§71. Способы
выделения сывороточных белков
Все сывороточные белки в соответствии со своей
молекулярной структурой чувствительны к нагреванию,
хотя и в различной степени. При нагревании начиная
от 60°С и выше β-лактоглобулин распадается на
мономеры, которые уже при температуре 75°С
агрегируют за счет образования дисульфидных связей в
виде высокомолекулярных белковых комплексов. α-Лактоальбумин
в силу своей большой гидратированности более
термостабилен, чем β-лактоглобулин. Повышенная
устойчивость α -лактоальбумина к нагреванию
обусловлена наличием в его молекуле большого
количества дисульфидных связей.Альбумин сыворотки
крови и иммуноглобулины денатурируют необратимо
подобно β -лактоглобулину. Они выпадают в осадок уже
при температуре 70°С. Протеозопептонная фракция -
это наиболее термостабильная часть сывороточных
белков. Протеозопептоны не осаждаются при рН 4,6
после нагервания до 95°С в течение 20 мин.
Для
выделения белков из подсырной сыворотки наиболее
широкое распространение получили тепловой, кислотный
и кислотно-щелочной способы коагуляции сывороточных
белков.
При нагревании подсырной сыворотки сывороточные
белки начинают денатурировать при температуре 65°С,
видимая коагуляция отмечается при 75-80°С, а оптимум
соответствует 90-95°С. Однако после тепловой
денатурации из подсырной сыворотки выделяется от 20
до 30% сывороточных белков.
Усиление тепловой денатурации белков
происходит путем введения реагентов, сдвигающих
реакцию среды сыворотки в кислую сторону.
Подкисление подсырной сыворотки соляной кислотой до
рН 4,5 позволяет выделить на 10% больше белка, чем
при тепловой коагуляции. Кислотность рН 4,5
соответствует изоэлектрической точке
α-лактоальбумина. Неполное выделение белковых
фракций при кислотной коагуляции объясняется их
неоднородностью и различием свойств.
Дальнейшего выделения сывороточных белков
можно достичь путем раскисления подсырной сыворотки
от рН 4,5 до рН 6,5. Подкисление и последующее
раскисление доводят реакцию среды до
изоэлектрической точки всех присутствующих в
сыворотке белков. При этом выделяется 50-55%
азотистых соединений. В сыворотке остаются
практически растворимые небелковые азотистые
соединения, такие, как мочевина, пептиды,
аминокислоты, креатин и креатинин, аммиак, оротовая,
мочевая и гиппуровая кислоты, которые не выделяются
тепловой денатурацией и кислотно-щелочной
коагуляцией.
Общее количество азотистых белковых
соединений в сыворотке после осветления еще
достаточно высокое. Оптимальный режим выделения
сывороточных белков из подсырной сыворотки следующий:
нагревание до температуры 90-95 °С, подкислсние до
рН 4,5 ±0,1 и кислотности 30-35°Т, выдержка при
данной температуре не менее 5 мин; раскисление до рН
6,0-6,5 и кислотности 10 - 15 °Т, выдержка не менее
15 мин.
При рН сыворотки 7,0 и выше и температуре 90-95
°С происходит заметное побурение сыворотки из-за
образования меланоидиновых соединений, появление
которых ускоряется при повышении температуры и
щелочной реакции среды, поэтому раскислять сыворотку
до рН выше 7,0 нецелесообразно.
Выделение белков из сыворотки протекает в две
стадии: денатурация глобул (скрытый период
коагуляции) и образование агломератов (собственно
коагуляция). На количество выделившихся сывороточных
белков, кроме температуры и рН среды, влияет время
воздействия.
Денатурированные глобулы белка, обладая
минимальной устойчивостью, склонны к агрегации. В
течение нескольких минут от начала коагуляиии
они образуют хлопья неправильной формы
полидисперсного состава. Линейные размеры частиц
хлопьевидного осадка составляют 5-80 мкм, однако они
нестабильны и в результате ортокинетической
коагуляции укрупняются, образуя видимые хлопья,
которые способны к агломерации.
Плотность сыворотки при 20°С равна 1022-1026 кг/м3,
при температуре 90°С она значительно ниже - 1005 кг/м3.
Плотность выделившихся хлопьев белка составляет
1045-1060 кг/м3 и зависит от влажности
осадка. Образовавшиеся хлопья сывороточных белков
выделяют либо способом отстоя, либо
центрифугированием. Способ отстоя прост и довольно
широко используется в промышленности, но имеет ряд
недостатков. Средняя скорость отстоя хлопьев белка
составляет 0,0004 м/с. Необходимое время отстоя
можно определить по формуле
τ=H/γ0
- где τ - продолжительность отстоя, с;
H
-
высота отстойника, м; γ0 -
скорость отстоя, м/с.
Способ отстоя не позволяет полностью очистить
сыворотку от выделившегося белка (выделяется только
85% скоагулированного белка), кроме того, 10-15 %
сыворотки теряется с осадком, что снижает выход
готового продукта.
Кроме кислотно-щелочнши способа, эффективной
является коагуляция хлоридом кальция, при
которой степень выделения белков из подсырной
сыворотки составляет свыше 50 %. Однако хлорид
кальция можно применять только для свежей подсырной
сыворотки.
При кислотно-щелочном способе выделения
сыворотки вводятся реагенты, при этом сыворотка и
белки обогащаются ими. Кроме того, реагенты вызывают
частичный гидролиз белковых веществ.
Одним из направлений безреагентной
коагуляции сывороточных белков является их выделение
на стадии сгущения. При сгущении сыворотки до 28%
сухих веществ степень коагуляции белка составляет
61,5 %,что почти на 10 % выше, чем при
кислотно-щелочном способе. Кроме того, с белком
удаляется до 20 % минеральных веществ.
Сывороточные белки, полученные в результате
тепловой коагуляции, теряют по сравнению с нативными
белками значительную часть своих ценных
функциональных свойств, таких, как хорошая
растворимость, влагоемкость, способность к
образованию и стабилизации эмульсий, к связыванию и
стабилизации жира, способность к пенообразованию и
гелеобразованию.
|
Нативные сывороточные белки обладают
следующими функциональными свойствами; они
хорошо растворимы, гидрофильны, способны
образовывать пену, эмульсии и гели.
Для выделения нативных сывороточных
белков из подсырной сыворотки используют
один из мембранных методов выделения -
ультрафильтрацию (рис. 48). Принцип
ультрафильтрации основан на фильтрации
растворов через полупроницаемые мембраны с
размером пор от 10 до
100 нм, способных задерживать компоненты
раствора с молекулярной массой от 1000 до
1000 000. В настоящее время используют
адетатцеллюлозные мембраны тина УАМ-450 и
полисульфонамидные УПМ-450П, характеристика
которых дана в табл. 50 |
Рис. 48. Принципы разделения молекул при
ультрафильтрации |
Таблица 50
Показатель |
Полупроницаемые мембраны |
ацетатцеллюлозные типа
УАМ450 |
полисульфонамидные типа
УПМ450П |
Допускаемый рН среды |
3-8 |
1-13 |
Температура среды, °С |
0-55 |
0-90 |
Давление, МПа |
До 0,7 |
До 0,7 |
Средняя проницаемость при обработке
молочного сырья (Р=0,3
МПа,
t=50°С),
л/(м2∙ч) |
35-40 |
40-45 |
Селективность, % |
по белку |
90-92 |
92-95 |
по лактозе |
8-10 |
6-8 |
Ацетатцеллюлозные мембраны имеют низкую
механическую прочность и недостаточную
термохимическую стойкость. При ультрафильтрации
молочной сыворотки белковые компоненты задерживаются
мембраной и концентрируются, а низкомолекулярные
компоненты (лактоза, минеральные вещества,
небелковые азотистые соединения) проходят через
мембраны.
|
Принципиальная схема процесса
ультрафильтрации молочной сыворотки
представлена на рис. 49. При
ультрафильтрации подсырной сыворотки
сывороточные белки выделяются в виде
белкового концентрата с содержанием сухих
веществ 22-25 %, а фильтрат содержит 5,1
±0,1 % сухих веществ, причем азотистых
соединений в нем не более 0,1 %, в то время
как при кислотно-щелочном способе выделения
белков в сыворотке остается около
0,3 % азотистых веществ.
Выделенные из подсырной сыворотки
сывороточные белки используют в производстве
пастообразных и сухих белковых молочных
продуктов, которые применяют как для
непосредственного потребления,
|
Рис. 49. Принципиальная схема
процесса ультрафильтрации
сывороткитак и в качестве полуфабрикатов при
производстве других пищевыхпродуктов. |
|