах эрлифитного или струйного типов производительностью 100-300 т/сут и расходом метанола до 2,3 т/т АСВ. Ферментация осуществляется одностадийно при невысоких концентрациях спирта (до 12 г/л) с высокой степенью утилизации метанола.

Наиболее перспективным по своей конструкции является струйный ферментёр Института технической химии АН ГДР. Ферментёр объемом 1000м 3 состоит из секций, расположенных одна над другой и соединенных между собой шахтными переливами. Ферментационная среда из нижней секции ферментёра по напорному трубопроводу подается центробежными циркуляционными насосами в верхние шахтные переливы, через которые проходит в низлежащую секцию, подсасывая при этом воздух из газовода. Таким образом, среда протекает из секции в секцию, постоянно подсасывая новые порции воздуха. Падающие струи в шахтных переливах обеспечивают интенсивноеаэрирование среды.

Питательная среда непрерывно подается в зону верхних шахтных переливов, а микробная суспензия отводится из выносных контуров. На стадии выделения для всех видов продуцентов предусмотрено отделение грануляции с целью получения готового продукта в гранулах.

В качестве микроорганизмов - продуцентов белка на этиловом спирте как единственном источнике углерода могут использоваться дрожжи (Candidautilis, Sacharomyceslambica, Hansenulaanomala, Acinetobactercalcoaceticus ). Процесс культивирования проводят одностадийно в ферментерах с высокими массообменными характеристиками при концентрации этанола не более 15 г/л.

Дрожжи, выращенные на этаноле, содержат (%): сырого протеина 60-62; липидов 2-4; золы 8-10; влаги до 10.

2.1.2 Получение белковых веществ на углеводном сырье

Исторически одним из первых субстратов, используемых для получения кормовой биомассы, были гидролизаты растительных отходов, предгидрализаты и сульфитный щелок - отходы целлюлозно-бумажной промышленности. Интерес к углеводному сырью как основному возобновляемому источнику углерода значительно возрос еще и с экологической точки зрения, так как оно может служить основой для создания безотходной технологии переработки растительных продуктов.

В связи с тем, что гидролизаты представляют собой сложный субстрат, состоящий из смеси гексоз и пентоз, среди промышленных штаммов- продуцентов получили распространение виды дрожжей C.utilis, C.scottii и C.tropicalis , способные наряду с гексозами усваивать пентозы, а также переносить наличие фурфурола в среде.

Состав питательной среды в случае культивирования на углеводородном сырье значительно отличается от применяемого при выращивании микроорганизмов на углеводородном субстрате. В гидролизатах и сульфитных щелоках имеются в небольшом количестве практически все необходимые для роста дрожжей микроэлементы. Недостающие количества азота, фосфора и калия вводятся в виде общего раствора солей аммофоса, хлорида калия и сульфата аммония.

Ферментация осуществляется в эрлифтных аппаратах конструкции Лефрансуа-Марийе объемом 320 и 600 м 3 . Процесс культивирования дрожжей осуществляется в непрерывном режиме при рН 4,2-4,6. Оптимальная температура от 30 до 40°С.

2.1.3 Грибной белок (микопротеин)

Микопротеин - это пищевой продукт, состоящий в основном из мицелия гриба. При его производстве используется штамм Fusarium graminearum , выделенный из почвы. Микопротеин производят сегодня на опытной установке методом непрерывного выращивания. В качестве субстрата используется глюкоза и другие питательные вещества, а источниками азота служат аммиак и аммонийные соли. После завершения стадии ферментации культуру подвергают термообработке для уменьшения содержания рибонуклеиновой кислоты, а затем отделяют мицелий методом вакуумного фильтрования.

Если сопоставить производство микопротеина с процессом синтеза белков животных, то выявится ряд его преимуществ. Помимо того, что здесь выше скорость роста, превращение субстрата в белок происходит несравненно эффективнее, чем при усвоении пищи домашними животными.

Положительным фактором является и волокнистое строение выращенной культуры; текстура массы мицелия близка к таковой у естественных продуктов, поэтому у продукта может быть имитирована текстура мяса, а за счет добавок - его вкус и цвет. Плотность продукта зависит от длины гиф выращенного гриба, которая определяется скоростью роста.

После проведения всесторонних исследований питательной ценности и безвредности микопротеина министерство сельского хозяйства, рыболовства и пищевых продуктов дало разрешение на его продажу в Англии. Содержание питательных веществ в нем указано в таблице 1.

Таблица 1. Средний состав микопротеина и сравнение его с составом говядины.

2.2 Получения пищевых белков из соевого шрота

Технологии получения белковых продуктов из растительного сырья строятся на двух основных технологических подходах:

1. Глубокое фракционирование макронутриентов сырья с максимизацией выхода белков, их очистка, концентрированно и при необходимости модификация функциональных и медико-биологических характеристик.

2. Оптимальное фракционирование макро- и микронутриентов сырья с получением белково-липидных и белково-углеводных композитов заданного состава с максимальным сохранением фитохимического потенциала сопутствующих микронутриентов.

Хотя употребление сои в пищу известно уже несколько тысячелетий, в основном оно приходилось на продукты из полножирной сои - соевое молоко, тофу, темпех и т. д. Только в XX в. стали развиваться технологии производства концентрированных соевых белков. В начале века появилась соевая мука, которую получали из целых семян, прессовых жмыхов, а позднее из обезжиренных соевых шротов. Сильный бобовый привкус ограничивал рост рынка соевой муки, поэтому значительные усилия были предприняты для разработки технологий "удаления плохого вкуса".

Широкое развитие технологий производства соевых белков появилось только после разработки технологии экстракции масла растворителем. В 1937 г. появились технические соевые изоляты, которые использовали как связующие для пигментов в бумажных покрытиях и "пенное одеяло" при тушении пожаров пожаров. В 50-х годах появились концентраты, которые были восприняты как промежуточные ингредиенты между мукой и изолятами. Обезжиренные соевые продукты можно разделить на три основные группы, которые различаются по содержанию протеина.

Примерный состав соевых белковых продуктов, представленный Советом по соевым белкам, приведен в табл. 1.

Рис.1 - Обобщенная схема технологии получения сои с получением пищевых белков

Соевая мука имеет ограничения при использовании в питании вследствие вспучивания кишечника. У человека отсутствуют ферменты, способные гидролизовать а-галактозидные связи раффинозы и стэхиозы, имеющихся в сое, с образованием простых сахаров. Поэтому эти углеводы попадают в кишечный тракт, где подвергаются воздействию бактерий, и метаболиты этого взаимодействия вызывают газообразование.

Изоляты и концентраты - более очищенные формы соевых белков. Они используются в питании без каких-либо ограничений и в совокупности с другими пищевыми компонентами могут служить основным источником белка в рационе человека

Технологии получения соевых белков

В промышленных технологиях получения соевых белков существуют свои "ноу-хау. Количество комбинаций способов выработки различных продуктов безгранично. Даже при производстве одного вида продукта технологии и оборудование у разных производителей отличаются, что обусловливает небольшие отличия продуктов. Обычно пищевые соевые белки производят на отдельных технологических линиях, а не на тех же линиях, которые используются для производства масла и кормовых шротов, когда из колотых и недостаточно качественных соевых семян в процессе экстракции получают кормовой шрот . Некоторые производители промывают сою для удаления грязи и маленьких камешков .

До настоящего времени большинство соевых белковых продуктов в мире производят из белого лепестка (БЛ - обезжиренный гексаном лепесток, полученный из пищевых сортов очищенных от оболочки соевых семян).

Для производства лепестка с высоким значением PDI/NSI обычно используют систему отгонки растворителя в газовой трубе (флеш) или в перегретых парах растворителя, которую иногда называют "системой получения белого лепестка". Ни на одном из отечественных предприятий таких систем отгонки растворителя из шрота нет.

В России соевый шрот на заводах получают в основном по схеме форпрес-сование-экстракция, когда на прессах производят предварительный съем масла перед экстракцией. Отгонку растворителя из шрота ведут на тостерах-испарителях чанного типа. Продукты экстракции имеют NSI 50 и ниже вследствие денатурации соевого белка под действием влаги и высоких температур. По этим схемам на имеющемся оборудовании в России можно получить только тестированный соевый шрот и из него только тостированную соевую муку.

Соевая мука и крупа . Обезжиренную соевую муку получают в результате помола и рассева обезжиренных соевых лепестков. Белый лепесток в крупу обычно измельчают на молотковых дробилках, вихревых мельницах или классификаторах. Разброс размера частиц контролируется воздушной классификацией, причем если необходимо получить более узкий диапазон размеров частиц, то используются сита. Обезжиренная соевая мука содержит около 38 % общих углеводов, в том числе 15 % растворимых моно- и олигосахаридов и 13 % полисахаридов, которые могут быть в дальнейшем извлечены при получении соевых белковых концентратов или изолятов. В состав муки с восстановленным содержанием жира или лецитинированной соевой муки входит исходная мука и добавки масла или лецитина. Муку с восстановленным содержанием жира получают при добавлении в соевую муку дополнительно жира в количестве от 1 до 15 %, чтобы снизить пылеобразование и внести дополнительное количество жира, необходимое по рецептуре продукта. Для зажиривания муки, полученной из проэкстрагированного материала, используется рафинированное масло. Лецитинированная мука выпускается с добавлением 3, б и 15 % лецитина. Лецитин улучшает диспергируемость муки и других ингредиентов в кондитерских изделиях и холодных напитка.

3 . Получение пищевого белка

Улучшение вкуса и запаха продуктов питания при одновременном повышении содержания белка при помощи микроскопических грибов - плесеней уже давно используется при получении пищи (мисо, суфу, темпех), употребляемой в азиатских странах. Одним из исходных продуктов служат соевые бобы. В Индонезии соевые лепешки употребляют в пищу обросшими плесневыми грибами рода Rhizopus -темпех, который содержит до 55% белка и по вкусу напоминают мясные изделия. Производство темпеха занимает 2-3 дня. Сначала соевые бобы лущат (для удаления шелухи), затем кипятят в течение получаса, чтобы разрушить ингибиторы трипсина желудочного сока, которые делают сырые соевые бобы несъедобными для человека. Затем бобы высушивают и засеивают спорами плесени Rhizopusoligosporus . Брожение длится 36-38 ч при 30°С. В итоге получается компактный светло-коричневый шрот (бобовое пюре). Темпех обычно употребляют в пищу в виде лепешки, обжаренный в кокосовом масле.

Содержание белка возрастает, достигая 50-55% по сравнению с 20-25% в соевых бобах. Темпех считается самой высокопитательной и легко усваиваемой пищей. Среди других восточных блюд получаемых при помощи плесней можно выделить японское мисо, которое приготавливают из соевых бобов с Aspergillusorisae , китайское суфу - напоминающий сыр продукт, получаемый при выращивании соевых бобов с плесенью рода Mucor . Незаменимую приправу восточной кухни - соевый соус готовят с использованием плесневогo гриба Aspergillusorisae , молочнокислых бактерии Pediococcus , дрожжей Saccharomyces , Torula . В результате продукт обогащается молочной и другими кислотами, этанолом и приобретает специфический вкус и аромат

Рис.2 - Схема приготовления темпеха

Приготовление брожением соевого соуса

Рис.3 - Схема приготовления соевого соуса

Традиционные соевые соусы готовятся сбраживанием смеси бобов и зерна плесневыми грибами Aspergillus oryzae и другими. В Японии как сама закваска, так и бродящая масса называются кодзи.В древности ферментирующаяся масса выставлялась на солнце в огромных чанах, в XX веке температуру и влажность обычно контролируют в особых инкубационных камерах.

1. Вымачивание и отваривание : бобы отмачивают в воде, а затем варят до готовности. Пшеницу обжаривают и толкут.

2. Соединение ингредиентов : равное количество варёных бобов и обжаренного толчёного зерна перемешивают, затем на них высеивают споры нескольких видов грибов аспергилли других микроорганизмов:

· A. oryzae , A sojae : культуры с высоким содержанием протеазышироко используются при производстве соевого соуса;

· A. tamai : используется для приготовления соевого соуса «тамари»;

· Saccharomycescerevisiae дрожжи, содержащиеся в этой культуре, превращают сахарам в этанол, который может пройти побочную реакцию, в результате которой в соевый соус попадут дополнительные ингредиенты;

· Bacillusspp. (род): в результате деятельности этих бактерий соевый соус приобретает характемрный запах;

· Lactobacillusspecies : молочная кислота, которую производят эти бактерии, увеличивает кислотность соуса.

3. Ферментация : смесь бобов и зерна смачивается соляным раствором (для влажной ферментации) или посыпается солью, после чего её оставляют для брожения на срок от 40 дней до 2-3лет. С течением времени микроорганизмы расщепляют протеины суслана свободные аминокислоты, белковые фрагменты, а крахмал-- на простые сахара. Эти амино-гликозидные реакции и дают соусу тёмно-коричневый цвет. Лактобактериисбраживают сахарам в молочную кислоту, а дрожжи производят этанол, который проходит вторичную реакцию и насыщает соус новыми добавками. Если на этом этапе процесс прекращается, продукт носит названиесоевая паста.

4. Прессование : полностью ферментированная кашица помещается под обёрнутые тканью тяжёлые контейнеры и прессуется для того, чтобы отделить соевый соус от твёрдых отходов, которыми в дальнейшем удобряют почву или кормят скот.

5. Пастеризация : сырой соус нагревают для того, чтобы плесень и дрожжи погибли. После этого соус фильтруют и разливают для продажи.

Американские ученые приспособили производственный процесс получения индонезийского темпеха для хлебных злаков. Так, пшеница, ферментируемая той же плесенью Rizopus в течение 20 часов при 30 0 С, превращается в продукт, содержащий в 6-7 раз больше белка, чем обычная пшеница. Ими же разработан метод обогащения белком другого пищевого крахмалсодержащего продукта - маниока на основе роста плесени Aspergillus . После 30 ч ферментации при 38 0 С, содержание белка в продукте возрастает с 5% до 18%, а содержание углеводов падает с 65% до 28%.

Мисо или соевая паста - один из самых часто используемых ингредиентов в японской кухне. Технология приготовления Мисо основана на процессе брожения (ферментации) соевых бобов, злаков и специального вида грибов “кодзи-кин”. В результате получается густая паста, при помощи которой готовятся различные японские блюда, такие как японский мисо суп .

В Японии, мисо суп , как и водоросли чука, является неотъемлемым атрибутом завтрака, обеда и ужина. Суп принято подавать перед основным блюдом, будь то легкая утренняя закуска или набор суши на обед. Суп является дополнительной жидкой пищей, которая балансирует процесс пищеварение и делает его более полезным.

Помимо витаминов A и D, соевая паста содержит большое количество кальция, железа и цинка. Сегодня, в Японии насчитывается как минимум 3 вида мисо супа: из риса, сои и пшеницы. Каждый вид супа имеет свои вкусовые отличия и регион происхождения.

В этом материале мы расскажем вам, как приготовить традиционный мисо суп, который можно попробовать в большинстве ресторанов японский кухни. Суп будет полезен для тех, кто следит за своей фигурой и предпочитает питаться правильно. Мисо Суп с морской капустой готовится из следующих ингредиентов:

Даси -- 1,5 Чайная ложка

Мисо -- 0,5 стакана (соевая паста)

Тофу -- 0,5 стакана (кубиками)

Зелёный лук -- 2 ст/л (мелко порезать)

Вода -- 4 стакана

Морские водоросли -- 1 Ст. ложка (Специальные сухие водоросли для супа)

Приведенные данные не охватывают все области использования плесневых грибов, но характеризуют принципиальные возможности использования их в качестве источника пищевого белка.

Для получения пищевого белка активно используются также другие микроорганизмы - водоросли. Народы Тихоокеанского побережья с давних времен употребляют в пищу морские и океанские водоросли. Жители Гавайских островов из 115 видов водорослей, обитающих в местных океанских просторах, используют в питании 60 видов. В Китае особенно ценят сине-зеленые водоросли Nostoc , по внешнему виду напоминающие сливу и по вкусовым качествам причисленные к китайским лакомствам. В кулинарных справочниках Японии встречается более 300 рецептур, в состав которых входят водоросли. Однако весьма интенсивное использование водорослей в пищевых целях не позволяет плантациям восстанавливаться естественным путем. В связи с этим водоросли стали культивировать искусственно в подводных садах. Выращивание аквакультур - процветающая отрасль биотехнологии. Внимание специалистов, занимающихся вопросами питания, привлекает сине-зеленая одноклеточная водоросль спирулина - растущая в Африке (озеро Чад) и в Мексике (озеро Тескоко). Местные жители употребляют их в высушенном виде - галеты или дихэ. Продукт характеризуется очень высоким содержанием белка - до 70%. Озеро Тескоко и озеро Чад - единственные в мире щелочные озера (рН до 11). При такой рН спирулина бурно разрастается и растет как монокультура. Благодаря наличию в клетках наполненных газом вакуолей водоросли всплывают, а ветер выносит их на берег озера, где под солнцем клубки водорослей высыхают. Анализ образцов спирулины в лабораторных условиях показал содержание белков до 70% и углеводов - 19%. С 1967 г. мексиканская компания «Тескоко» вплотную занялась сбором урожая спирулины и превращения ее в муку. В настоящее время производство муки из спирулины достигает 1000 т. в год и она импортируется в США, Японию и европейские страны для компании, специализирующихся сбытом белковых концентратов и диетических продуктов питания. Биомасса спирулины приравнивается к стандартам пищевого белка, установленного ФАО ВОЗ. В Италии функционирует фабрика, где спирулину выращивают на площади 20 га в закрытой системе, состоящей из полиэтилена (с соответствующим рН) и получали высокие урожаи (20 г биомассы с 1м 3 в сутки). В Узбекистане (г.Самарканд) спирулину выращивали на водах ТЭЦ, богатых СО 2 . Урожай составлял 30-60т с 1 га в год.

Дрожжи как источник пищевого белка человек применяет только в экстремальных условиях (альпинисты, мореплаватели), как компонент сухого пайка. Одной из причин является сравнительно толстая клеточная оболочка дрожжей, препятствующая его усвоению организмом человека.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В настоящее время имеется свыше 300 наименований продукции с использованием соевых белков. Разработанные рецептуры пищевых продуктов прошли соответствующие испытания и рекомендованы к применению Министерством здравоохранения. Большую часть соевых белковых продуктов потребляет мясоперерабатывающая промышленность. Кроме того, соевые белки широко используют в молочной, масложировой, кондитерской, хлебопекарной промышленности, в общественном питании, а также в детском, лечебно-профилактическом, лечебном и диетическом питании.

В отечественной концепции здорового питания важное место занимает использование растительных белков в производстве пищевых изделий. В целом продукты с добавлением растительных белков относят к здоровой пище с улучшенным балансом питательных веществ по сравнению с традиционными продуктами. В связи с этим интерес к соевым белкам постоянно растет, увеличивается выпуск продуктов с вводом соевых белков.

Поэтому я считаю, что комбинированные изделия позволяют решить проблемы рационального использования животного сырья и эффективно использовать высокую биологическую и пищевую ценность соевых белков и их функциональные свойства. Введение соевых белков позволяет сделать питание человека более рациональным и здоровым.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1.Ескендирова С.З «Биотехнология микроорганизмов»

2..Биотехнология: Принципы и применение. Под ред. И.Хиггенса и др. Москва: «Мир», 1988 г.

3.Биотехнология. Производство белковых веществ. В.А.Быков, М.Н.Манаков и др. Москва «Высшая школа», 1987 г.

4.Воробьева А.И. Промышленная микробиология. Изд. Московского университета.

5.Дюсенова Г.Т, Кухар Е.В « Пищевая биотехнология»

6. Бутенко Р.Г., Гусев М.В., Киркин А.В. Биотехнология. Кн.3. Клеточная инженерия. М. Высш.школа.

7.Колычев Н.М., Госманов Р.Г. Ветеринарная микробиология и иммунология. Омск. Изд. ОмГАУ.

Размещено на Allbest.ru

Подобные документы

Состав и свойства кормового дрожжевого белка. Производство кормовых дрожжей на зерно-картофельной барде. Технология переработки зерновой барды в сухие кормовые дрожжи, использующая непатогенный штамм Rhodosporium diobovatum. Выращивание товарных дрожжей.

презентация , добавлен 19.03.2015


Санитарные и ветеринарные требования к молочной продукции. Влияние сезона года, периода лактации, кормов и обмена веществ в организме коров на содержание жира и белка в молоке. Методы выявления фальсифицированной продукции и некачественного сырья.

презентация , добавлен 13.06.2014


Применение сепараторов в молочной промышленности при переработке и гомогенизации молока, его очистки от примесей, для получения сливок, отделения белка и жира от сыворотки. Технологический и энергетический расчет, монтаж и эксплуатация сепаратора.

курсовая работа , добавлен 24.01.2016


Процесс вулканизации резины, ее общая характеристика. Классификация каучука, особенности его применения в России. Специфические свойства резин. Технология получения, методы воздействия на их свойства. Описание и свойства готовых резинотехнических изделий.

реферат , добавлен 28.12.2009


Тепловая обработка молока, ее влияние на состав и технологические свойства. Белки молока, способы их выделения при производстве сыров. Органолептические свойства термокислотных сыров при использовании коагулянтов белка растительного происхождения.

дипломная работа , добавлен 21.06.2015


Принципы проектирования рецептур хлебобулочных изделий со сбалансированным химическим составом. Критерии оптимальности фракционного состава белка и липидов хлеба. Использование закваски на основе пропионовокислых бактерий в кисломолочной продукции.

реферат , добавлен 23.08.2013


Подготовка воды для ликероводочного производства. Принципиальная технологическая схема получения водки. Купажирование напитков, каскадная фильтрация ликероводочных изделий. Технология получения пищевого уксуса. Производство твердого диоксида углерода.

учебное пособие , добавлен 09.02.2012


Свойства и применение молибдена, характеристика сырья для его получения. Окислительный обжиг молибденитовых концентратов. Разложение азотной кислотой. Выбор и технико-экономическое обоснование предлагаемой технологии получения триоксида молибдена.

курсовая работа , добавлен 04.08.2012


Методы получения наноматериалов. Синтез наночастиц в аморфных и упорядоченных матрицах. Получение наночастиц в нульмерных и одномерных нанореакторах. Цеолиты структурного типа. Мезопористые алюмосиликаты, молекулярные сита. Слоистые двойные гидроксиды.

курсовая работа , добавлен 01.12.2014


История и основные этапы в развитии производства химического волокна. Характеристика искусственных и синтетических волокон. Промышленные методы их получения. Свойства и способы получения полиуретановых нитей. Структура и ассортимент материала из лайкры.

БЕЛКИ - это азотсодержащие высокомолекулярные органические вещества со сложным

составом и строением молекул.

Белок можно рассматривать как сложный полимер аминокислот.

Белки входят в состав всех живых организмов, но особо важную роль они играют

в животных организмах, которые состоят из тех или иных форм белков (мышцы,

покровные ткани, внутренние органы, хрящи, кровь).

Растения синтезируют белки (и их составные части a-аминокислоты) из углекислого

газа СО 2 и воды Н 2 О за счет фотосинтеза, усваивая

остальные элементы белков (азот N, фосфор Р, серу S, железо Fe, магний Mg) из

растворимых солей, находящихся в почве.

Животные организмы в основном получают готовые аминокислоты с пищей и на их

базе строят белки своей организма. Ряд аминокислот (заменимые аминокислоты)

могут синтезироваться непосредственно животными организмами.

Характерной особенностью белков является их многообразие, связанное с

количеством, свойствами и способах соединения входящих в их молекулу

аминокислот. Белки выполняют функцию биокатализаторов - ферментов,

ре­гулирующих скорость и направление химических реакций в организме. В

комплексе с нуклеиновыми кислотами обеспечивают функции роста и передачи

наследственных признаков, являются структурной основой мышц и осу­ществляют

мышечное сокращение.

В молекулах белков содержатся повторяющиеся амидные связи С(0)-NH, названные

пептидными (теория рус­ского биохимика А.Я.Данилевского).

Таким образом, белок представляет собой полипептид, содержащий сотни или

тысячи аминокислотных звеньев.

Структура белков:

Особый характер белка каждого вида связан не только с длиной, составом и

строением входящих в его молекулу полипептидных цепей, но и с тем, как эти

цепи ориенти­руются.

В структуре любого белка существует несколько степе­ней организации:

1. Первичная структура белка - специфическая последо­вательность аминокислот

в полипептидной цепи.

Вторичная структура белка - способ скручивания полипептидной цепи в

пространстве (за счет водородной связи между водородом амидной группы -NH- и

кар­бонильной группы - СО-, которые разделены четырь­мя аминокислотными

фрагментами).

Третичная структура белка - реальная трехмерная конфигурация закрученной

спирали полипептидной цепи в пространстве (спираль, скрученная в спираль).

Третичная структура белка обуславливает специфическую биологическую

активность белковой молекулы. Третичная структура белка поддерживается за

счет вза­имодействия различных функциональных групп полипептидной цепи:

· дисульфидный мостик (-S-S-) между атомами серы,

· сложноэфирный мостик – между карбоксильной группой (-СО-) и

гидроксильной (-ОН),

· солевой мостик - между карбоксильной (-СО-) и аминогруппами (NH 2).

Например, гемоглобин представляет из себя комплекс из четырех макромолекул

Физические свойства

Белки имеют большую молекулярную массу (10 4 -10 7), многие

белки растворимы в воде, но образуют, как правило, коллоидные растворы, из

которых выпадают при увеличении концентрации неорганических солей, добавлении

солей тяжелых металлов, органических растворителей или при нагревании

(денатурация).

Химические свойства

1. Денатурация - разрушение вторичной и третичной структуры белка.

2. Качественные реакции на белок:

n биуретовая реакция: фиолетовое окрашивание при обработке солями меди в

щелочной среде (дают все белки),

n ксантопротеиновая реакция: желтое окрашивание при действии

концентрированной азотной кислоты, переходящее в оранжевое под действием

аммиака (дают не все белки),

n выпадение черного осадка (содержащего серу) при добавлении ацетата свинца

(II), гидроксида натрия и нагревании.

3. Гидролиз белков - при нагревании в щелочном или кислом растворе с

образованием аминокислот.

Синтез белков

Белок - сложная молекула, и синтез его представляется трудной задачей. В

настоящее время разработано много методов прекращения [ГМВ1]

a-аминокислот в пептиды и синтезированы простейшие природные белки - инсулин,

рибонуклеаза и др.

Большая заслуга в создании микробиологической промышленности по производству

искусственных пищевых продуктов принадлежит советскому ученому

А.Н.Несмеянову.

Литература:

“ХИМИЯ” М.,”СЛОВО” 1995.

Г.Е.Рудзитис, Ф.Г.Фельдман

“Химия 11. Органическая химия”

М., “Просвещение”,1993.

А.И.Артеменко, И.В. Тикунова

“Химия 10-11. Органическая химия”

М., “Просвещение” 1993.

Аминокислотами называются карбоновые кислоты, в углеводородном радикале которых один или несколько атомов водорода замещены аминогруппами. В зависимости от взаимного расположения карбоксильной и аминогрупп различают a -, b -, g - и т.д. аминокислоты. Например ,

Чаще всего термин "аминокислота" применяют для обозначения карбоновых кислот, аминогруппа которых находится в a - положении, т.е. для a - аминокислот. Общую формулу a - аминокислот можно представить следующим образом :

В зависимости от природы радикала ( R ) – аминокислоты делятся на алифатические, ароматические и гетероциклические.

В таблице представлены важнейшие - аминокислоты, входящие в состав белков.

Таблица. Важнейшие a - аминокислоты

*Незаменимые a - аминокислоты

Изомерия

Наряду с изомерией, обусловленной строением углеродного скелета и положением функциональных групп, для a - аминокислот характерна оптическая (зеркальная) изомерия. Все a - аминокислоты, кроме глицина, оптически активны. Например , аланин имеет один асимметрический атом углерода (отмечен звездочкой),

а значит, существует в виде оптически активных энантиомеров:

L - аланин

Все природные a - аминокислоты относятся к L – ряду.

Получение

1)Важнейший источник аминокислот – природные белки, при гидролизе которых образуются смеси a - аминокислот. Разделение этой смеси – довольно сложная задача, однако по обыкновению одна или две аминокислоты образуются в значительно больших количествах, чем все другие, и их удается выделить достаточно просто.

2)Синтез аминокислот из галогенозамещенных кислот действием аммиака

3)Микробиологический синтез. Известны микроорганизмы, которые в процессе жизнедеятельности продуцируют a - аминокислоты белков.

Физические свойства

Аминокислоты представляют собой кристаллические вещества с высокими (выше 250° С) температурами плавления, которые мало отличаются у индивидуальных аминокислот и поэтому нехарактерны. Плавление сопровождается разложением вещества. Аминокислоты хорошо растворимы в воде и нерастворимы в органических растворителях, чем они похожи на неорганические соединения. Многие аминокислоты обладают сладким вкусом.

Химические свойства

1)Некоторые свойства аминокислот, в частности высокая температура плавления, объясняется своеобразным их строением. Кислотная (– COOH ) и основная (– NH 2 ) группы в молекуле аминокислоты взаимодействуют друг с другом, образуя внутренние соли (биполярные ионы). Например , для глицина

2)Вследствие наличия в молекулах аминокислот функциональных групп кислотного и основного характера a - аминокислоты являются амфотерными соединениями, т.е. они образуют соли как с кислотами, так и со щелочами.

3)В реакции со спиртами образуются сложные эфиры.

Этиловый эфир аланина

4)a - Аминокислоты можно ацилировать, в частности, ацетилировать, действуя уксусным ангидридом или хлористым ацетилом. В результате образуются N - ацильные производные a - аминокислот (символ " N " означает, что ацил связан с атомом азота).

N – ацетил аланин

5)a - Аминокислоты вступают друг с другом в реакцию поликонденсации, приводя к амидам кислот. Продукты такой конденсации называются пептидами. При взаимодействии двух аминокислот образуется дипептид:

При конденсации трех аминокислот образуется трипептид и т.д.

Пептиды. Белки

Пептиды и белки представляют собой высокомолекулярные органические соединения, построенные из остатков a - аминокислот, соединенных между собой пептидными связями.

Ни один из известных нам живых организмов не обходится без белков. Белки служат питательными веществами, они регулируют обмен веществ, исполняя роль ферментов – катализаторов обмена веществ, способствуют переносу кислорода по всему организму и его поглощению, играют важную роль в функционировании нервной системы, являются механической основой мышечного сокращения, участвуют в передаче генетической информации и т.д. Как видно, функции белков в природе универсальны. Белки входят в состав мозга, внутренних органов, костей, кожи, волосяного покрова и т.д. Основным источником a - аминокислот для живого организма служат пищевые белки, которые в результате ферментативного гидролиза в желудочно-кишечном тракте дают a - аминокислоты. Многие a - аминокислоты синтезируются в организме, а некоторыенеобходимые для синтеза белков a - аминокислоты не синтезируются в организме и должны поступать извне. Такие аминокислоты называются незаменимыми. К ним относятся валин, лейцин, треонин, метионин, триптофан и др. (см.таблицу). При некоторых заболеваниях человека перечень незаменимых аминокислот расширяется.

Пептиды и белки различают в зависимости от величины молекулярной массы. Условно считают, что пептиды содержат в молекуле до 100 (соответствует молекулярной массе до 10000), а белки - свыше 100 аминокислотных остатков (молекулярная масса от 10000 до нескольких миллионов). При этом в пептидах различают олигопептиды, содержащие в цепи не более 10 аминокислотных остатков, и полипептиды, содержащие до 100 аминокислотных остатков.

Конструкция полипептидной цепи одинакова для всего многообразия пептидов и белков. Эта цепь имеет неразветвленное строение и состоит из чередующихся метиновых (CH ) и пептидных (CONH ) групп. Различия такой цепи заключаются в боковых радикалах, связанных с метиновой группой, и характеризующих ту или иную аминокислоту. Один конец цепи со свободной аминогруппой называется N – концом, другой, на котором находится аминокислота со свободной карбоксильной группой, называется C – концом. Пептидные и белковые цепи записываются с N – конца. Иногда пользуются специальными обозначениями: на N – конце пишется NH – группа или только атом водорода – H , а на C – конце - либо карбоксильная COOH – группа, либо только гидроксильная OH – группа.

Для полипептидов и белков характерны четыре уровня пространственной организации, которые принято называть первичной, вторичной, третичной и четвертичной структурами.

Первичная структура белка - специфическая аминокислотная последовательность, т.е. порядок чередования a - аминокислотных остатков в полипептидной цепи.

Вторичная структура белка - конформация полипептидной цепи, т.е. способ скручивания цепи в пространстве за счет водородных связей между группами NH и CO . Одна из моделей вторичной структуры – a - спираль.

Третичная структура белка - трехмерная конфигурация закрученной спирали в пространстве, образованная за счет дисульфидных мостиков – S – S – между цистеиновыми остатками и ионных взаимодействий.

Четвертичная структура белка - структура, образующаяся за счет взаимодействия между разными полипептидными цепями. Четвертичная структура характерна лишь для некоторых белков, например гемоглобина.

Химические свойства

1)Денатурация. Утрата белком природной (нативной) конформации, сопровождающаяся обычно потерей его биологической функции, называется денатурацией . С точки зрения структуры белка – это разрушение вторичной и третичной структур белка, обусловленное воздействием кислот, щелочей, нагревания, радиации и т.д. Первичная структура белка при денатурации сохраняется. Денатурация может быть обратимой (так называемая, ренатурация) и необратимой. Пример необратимой денатурации при тепловом воздействии – свертывание яичного альбумина при варке яиц.

2)Гидролиз белков – разрушение первичной структуры белка под действием кислот, щелочей или ферментов, приводящее к образованию a - аминокислот, из которых он был составлен.

3)Качественные реакции на белки:

a)Биуретовая реакция – фиолетовое окрашивание при действии солей меди (II ) в щелочном растворе. Такую реакцию дают все соединения, содержащие пептидную связь.

b)Ксантопротеиновая реакция – появление желтого окрашивания при действии концентрированной азотной кислоты на белки, содержащие остатки ароматических аминокислот (фенилаланина, тирозина).

КОНЕЦ РАЗДЕЛА

высаливание : осаждение солями щелочных, щелочноземельных металлов (хлорид натрия, сульфат магния), сульфатом аммония; при этом не нарушается первичная структура белка;

осаждение : использование водоотнимающих веществ: спирт или ацетон при низких температурах (около –20 С).

При использовании этих методов белки лишаются гидратной оболочки и выпадают в осадок в растворе.

Денатурация - нарушение пространственной структуры белков (первичная структура молекулы сохраняется). Может быть обратимая (структура белка восстанавливается после устранения денатурирующего агента) или необратимая (пространственная структура молекулы не восстанавливается, например, при осаждении белков минеральными концентрированными кислотами, солями тяжелых металлов).

Методы разделения белков Отделение белков от низкомолекулярных примесей

Диализ

Используют специальную полимерную мембрану, которая имеет поры определенной величины. Малые молекулы (низкомолекулярные примеси) проходят через поры в мембране, а крупные (белки) задерживаются. Таким образом, белки отмывают от примесей.

Разделение белков по молекулярной массе

Гель-хроматография

Хроматографическую колонку заполняют гранулами геля (сефадекс), который имеет поры определенной величины. В колонку вносят смесь белков. Белки, размер которых меньше, чем размер пор сефадекса, задерживаются в колонке, так как «застревают» в порах, а остальные свободно выходят из колонки (рис. 2.1). Размер белка зависит от его молекулярной массы.

Рис. 2.1. Разделение белков методом гель-фильтрации

Ультрацентрифугирование

Этот метод основан на различной скорости седиментации (осаждения) белковых молекул в растворах с различным градиентом плотности (сахарозный буфер или хлорид цезия) (рис. 2.2).

Рис. 2.2. Разделение белков методом ультрацентрифугирования

Электрофорез

Данный метод основан на различной скорости миграции белков и пептидов в электрическом поле в зависимости от заряда.

Носителями для электрофореза могут служить гели, ацетатцеллюлоза, агар. Разделяемые молекулы движутся в геле в зависимости от размера: те из них, которые имеют бóльшие размеры, будут задерживаться при прохождении через поры геля. Меньшие молекулы будут встречать меньшее сопротивление и, соответственно, двигаться быстрее. В результате, после проведения электрофореза, бóльшие молекулы будут находиться ближе к старту, чем меньшие (рис. 2.3).

Рис. 2.3 . Разделение белков методом электрофореза в геле

Методом электрофореза можно разделить белки и по молекулярной массе. Для этого используют электрофорез в ПААГ в присутствии додецилсульфата натрия (ДДS-Na) .

Выделение индивидуальных белков

Аффинная хроматография

Метод основан на способности белков прочно связываться с различными молекулами нековалентными связями. Используется для выделения и очистки ферментов, иммуноглобулинов, рецепторных белков.

Молекулы веществ (лиганды), с которыми специфически связываются определенные белки, ковалентно соединяют с частицами инертного вещества. Смесь белков вносят в колонку, и искомый белок прочно присоединяется к лиганду. Остальные белки свободно выходят из колонки. Задержанный белок затем можно вымыть из колонки с помощью буферного раствора, содержащего в свободном состоянии лиганд. Этот высокочувствительный метод позволяет выделить в чистом виде очень малые количества белка из клеточного экстракта, содержащего сотни других белков.

Изоэлектрофокусирование

Метод основан на различной величине ИЭТ белков. Белки разделяют методом электрофореза на пластине с амфолином (это вещество, у которого заранее сформирован градиент pH в диапазоне от 3 до 10). При электрофорезе белки разделяются в соответствии со значением их ИЭТ (в ИЭТ заряд белка будет равен нулю, и он не будет передвигаться в электрическом поле).

Двухмерный электрофорез

Представляет собой сочетание изоэлектрофокусирования и электрофореза с ДДС-Na. Проводят сначала электрофорез в горизонтальном направлении на пластине с амфолином. Белки разделяются в зависимости от заряда (ИЭТ). Затем обрабатывают пластину раствором ДДС-Na и проводят электрофорез в вертикальном направлении. Белки разделяются в зависимости от молекулярной массы.

Иммуноэлектрофорез (Вестерн-блот)

Аналитический метод, используемый для определения специфичных белков в образце (рис 2.4).

Выделение белков из биологического материала.

Разделение белков по молекулярной массе методом электрофореза в ПААГ с ДДС-Na.

Перенос белков с геля на полимерную пластину с целью облегчения дальнейших работ.

Обработка пластины раствором неспецифического белка для заполнения оставшихся пор.

Таким образом, после этого этапа получена пластинка, в порах которой содержатся разделенные белки, а пространство между ними заполнено неспецифическим белком. Теперь надо выявить, есть ли среди белков искомый, ответственный за какое-то заболевание. Для выявления используют обработку антителами. Под первичными антителами понимают антитела к искомому белку. Под вторичными антителами понимают антитела к первичным антителам. В состав вторичных антител вводят дополнительно специальную метку (т.н. молекулярный зонд), чтобы потом можно было визуализировать результаты. В качестве метки используются радиоактивный фосфат или фермент, прочно связанные с вторичным антителом. Связывание сначала с первичными, а затем с вторичными антителами преследует две цели: стандартизация метода и улучшение результатов.

Обработка раствором первичных антител  связывание происходит в том месте пластины, где есть антиген (искомый белок).

Удаление несвязавшихся антител (промывка).

Обработка раствором меченых вторичных антител для последующей проявки.

Удаление несвязавшихся вторичных антител (промывка).

Рис. 2.4 . Иммуноэлектрофорез (Вестерн-блот)

В случае присутствия искомого белка в биологическом материале – на пластинке появляется полоса, свидетельствующая о связывании этого белка с соответствующими антителами.

Получение дрожжевого белка

С технологической точки зрения наилучшими продуцентами кормового и пищевого белка являются дроожжи. Их преимущество заключается прежде всего в «технологичности»: дрожжи легко выращивать в условиях производства. Клетки дрожжей крупнее, чем бактерий, и легче отделяются от жидкости при центрифугировании. Они характеризуются высокой скоростью роста, устойчивостью к посторонней микрофлоре, способны усваивать любые источники питания, легко отделяются, не загрязняют воздух спорами. Клетки дрожжей содержат до 25 % сухих веществ. Наиболее ценный компонент дрожжевой биомассы – белок, который по составу аминокислот превосходит белок зерна злаковых культур и лишь немного уступает белкам молока и рыбной муки. Биологическая ценность дрожжевого белка определяется наличием значительного количества незаменимых аминокислот. По содержанию витаминов дрожжи превосходят все белковые корма, в том числе и рыбную муку. Кроме того, дрожжевые клетки содержат микроэлементы и значительное количество жира, в котором преобладают ненасыщенные жирные кислоты. При скармливании кормовых дрожжей коровам повышаются удои и содержание жира в молоке, а у пушных зверей улучшается качество меха.

Культивирование дрожжевой биомассы на углеводном сырье. Исторически одним из первых субстратов, используемых для получения кормовой биомассы, были гидролизаты растительных отходов, предгидрализаты и сульфитный щелок – отходы целлюлозно-бумажной промышленности.

В связи с тем, что гидролизаты представляют собой сложный субстрат, состоящий из смеси гексоз и пентоз, среди промышленных штаммов-продуцентов получили распространение виды дрожжей C. utilis, C. scottii и C. tropicalis , способные наряду с гексозами усваивать пентозы, а также переносить наличие фурфурола в среде.В гидролизатах и сульфитных щелоках имеются в небольшом количестве практически все необходимые для роста дрожжей микроэлементы. Недостающие количества азота, фосфора и калия вводятся в виде общего раствора солей аммофоса, хлорида калия и сульфата аммония.Процесс культивирования дрожжей осуществляется в непрерывном режиме при рН 4,2 – 4,6. Оптимальная температура от 30 до 40 о С.Кормовые дрожжи, полученные при культивировании на гидролизатах растительного сырья и сульфитных щелоках, имеют следующий состав (%): белок 43 – 58; липиды 2,3 – 3,0; углеводы 11 – 23; зола – до 11.Культивирование дрожжевой биомассы на низших спиртах. Культивирование на метаноле. Основное преимущество этого субстрата – высокая чистота и отсутствие канцерогенных примесей, хорошая растворимость в воде, высокая летучесть позволяющая легко удалять его остатки из готового продукта. Биомасса, полученная на метаноле, не содержит нежелательных примесей, что дает возможность исключить из технологической схемы стадии очистки. Однако, необходимо учитывать при проведении процесса и такие особенности метанола, как горючесть и возможность образования взрывоопасных смесей с воздухом.В качестве продуцентов, использующих метанол в конструктивном обмене, были изучены как дрожжевые, так и бактериальные штаммы. У дрожжей были рекомендованы в производство Candid boidinii, Hansenula polymorpha и Piehia pastoris , оптимальные условия для которых (Т 34 – 37 о C, рН 4,2 – 4,6) позволяют проводить процесс с экономическим коэффициентом усвоения субстрата до 0,40 при скорости протока в интервале 0,12 – 0,16 ч. На стадии выделения для всех видов продуцентов предусмотрено отделение грануляции с целью получения готового продукта в гранулах.Культивирование на этаноле. Кроме метанола, в качестве высококачественного сырья используют этанол, который имеет малую токсичность, хорошую растворимость в воде, небольшое количество примесей.В качестве микроорганизмов – продуцентов белка на этиловом спирте как единственном источнике углерода могут использоваться дрожжи Candida utilis, Sacharomyces lambica, Hansenula anomala .Кормовые дрожжи, полученные на спиртах, имеют следующий процентный состав: сырой протеин 56 – 62; липиды 5 – 6; зола 7 – 11.

Культивирование дрожжевой биомассы на углеводородном сырье. Дрожжевые клетки в качестве источника углерода для роста способны использовать неразветвленные углеводороды с числом от 10 до 30 углеродных атомов в молекуле. В основном они представлены жидкими фракциями углеводородов нефти с температурой кипения 200 – 320 °С (нормальные парафины и дистилляты нефти, природный газ, спирты, растительные гидролизаты и отходы промышленных предприятий).

При выращивании дрожжей на парафинах нефти в приготовленную из них питательную среду добавляют макро- и микроэлементы, необходимые витамины и аминокислоты. Выход биомассы может достигать при их использовании до 100 % от массы субстрата. Качество продукта зависит от степени чистоты парафинов. Дрожжи, выращенные на недостаточно очищенных парафинах, содержат неметаболизированные компоненты. При использовании парафинов достаточной степени очистки, полученная дрожжевая масса может успешно применяться в качестве дополнительного источника белка в рационах животных.

Высушенная дрожжевая масса гранулируется и используется как белково-витаминный концентрат (БВК), содержащий до 50 – 60 % белковых веществ, для кормления сельскохозяйственных животных.

Оптимальная норма добавления дрожжевой массы в корм сельскохозяйственных животных обычно составляет не более 5 -10 % от сухого вещества.

Наряду с технологией использования дрожжевых белков в качестве кормовой добавки в рационы сельскохозяйственных животных разработаны технологии получения из них пищевых белков. В некоторых странах пивные и пищевые дрожжи (Saccharomyces cerevisiae, Candida arborea, C. utilis) широко используют в качестве белковых добавок к различным пищевым продуктам. Так, разработана рецептура приготовления сосисок из мяса индейки с добавлением 25 % белка. В результате ферментации дрожжевыми клетками глюкозы, получаемой из кукурузного крахмала, синтезирован белковый продукт мукопротеин, используемый при производстве колбас в качестве замены основного сырья (Великобритания).

Получение автолизата дрожжей. Ценные компоненты биомассы дрожжей – аминокислоты белков, витамины, и др. – могут бытьиспользованы для приготовления натуральных и полусинтетических сред, применяемых как в лабораториях, так и для нужд промышленного микробиологического синтеза. Однако большинство ценных компонентов клетки находится в виде различных белковых комплексов, поэтому добавление к среде нативных дрожжей не дает эффекта.

Гидролиз белков можно провести ферментативно или используя кислоты и щелочи. При щелочном гидролизе белков возможно разрушение некоторых аминокислот или их изомеризация в. D-формы, которые в биологических системах используются не полностью. Надо отметить, что в щелочной среде инактивируются некоторые витамины. При кислотном гидролизе белков разрушаются незаменимая аминокислота – триптофан и некоторые витамины группы В. Гидролиз белков можно осуществить, используя препараты протеолитических ферментов. Кроме того, в самих клетках дрожжей есть активные протеолитические ферменты, которые при определенных условиях в среде могут разрушать клеточные белки (автолиз).

Для приготовления дрожжевого автолизата сначала получают дрожжевую пасту влажностью 65 – 76 %. В реакторе из дрожжевой пасты и воды (50 °С) в соотношении 1:1 готовят суспензию, которую выдерживают 1 – 2 сут при температуре 45 °С. В это время идет автолиз клеток. Активировать процесс автолиза можно добавлением фосфатов или добавляя к суспензии дрожжей в воде 2,5 % хлорида натрия (на сухую массу дрожжей).

Полученную жидкую массу подкисляют, добавляя на каждые 100 л автолизата 0,25 л концентрированной серной кислоты, которую предварительно разбавляют в 4 раза. После этого автолизат кипятят 15 – 20 мин. После охлаждения он готов к употреблению.

После автолиза 10 – 12 % (по сухой массе) суспензии дрожжей в течение 24 ч при 45 °С в жидкой фракции автолизата содержится до 5 % сухих веществ. Из общего количества азота фильтрата 50% приходится на аминный азот аминокислот тирозина, триптофана, метионина, цистеина, аргинина, гистидина и др. Кроме того, в фильтрат переходят витамины группы В.

Выпаривая в вакууме и затем лиофилизируя или высушивая в распылительной сушилке жидкий дрожжевой автолизат, можно получить сухой препарат, который удобно хранить. Особо обработанный автолизат можно использовать в медицине при парентеральном питании как источник аминокислот и витаминов.