2.6 Белки пищевого сырья

Белки злаков

Анализируя аминокислотный состав суммарных белков различных злаковых культур с точки зрения состава эталонного белка для питания людей (ФАО, 1973) следует отметить, что все они, за исключением овса, бедны лизином (2,2-3,8%), а за исключением риса и сорго - изолейцином. Для белков пшеницы, сорго, ячменя и ржи характерно относительно небольшое количество метионина (1,6-1,7 мг/100 г белка). Белки пшеницы к тому же содержат недостаточное количество треонина (2,6%), а белки кукурузы - триптофана (0,6%). Наиболее сбалансированными по аминокислотному составу являются овес, рожь и рис.

Аминокислотный состав суммарных белков злаковых культур определяется аминокислотным составом отдельных фракций, в основу классификации которых положен принцип растворимости (Т. Осборн, 1907). При последовательной обработке муки или размолотого зерна водой, 5-10%-м раствором хлорида натрия, 60-80%-м водным раствором спирта и 0,1-0,2%-м раствором гидроксида натрия экстрагируются белковые фракции, соответственно названные альбуминами, глобулинами, пролами-нами и глютелинами. В таблице 2.3 приводится процентное содержание белковых фракций в зерновых культурах. В состав белков входят и так

56

называемые склеропротеины (нерастворимые белки), содержащиеся в оболочках и периферических слоях зерна. Особенностью белков данной фракции является прочное соединение с лигнино-полисахаридным комплексом. Склеропротеины выполняют структурную функцию и малодоступны для пищеварения. Наряду с белками в зерне содержится небелковый азот (0,7-12,9% от общего азота), включающий свободные аминокислоты (50-60%), пептиды, нуклеотиды и др. Количество небелкового азота-изменяется в зависимости от степени зрелости, выравненнос-ти и прорастания зерна.

Таблица 2.3. Содержание белковых фракций в зерне злаковых

Для альбуминов отличительной особенностью является высокое содержание лизина (3,9-8,2%), треонина (2,4-7,7%), метионина (1,7- 3,3%), изолейцина (3,1-6,0%) и триптофана (6,7-16,9%). Наиболее высоким содержанием лизина отличаются альбумины овса, риса и проса (6,5-8,2%), более низким - альбумины пшеницы, ячменя и ржи (3,9-4,5%). Высокое количество треонина (4,7-7,7%) характерно для альбуминов ячменя, ржи, овса; низкое (2,4%) - для альбуминов пшеницы.

Глобулиновая фракция злаковых культур беднее, чем альбуминовая по содержанию лизина (2,8-6,0%), триптофана (0,5-1,3%) и метионина (1,1-2,7%). Обе фракции отличаются высоким содержанием глютами-новой и аспарагиновой кислот, но низким - пролина.

Характерной особенностью проламинов является высокое содержание остатков глутаминовой кислоты (13,7-43,3%), пролина (6,3-19,3%) и малое количество ионогенных групп, так как дикарбоновые кислоты почти полностью амидированы. Проламины отличаются низким содержанием лизина. Очень мало его в зеине кукурузы (0,2%), глиадине пшеницы и секалине ржи (0,6-0,7%). Высокий процент лизина (3,3%)

57

наблюдается в авенине овса. Небольшое количество лизина в проламинах и относительно большое содержание данной фракции в суммарном белке отражается на общей несбалансированности зерна большинства злаковых культур. Проламины бедны к тому же треонином, триптофаном, аргинином и гистидином. Зеин кукурузы, оризин риса и кафирин сорго отличаются высоким уровнем лейцина (16,9-18,6%). По содержанию цис-тина и метионина среди отдельных злаков также наблюдаются различия. Так, глиадин пшеницы в среднем содержит 1,2% метионина и-1,9% цис-тина, а авенин овса - 3,7 и 4,2%, соответственно.

Глютелины по аминокислотному составу занимают промежуточное положение между проламинами и глобулинами. Содержание лизина, аргинина, гистидина в них больше, чем в проламинах. Так, содержание лизина в глютенине пшеницы составляет 2,6%, ржи - 2,3%, ячменя - 4,0%, а овса - 5,0%. По содержанию лизина и цистина между сортами зерна наблюдаются некоторые различия. Например, глютенин пшеницы слабого сорта Акмолинка 1 содержит меньше цистина (5,18%), чем глютенин сильного сорта Саратовская 29 (7,34%). Глютелины ячменя, риса и овса отличаются от глютенина пшеницы более высоким уровнем лизина. Если учесть, что у риса 80% всего белка приходится на глютелины (оризенин), то понятно, почему обеспечивается удовлетворительное содержание лизина (2,6-4,0%) в общем белке рисового зерна. Преобладающими фракциями овса являются глобулины и глютелины, содержащие 5,0-5,5% лизина, что также обеспечивает хорошую сбалансированность данной культуры по лизину.

Белки неравномерно распределяются между морфологическими частями зерна. Основное их количество (65-75%) приходится на эндосперм, меньшее - на алейроновый слой (до 15,5%) и зародыш (до 22%). В алейроновом слое и зародыше концентрация белка высокая^ В зародыше пшеницы содержится 33,3% белка, кукурузы - 26,5%, овса - 19,4%. Алейроновый слой пшеницы и кукурузы содержит более 19% белка. В эндосперме белки распределены также неравномерно, концентрация их снижается по мере продвижения от субалейронового слоя к центру. Субалейроновым слоем называется периферическая зона зерновки, находящаяся под алейроновым слоем. Содержание белка в данной части зерна достигает у кукурузы 27,7%, у сорго 29-30%, у ячменя 21-24%, у риса 29%. Центральная часть эндосперма содержит мало белка (7-9%). В общем же распределение белка по частям зерновки зависит от вида культуры, ее сорта и почвенно-климатических условий выращивания.

Белки зародыша и алейронового слоя представлены в основном альбуминами и глобулинами, выполняющими каталитическую функцию при прорастании зерна (ферменты), а белки эндосперма - альбуминами, глобулинами, проламинами и глютелинами. Большую часть белков

58

эндосперма злаковых культур (до 80%) составляют запасные белки: спирторастворимые проламины и щелочерастворимые глютелины. Альбумины и глобулины входят в состав мембран органелл зерна, образуют рибосомы, митохондрии, эндоплазматический ретикулум, являются составной частью сложных белков - нуклеопротеидов, липопротеи-дов, фосфопротеидов.

Запасные белки эндосперма злаков сосредоточены в белковых телах, имеющих более простое строение, чем алейроновые зерна (белковые тела алейронового слоя). Алейроновое зерно состоит из кристаллоида (гли-копротеида), глобоида (калиевой, магниевой соли фитиновой кислоты) и основного белкового вещества - аморфной зоны.

У кукурузы и сорго белковые тела эндосперма состоят из матрицы и вдавленных в нее округлых белковых гранул. Матричные белки являются глютелинами, а белки гранул - проламинами. Матричный белок характеризуется однородной структурой, тогда как белковые гранулы имеют пластинчатую структуру с входящими в нее липопротеинами. В эндосперме зрелого зерна пшеницы откладываются белковые образования в виде непрерывной белковой матрицы клиновидной формы и в виде выпуклых серповидных зон под мембраной, окружающей крахмальные зерна. С этими представлениями соотносится классификация Гесса (Hess, 1954), по которой белки муки разделяются на промежуточные (цвикель) и прикрепленные (хафт). Промежуточные белки располагаются между крахмальными зернами и соответствуют белковой матрице, а прикрепленные представляют собой остатки мембран крахмальных зерен. У ржи и пшеницы прикрепленные белки характеризуются лучшим аминокислотным составом. При размоле твердых и стекловидных мягких пшениц раскол компонентов происходит через крахмальное зерно и запасной белок, в результате чего крахмальные зерна разрушаются. При размоле зерна с мучнистым эндоспермом трещины образуются не в крахмальных зернах, а вокруг них, так как между белком и крахмалом существует относительно слабое взаимодействие.

Белковые фракции зерновых культур представляют собой гетерогенную смесь отдельных компонентов, сходных по ряду физико-химических свойств. В то же время компоненты отличаются по электрофорети-ческой подвижности, молекулярной массе, аминокислотному составу и способности взаимодействовать друг с другом при помощи различных типов связей. В альбуминах мягкой пшеницы электрофорезом в ПААГ и крахмальном геле обнаружено 14-21 субъединиц, преобладающими среди которых по количеству являются субъединицы с молекулярной массой около 11 и 20 кД. Эти компоненты различаются по содержанию лизина, аланина, триптофана и гистидина, они отсутствуют в твердой пшенице.

59

В эндосперме мягкой пшеницы обнаружены доминирующие ос-глобулины с молекулярной массой 24 кД, в зародыше - γ-глобулины с молекулярной массой 210 кД. К глобулинам относят и специфические белки, выделенные в кристаллической форме из бензинового экстракта муки (пуротионин пшеницы, гордотионин ячменя). В зерне они содержатся в виде липопротеинового комплекса, имеют молекулярную массу около 7 кД. Положительного влияния этих белков на хлебопекарные свойства муки не установлено.

С помощью ионообменной хроматографии, гельхроматографии, электрофореза и других методов глиадиновая фракция пшеницы разделена на большое число индивидуальных компонентов. Электрофоретические компоненты глиадина условно объединяют в порядке уменьшения электрофорети-ческой подвижности в кислой среде в четыре группы: α-, β-, γ- и ωглиадины, каждая из которых состоит из нескольких компонентов. Общее число белковых компонентов в пшенице может достигать 40-50. При строго определенных условиях электрофореза в ПААГ или крахмальном геле электрофоретический спектр рассматривается как генотипический признак вида и сорта пшеницы (рис. 2.13). Эталонный спектр содержит 30 позиций, которые распределяются по фракциям следующим образом:

Рис. 2.13. Эталонный электрофоретический спектр глиадина пшеницы [В. Конарев, 1983]

В соответствии с этим эталоном глиадин сорта Лютесценс 230, например, записывается так:

α 567 β 2345 γу2345 ω34689

Большинство глиадиновых белков построено из одной полипептидной цепи с молекулярной массой 30-45 кД и внутримолекулярными ди-сульфидными связями (рис. 2.14). В меньшем количестве в состав глиадина

60

Рис. 2.14. Дисульфидные связи в глиадине и глютенине

входят белки с молекулярной массой 22; 25,6; 48,8; 57,3 кД и 64-80 кД, а также димеры, построенные из одноцепочных молекул главного типа (36,5 и 44,2 кД). От других компонентов в большей степени отличаются ω-глиадины, имеющие слабый заряд, высокое содержание глутамина, глу-таминовой кислоты, пролина, гидрофобных остатков аминокислот и не содержащие цистина и метионина и, соответственно, внутримолекулярных дисульфидных связей. В питательном отношении со-глиадины являются ценными как источники -NH₂ групп и пролина, необходимых для биосинтеза аминокислот и азотистых оснований. Дополнительно в состав глиадина входят низкомолекулярные белки (5-10%) типа альбуминов, глобулинов (11-12 кД) и высокомолекулярная фракция ("низкомолекулярный глютенин") с молекулярной массой 104-125 кД (6%).

Проламины других злаков также образуют индивидуальные электро-форетические спектры, поэтому, как и у пшеницы, они используются в роли белковых маркеров для определения видовой и сортовой принадлежности при выведении новых сортов, основываясь на зависимости ценных хозяйственных признаков зерна (урожайность, засухоустойчивость, неспособность к полеганию и др.) от присутствия конкретных компонентов.

Глютенин пшеницы является более гетерогенной белковой фракцией по сравнению с глиадином. Он состоит из многих компонентов с молекулярной массой от 50 до 3000 кД и без разрыва дисульфидных связей не способен мигрировать в гель при электрофорезе. Восстановленный глютенин разделяется при электрофоретическом анализе не менее чем на 15 компонентов, состоящих из одной полипептидной цепи с молекулярными массами от 11,6 до 133 кД. Некоторые из них идентичны молекулам глиадина (36-44,6 кД), другие - молекулам альбуминов и глобулинов (11,6 кД), а третьи представляют собой специфические высокомолекулярные субъединицы (102, 124, 133 кД). Эти данные позволяют

61

утверждать, что глютенин - это белок, построенный из многих полипептидных цепей, соединенных между собой дисульфидными связями. Расчеты показывают, что на каждую полипептидную цепь глютенина приходится 2-3 дисульфидные связи с соседними цепями (Эварт, 1968).

Изучению запасных белков, особенно глютенина, отводится важная роль, однако структура их остается до конца не выясненной. Главной трудностью при выяснении особенностей строения является способность белков к агрегации, которую трудно преодолеть известными в настоящее время методами. До сих пор изучаются значения молекулярных масс компонентов и целого белка этой фракции. Так, по последним данным отечественных ученых, глютенин состоит из белковых частиц, включающих несколько субъединиц с молекулярной массой всего 100-300 кД, тогда как на долю частиц сверхвысокой молекулярной массы и одноцепочных молекул приходится не более 20%.

Предложены несколько гипотез строения глютенина и клейковины, однако ни одна из них не дает полного ответа на вопросы взаимосвязи его особенностей с природой вязко-эластичных свойств пшеничного теста. До конца не выяснен вопрос, чем отличаются глютелины зерновых культур, способных и не способных к формированию клейковинного комплекса. По представлениям Эверта, это различие обусловлено неодинаковым способом соединения отдельных полипептидных цепей через дисульфидные мостики при образовании полимерных молекул глю-телинов. Каждая полипептидная цепь, соединяясь с другими, может увеличиваться в длину, образуя структуру линейного типа. Если же полипептидные цепи соединяются большим количеством поперечных ди-сульфидных мостиков, то возникает разветвленная трехмерная структура, обладающая относительно высокой компактностью. Глютелины зерновых культур, образующих клейковину, обладают линейной структурой в отличие от глютелинов культур, не способных формировать ее (овес, кукуруза).

Реологические свойства клейковины и теста получают более полное обоснование, если принять линейную структуру глютенина, тогда и вязкость теста из пшеницы, ржи и ячменя можно объяснить сильным раскручиванием достаточно гибких цепей и постоянным перемещением их относительно друг друга. Свойство эластичности возникает вследствие тенденции растянутых, незакрученных полипептидных цепей возвратиться к их прежней конформации. Причиной же отсутствия вязко-эластичных свойств овсяного и кукурузного теста является ветвящийся способ соединения полипептидных цепей, характеризующийся трехмерной разветвленной структурой.

Во всем мире интенсивно проводятся исследования, посвященные зависимости хлебопекарных качеств пшеницы от полипептидного состава

62

глютениновой фракции в связи с различиями сортов и классов на генетическом уровне. Установлено, что наиболее выраженное влияние на реологические свойства клейковины и качество хлеба оказывает присутствие высокомолекулярных субъединиц глютенина (100 кД) или соотношение высоко- и низкомолекулярных субъединиц. Всего обнаружено около 25 субъединиц с высокой молекулярной массой, 3-5 из них присутствует в каждом сорте. Каждой субъединице присвоен номер в зависимости от подвижности в ПААГ с ДДС-Na, и выясняется конкретная роль ее в обеспечении качества зерна. Например, 98% американских сортов пшеницы, характеризующиеся высокой "силой" и хорошей эластичностью теста, содержат субъединицы 5+10, синтез которых кодируется хромосомой 1Д, тогда как у английских пшениц с низким качеством они встречаются только у 19% образцов. Такая же картина наблюдается и в отношении высокомолекулярных субъединиц 7+8 и 7+9, кодируемых хромосомой В1.

Реологические свойства клейковины и качество пшеничного хлеба зависят не только от присутствия высокомолекулярных субъединиц (60%), но и от наличия хромосомы 1BL/1RS (7%), полиморфизма низкомолекулярного глютенина, глиадина (а-, Р-, у-, со-), количества белка и активности а-амилазы (31%). Глютенин придает клейковине упругие свойства, а глиадин обуславливает растяжимость и связность, то есть ни глютенин, ни глиадин в отдельности не обладают характерными реологическими свойствами клейковины, только взаимодействие этих фракций в едином комплексе создает клейковинный белок со всеми присущими ему особенностями. Предполагают, что "полипептидные цепи глиадина в разных местах и разными связями соединяются с полимеризо-ванными молекулами глютениновой фракции, объединяя их в сложную трехмерную сетку переплетающихся полипептидных цепей" (А. Вакар, 1975). В структуре такой сетки значительную роль помимо ковалентных дисульфидных связей играют нековалентные взаимодействия: водородные, электростатические (ионные) связи и гидрофобное взаимодействие. Всем им отводится важная роль при объяснении различий в реологических свойствах крепкой и слабой клейковины (растяжимости, связности, упругости, эластичности).

Аминокислотный состав клейковинного белка и соотношение глиа-диновой и глютениновой фракций не являются показателями его качества, тогда как растворимость, содержание водородных, дисульфидных связей и вискозиметрические характеристики соотносятся с различиями реологических характеристик клейковины. Крепкая клейковина отличается от слабой меньшей растворимостью в разных растворителях, большим количеством водородных и дисульфидных связей, меньшими значениями характеристической вязкости (η), удельного

63

гидродинамического объема и осевого отношения частиц (в/а). Частицы крепкой клейковины имеют уплотненную структуру, слабой - разрыхленную.

Более высокая скорость агрегации белков клейковины хорошего качества при действии на них солей свидетельствует о большей роли гидрофобных взаимодействий в структуре крепкой клейковины по сравнению со слабой. Установлен больший вклад этих видов взаимодействий в агрегацию глютенина и его фракций. Для упругой, эластичной клейковины на долю белков глютенина, перешедшего в раствор за счет разрыва гидрофобных связей, приходится 25,4%, ионных- 17,3%, водородных - 56,3%, в то время как для неупругой и растяжимой клейковины распределение белка по растворимости составляет, соответственно, 7,1; 12,8 и 80,1 %. Излишняя "гидрофобизация" поверхности белковых молекул (действие жирных кислот, тепловая денатурация и т.д.) приводит к ухудшению реологических свойств клейковины (связности), снижению гидратации и растворимости. Таким образом, разная степень упругости, растяжимости и связности определяется различным соотношением сил ковалентного и нековалент-ного характера (гидрофобные, ионные, водородные связи) как внутри фракций клейковины, так и на уровне взаимодействия их друг с другом.

Признавая за глиадином и глютенином главенствующую роль в обеспечении качества клейковины, необходимо учитывать роль небелковых соединений в формировании ее структуры. Высокая реакционная способность химических группировок молекул белка делает возможным взаимодействие их с липидами и углеводами и образование, соответственно, липопротеиновых и гликопротеиновых комплексов, оказывающих влияние на структуру и свойства клейковины. Общепризнана гипотеза, по которой фосфолипиды являются составной частью липопротеина, выполняющего роль слоистой структуры между белковыми пластинками и обеспечивающего деформацию скольжения (Гросскрейтц, 1960). В целом же особенности взаимодействия белков и других веществ зерна остаются до конца не изученными.

С клейковинным комплексом пшеницы находятся во взаимодействии протеазы, их белковые ингибиторы, амилазы и липоксигеназа (табл. 2.4). Протеазы извлекаются щелочным раствором соды, р-амилаза - водным

Таблица 2.4. Ферментативная активность белков клейковины [М. Попов, 1998]

64

раствором спирта, а липоксигеназа и β-амилаза - раствором глютатио-на. В покоящемся зерне ферменты не проявляют своей активности, тогда как при прорастании они участвуют в распаде и превращениях запасных питательных веществ. Не менее важная роль отводится ферментам и при тестоведении. Протеазы, частично дезактивируя белки, ослабляют клейковину, липоксигеназа, при участии которой продукты окисления жирных кислот окисляют -SH группы белка, укрепляет ее. Высвобождение липоксигеназы из клейковины происходит в присутствии восстановленного глютатиона, с другой стороны, это же соединение, принимая участие в тиоловом обмене с клейковиной, уменьшает количество S-S связей и ослабляет ее. Таким образом, ферментные системы в комплексе с клейковинными белками выступают в роли регулятора качества хлеба из пшеницы.

Среди злаковых культур особого внимания заслуживает белковый комплекс первой искусственно созданной зерновой культуры, полученной

Таблица 2.5. Аминокислотный состав белков муки (в г на 100 г белка)

65

при скрещивании пшеницы (Triticum) и ржи (Secale) - тритикале. С точки зрения питательности тритикале - ценная культура, так как ее отличает относительно высокий уровень белка (11,7-22,5%) и улучшенный аминокислотный состав по сравнению с пшеницей. Аминокислоты в тритикале содержатся, как правило, в количествах, промежуточных между родительскими формами (табл. 2.5). Более высокое содержание лизина, метионина и других аминокислот существенно для пищевой ценности. В данной культуре геномы ржи и пшеницы не взаимодействуют между собой с образованием "новых" белков, поэтому их электрофореграммы являются идентичными электрофореграммам смеси белков родительских форм.

По сравнению с пшеницей тритикале содержит больше водорастворимых и солерастворимых белков, но меньше - спирторастворимых и значительно меньше - белков нерастворимого остатка, поэтому в хлебопечении она может использоваться только в смеси с пшеничной мукой или с улучшителями.

66

56 :: 57 :: 58 :: 59 :: 60 :: 61 :: 62 :: 63 :: 64 :: 65 :: 66 :: Содержание

66 :: 67 :: 68 :: 69 :: 70 :: 71 :: 72 :: Содержание

Белки бобовых культур

Основную часть семядолей бобовых культур (сои, гороха, фасоли, вики) составляют запасные белки, являющиеся в соответствии с классификацией Осборна глобулинами. Кроме того, в семенах содержится небольшое количество альбуминов, которые не являются запасными белками. В качестве самостоятельной группы в семядолях не обнаружены глютелины. Извлекаемые щелочью белки также представляют собой глобулины, но они находятся во взаимодействии с полисахаридами. Общее содержание белка в бобовых культурах высокое и составляет 20-40% от общей массы.

Из суммарного солевого белкового экстракта осаждением сернокислым аммонием выделяют два основных глобулиновых компонента, получившие название вицилина и легумина. С учетом значений констант седиментации (см. Качественное и количественное определение белка) у сои, вики, гороха и других культур их называют 7S и 1 IS белками, соответственно. Оба эти вида белков обладают сложной четвертичной структурой, которая определяет их функции и свойства. Диссоциация 11S белков семян на субъединицы обнаружена еще в 30-е гг. Сведбергом и Пе-дерсеном, но более детально она изучена позднее. Установлено, что 1 IS белки семян бобовых диссоциируют сначала на 7S субъединицы, затем на субъединицы с коэффициентом седиментации 2-3S. Диссоциация 11S белков протекает ступенчато по схеме:

11S → 2 х 7S → 6 х 3S → 12 х 2S 66

66

Результаты, полученные методом седиментационного равновесия, свидетельствуют о том, что каждая из 2S субъединиц, образующихся под влиянием сильных диссоциирующих агентов, таких как мочевина, состоит из одной полипептидной цепи с молекулярной массой 30 кД (табл. 2.6), а общее количество полипептидных цепей в молекуле 11S белка равно 12.

Таблица 2.6. Молекулярные массы субъединиц 1 IS белков сои и вики

На основании данных хроматографического разделения белков на ДЭАЭ-целлюлозе, электрофореза в ПААГ, значений констант седиментации, результатов аминокислотного анализа и определения N-концевых аминокислот для белков большинства бобовых культур более детально конкретизирована вышеописанная схема диссоциации легумина. Для белков, например, вики она выглядит следующим образом:

А₆В₄С₂ →2 х А₃В₂С →4хАВ + 2хАС -" 6хА + 4хВ + 2хС

Каждая молекула 1 IS белков вики состоит из шести основных (А) и шести кислых 2S субъединиц двух видов - В и С. Некоторые свойства этих субъединиц приводятся ниже:

67

11 S белок сои отличается от легумина вики наличием трех, а не двух типов кислых субъединиц. Так же как и у легумина вики, N-концевой аминокислотой основной фракции является глицин, а ее молекулярная масса равна 22,3-24,4 кД. Кислые субъединицы имеют ту же молекулярную массу, что и субъединицы В легумина вики. 11S белок сои может

68

содержать несколько типов и основных субъединиц, однако точно известно, что молекула 1 IS белка сои также состоит из шести основных и шести кислых субъединиц.

Особенности модели четвертичной структуры 11S белков бобовых аналогичны особенностям этой же структуры 11S белков семнадцати других семейств, относящихся к филогенетически удаленным группам (капуста, тыквенные, гречиха, рапс). Так же как и легумин вики, эдес-тин конопли, например, диссоциирует на шесть 3S субъединиц, каждая из которых состоит из одной основной субъединицы с N-концевым глицином и молекулярной массой 23 кД и одной кислой субъединицы. Аминокислотный состав этих субъединиц сходен; он представлен в табл. 2.7. Данные позволяют считать, что 11S белки обладают сходной четвертичной структурой и что их соответствующие субъединицы гомологичны.

Таблица 2.7. Аминокислотный состав полипептидных цепей легумина вики и эдестина конопли (в г на 100 г белка)

69

Запасные 7S белки изучены значительно меньше, чем 11S белки. Известно, что эта фракция вики, гороха, сои и арахиса также диссоциирует на субъединицы. Так, у 7S белков вики и сои конечными продуктами диссоциации являются 2S субъединицы, промежуточными - 4S субъединицы. Для указанных видов субъединиц получены значения молекулярных масс, соответственно, 31-33 кД и 84 кД. Учитывая молекулярные массы 7S белка вики (186-193 кД) и сои (180-193 кД), приходят к выводу, что молекулы 7S белков состоят из шести 2S субъединиц, a 4S субъединицы являются "полумолекулами" 7S субъединиц. Таким образом, обнаруживается сходство четвертичных структур 7S и 11S белков глобулиновой фракции бобовых. 2S субъединицы 7S белков между собой не идентичны.

В последние годы накапливается все больше сведений о существенном значении четвертичной структуры в регулировании процесса гидролиза запасных белков при прорастании. Еще классическими работами Д. Прянишникова (1939) показано, что такие белки при прорастании семян распадаются на низкомолекулярные соединения. Позже было высказано предположение, что гидролиз запасных белков предшествует их диссоциации на субъединицы (В. Кретович, 1960). Предположение экспериментально подтверждено, и, более того, сейчас известно, что диссоциация белков сопровождается предварительным дезамидированием остатков аминокислот, накоплением мочевины и протеканием ряда других процессов, облегчающих эту диссоциацию.

Белковый комплекс суммарных глобулинов различных видов бобовых характеризуется отличиями в растворимости, хроматографическом, электрофоретическом и аминокислотном составах. Эти данные используются в селекционно-генетических работах для выведения новых сортов растений с заданным количеством незаменимых аминокислот.

Среди бобовых культур в качестве источника пищевого биологически ценного белка наибольшее значение имеют семена сои. С их использованием организовано производство соевой муки (обезжиренной, полужирной и необезжиренной), концентратов и изолятов. Данные об аминокислотном составе и количестве суммарного белка в продуктах из бобов сои приведены в табл. 2.8.

Наряду с белками, обладающими питательной ценностью, в состав бобовых культур входят антиалиментарные соединения, имеющие также белковую природу. Они понижают питательную ценность белковых продуктов и пищевых изделий. К таким соединениям относятся ингибиторы протеаз желудочно-кишечного тракта и лектины.

В семенах сои содержится не менее пяти ингибиторов трипсина в количестве 5-10% от общего содержания белка. Наиболее хорошо изучены ингибитор Кунитца, на долю которого приходится 90% общей

70

Таблица 2.8. Аминокислотный состав и количество суммарного белка в продуктах из бобов сои

активности ингибиторов, и Баумана-Бирк. Ингибиторы представляют собой белковые молекулы с молекулярными массами 21,5 и 8 кД, соответственно. Для них расшифрована первичная структура. Так, самый высокомолекулярный - ингибитор Кунитца - имеет в своем составе 181 остаток аминокислот и две дисульфидные связи. Расщепление одной из них не влияет на активность ингибитора, тогда как одновременное восстановление двух связей приводит к получению неактивного продукта.

Понижение активности ферментов белковыми ингибиторами связано с образованием устойчивых белок-белковых комплексов, содержащих молекулу ингибитора и одну или несколько молекул фермента. Имеются доказательства о существовании в белках-ингибиторах "активного" участка, вступающего во взаимодействие с активным центром фермента. В состав всех ингибиторов трипсина входят, расположенные в пространстве особым образом, остатки лизина или аргинина. Белковые ингибиторы различаются по специфичности, выражающейся в неодинаковой способности подавлять активность различных ферментов. Так, ингибитор Кунитца из сои подавляет активность трипсина и фермента крови плазмина, но слабо ингибирует химотрипсин, а ингибитор Баумана-Бирк снижает активность не только трипсина, но и химотрипсина. Являясь "двухцентровым" ингибитором, ингибитор Баумана-Бирк одновременно вступает в реакцию с двумя молекулами

71

различных ферментов и не может связывать две молекулы одного фермента.

В технологических процессах производства белковых продуктов из сои предусматривается инактивация ингибиторов протеиназ обработкой паром, микроволновым нагревом, вымачиванием с последующим кипячением и другими способами. Инактивация ингибиторов трипсина на 80- 90% по сравнению с их активностью в исходном сырье уже позволяет отнести белковые продукты к пищевым, не обладающим отрицательным воздействием на организм.

Лектины (от лат. - "выбирать") - это гликопротеины растительного происхождения, связывающие один или несколько специфических Сахаров. Свое название они получили от избирательной способности вызывать агглютинацию (агрегацию, склеивание) эритроцитов крови, клеток, бактерий. Агглютинация происходит путем взаимодействия лектинов с углеводными компонентами поверхности клеток. Так, лектин соевых белков, например, специфичен к остаткам галактозы и N-ацетилгалактозамина, а агглютинин зародышей пшеницы - к остаткам N-ацетилглюкозамина и N-ацетилнейраминовой кислоты. На долю лектинов в бобовых культурах приходится от 2 до 10% общего белка. В очищенном виде лектины широко используются для определения группы крови, очистки гликопротеинов и в качестве средств для изучения поверхностей здоровых и больных клеток, лишенных некоторых ферментов синтеза олигосахаридов. Как связывающие специфические сахара, лектины используются в качестве зондов для "узнавания" Сахаров на мембранах клеточной поверхности здоровых и раковых клеток. Агглютинация раковых клеток требует меньше лектинов, чем здоровых.

Отсутствие высокой активности лектинов, как и ингибиторов ферментов, в белковых продуктах из бобовых является одним из санитарно-гигиенических требований, предусматриваемых сертификацией для использования их в хлебопечении, кондитерской и других отраслях промышленности в целях повышения пищевой ценности изделий. Снижение активности лектинов достигается применением более мягких условий, чем снижение активности ингибиторов ферментов - нагреванием при 80^°С.

Некоторые виды белковых продуктов из сои, энзиматически активная соевая мука содержат ферменты: липоксигеназу и р-амилазу. Липок-сигеназа принимает участие в процессах отбеливания пшеничной муки и стабилизации теста хлебобулочных изделий, а (З-амилаза, являясь более термостабильной, чем пшеничная, долго сохраняет активность на ранних стадиях приготовления хлеба, позволяя интенсифицировать процесс газообразования в тесте и улучшать качество хлеба.

72

66 :: 67 :: 68 :: 69 :: 70 :: 71 :: 72 :: Содержание

72 :: 73 :: 74 :: 75 :: 76 :: Содержание

Белки масличных культур

У масличных семян основной запасающей тканью для белков и ли-пидов является паренхима семядолей (подсолнечник, хлопчатник, рапс), эндосперм (семена клещевины, кориандра) или одновременно паренхима семядолей и эндосперм (хлопчатник, лен). Запасные белки сосредоточены в простых алейроновых зернах (семена хлопчатника, рапса, горчицы) и сложных (подсолнечник, клещевина). Простые алейроновые зерна не содержат посторонних соединений, тогда как сложные включают белковую и небелковую части. Сложные алейроновые зерна подразделяются на два типа: зерна, содержащие глобоиды - К, Mg, Са-соли инозитфосфорной кислоты, и зерна, в состав которых входят глобоиды и кристаллоиды. Кристаллоиды расположены в центре алейроновых зерен и окружены аморфной белковой зоной. Алейроновое зерно имеет вакуольную природу, вокруг него сосредоточены липи-ды, находящиеся в клетке, покрытой клеточной оболочкой (рис. 2.15). На долю белка в составе сухой массы алейроновых зерен приходится 60-80% общего белка семени.

Содержание белков в семенах масличных культур составляет 14-37% на сухое вещество. В семенах подсолнечника белок содержится в количестве 15%, в ядре - 16-19%, семенах арахиса - 20-37%, конопли - 20-22%, рапсе - 25-26%, в ядрах клещевины - 18-20%, в ядрах хлопчатника - 34-37%. В белках семян масличных культур содержится 10-30% альбуминов и до 90% глобулинов. Белки алейроновых зерен (алейрины) представлены в основном глобулинами (80-97%) и незначительным количеством альбуминов и глютелинов (1-2%). Проламины в алейроновых зернах практически отсутствуют. Кристаллоид масличных культур (конопли - эдестин, клещевины, хлопчатника, мака) представляет собой также глобулины с молекулярной массой от 15 до 300 кД и выше. В небольших количествах в нем присутствуют минорные компоненты с молекулярной массой около 600 кД. Глобулины, как и альбумины, являются смесью индивидуальных белков. В табл. 2.9 приведены состав и молекулярные характеристики фракций глобулинов. 7S фракция глобулинов масличных семян, как и у бобовых, называется вицилином, 11S - легумином. Все фракции

Рис. 2.15. Схема строения сложного алейронового зерна клетки масличного растения: 1- глобоид; 2 - белковый кристаллоид; 3 - аморфная белковая зона; 4 - липидные капли; 5 - клеточная оболочка

72

Таблица 2.9. Характеристика белковых компонентов масличных культур

отличаются друг от друга по аминокислотному составу и по соотношению кислых и основных субъединиц.

Аморфная зона алейроновых зерен является более гетерогенной по компонентному составу, чем кристаллоид. В составе этой зоны найдены гликопротеиды и белки с сильно выраженными основными свойствами, способные к образованию ионного комплекса с фитиновой кислотой. Физиологическая роль фитин-белковых комплексов и гликопротеидов на сегодняшний день до конца не ясна. Предполагают, что оба вида белковых образований легко мобилизуются в начале прорастания семян. Токсичный белок клещевины рицин также располагается в аморфной зоне алейроновых зерен.

Белки кристаллоида являются долговременной формой запаса, при прорастании семян они распадаются позже, чем белки аморфной зоны. В простых алейроновых зернах основные запасные белки также являются глобулинами, о чем свидетельствует их незначительная электрофоретическая гетерогенность и низкая ферментативная активность. Выяснение вопроса ферментативной активности семян имеет большое значение для понимания физиологической роли алейроновых зерен, чтобы ответить, являются ли они инертными хранилищами белка или представляют собой структуры лизосомного типа¹.

73

В алейроновых зернах семян арахиса, клещевины и других культур показано присутствие фосфатазы, протеиназы, амилазы, липазы, причем в сложных алейроновых зернах ферменты локализованы в аморфной зоне. Эти данные, в соответствии с представлениями Кретовича, свидетельствуют об отсутствии метаболической инертности запасных белков. Однако для проверки этого положения требуются более глубокие исследования.

С вопросом возникновения и формирования алейроновых зерен тесно связан механизм отложения в запас белков в клетках семени. Полагают, что на первом этапе образования алейроновых зерен в вакуолях эндосперма появляются характерные структуры (полисомподобные частицы), на втором - образуется глобоид с отложением фитина внутри и "обрастанием" белком снаружи, на третьем - формируется кристаллоид. Таким образом, белки алейроновых зерен масличных культур представляют собой сложную гетерогенную систему, которая включает в себя как собственно запасные белки, так и некоторые гидролитические ферменты, участвующие, по-видимому, при гидролизе запасного белка и фитина при прорастании семян. Механизм отложения про запас белков при образовании алейроновых зерен разных типов различен, но в любом случае в процессе участвуют структурные элементы самих алейроновых зерен.

В настоящее время существует реальная возможность получения из масличного сырья концентрированных форм белка и создание на их основе новых форм белковой пищи. Целесообразность извлечения белка изданного вида сырья обусловлена его высокой массовой долей и разнообразным аминокислотным составом. Отличительной особенностью последнего является высокое количество триптофана, тирозина и фенил-аланина, а у некоторых культур - лизина (рапс), серосодержащих аминокислот (кунжут, подсолнечник, рапс) и треонина (рапс, подсолнечник); наиболее ценными в биологическом отношении являются белки рапса, подсолнечника и кунжута (см. табл. 2.10).

Большой практический интерес представляют изменения белковых веществ масличных культур при подготовке семян к переработке и извлечению масел на масло-жировых предприятиях (сушке, хранении, обрушивании, влаго-тепловой обработке, прессовании, экстракции) и при получении белковых концентратов и изолятов. Наиболее глубоко эти процессы изучены для подсолнечника. Уже на первых этапах сушки начинаются денатурационные изменения белков, которые приводят к снижению их биологической и пищевой ценности. При повышении температуры до 60-90°С резко снижается вязкость и гидролизуемость суммарного белка протеазами, так как изменившаяся структура под действием тепла делает недоступными пептидные связи, на которые направлено действие этих ферментов.

74

Таблица 2.10. Состав незаменимых аминокислот важнейших масличных семян

Изменения структуры белковых молекул при влажно-тепловой обработке, измельчении семян, просеивании и экстракции вызывают изменения во фракционном составе белков. Количество альбуминов в шроте снижается в два раза, соответственно увеличивается доля глютелинов. Повышение температуры снижает содержание лизина, метионина в глю-телиновой фракции белка на 15-30% в зависимости от вида сырья и технологических режимов, включая приемы, направленные на исключение присутствия нежелательных компонентов в шроте (госсипол хлопчатника, хлорогеновая и кофейная кислоты подсолнечника). Денатурацион-ные изменения в процессе влажно-тепловой обработки на этапах подготовки семян при извлечении масел приводят к уменьшению количества электрофоретических компонентов с высокой подвижностью и низкой молекулярной массой.

В масличных семенах и шротах содержатся антипитательные вещества белковой природы, которые понижают пищевую ценность концентратов, изолятов или кормовую ценность, если шрот используется в качестве корма для животных. К таким веществам относятся ингибиторы трипсина арахиса, рицин клещевины, протеазы, уреаза и липоксигеназа. Рицин, как и соин, вызывает гемагглютинацию крови; содержание его в семенах зависит от сорта клещевины. Инактивация токсичных компонентов белковой природы достигается применением влаго-тешювой обработки.

Белки масличных культур в процессе переработки сырья при повышенных температурах в нейтральных и слабощелочных средах способны к взаимодействию с другими компонентами, например с полифеноль-ными соединениями. В процессе экстракции белка при получении концентратов и изолятов хлорогеновая и кофейная кислоты подсолнечника

75

и госсипол хлопчатника окисляются в орто-фенолы, полимеризующие-ся с образованием коричневых пигментов.

Полифенольные соединения имеют следующее строение:

Полифенольные соединения взаимодействуют с белком при помощи водородных и ковалентных связей при участии остатков лизина, триптофана и серосодержащих аминокислот. В результате белковые продукты окрашиваются в зеленовато-коричневый цвет, их биологическая ценность снижается, функциональные и органолептические свойства изменяются.

76

¹ Лизосомы - мелкие округлые тельца, содержащие ферменты и участвующие во внутриклеточных процессах переваривания белков, липидов и нуклеиновых кислот.

72 :: 73 :: 74 :: 75 :: 76 :: Содержание

76 :: 77 :: 78 :: 79 :: Содержание

Белки картофеля, овощей и плодов

Относительно низкое содержание азотистых веществ в картофеле (около 2%), овощах (1,0-2,0%) и плодах (0,4- 1,0%) свидетельствует о том, что данные виды пищевого растительного сырья не играют значительной роли в обеспечении белком продуктов питания (табл. 2.11). Исключение составляет картофель, который, несмотря на невысокое содержание белка, как источник азотистых соединений имеет более существенное значение. Если учесть, что потребление картофеля в среднем составляет 330 г в день, то с данным видом продукта удовлетворяется 6-8% общей суточной потребности человека в белке. Количество белкового азота в клубнях картофеля обнаруживается в 1,5-2,5 раза больше, чем небелкового, тогда как в овощах и плодах, наоборот - менее 50% (например, в капусте 40%, винограде 7%). Небелковый азот картофеля представлен аминным (67-130 мг%) и нитратным азотом с аммиаком, которые от общего азота в клубнях составляют 18-31 и 10- 15%, соответственно. Сорта картофеля в большей степени отличаются по содержанию небелкового азота, чем белкового, и прежде всего по количеству свободных аминокислот. Среди них преобладают аланин, лизин, гистидин, глутаминовая кислота и фенилаланин.

76

Таблица 2.11. Содержание белка в овощах и плодах (в % на сухую массу)

Белки картофеля являются биологически ценными белками, так как содержат все незаменимые аминокислоты. По отношению к белкам куриного яйца биологическая ценность белков картофеля равна 85%, по отношению к идеальному белку - 70%. Первыми лимитирующими аминокислотами белков картофеля являются метионин и цистеин, второй - лейцин.

Белки картофеля отличаются по растворимости и компонентному составу, определяемому электрофорезом. Большая часть белков картофеля (70%) представлена глобулинами, меньшая (30%) - альбуминами. Различия в электрофоретической гомогенности суммарных белков являются признаком сорта и используются в селекционной практике при выведении новых сортов картофеля с высокой урожайностью, устойчивостью к болезням и вредителям.

Среди овощных культур большим содержанием белка отличаются зеленый горошек (28,3-31,9%) и сахарная кукуруза (10,4-14,9% в расчете на сухой вес). Основную долю в зеленом горошке составляют глобулины (вицилин и легулин), в кукурузе - спирторастворимый зеин. У зеленого горошка одновременно отмечается высокое содержание альбуминов, которое в 2-3 раза выше, чем в зрелом горохе гладкозерных сортов. В процессе созревания горошка белки интенсивно накапливаются при снижении экстрактивного азота. В молочно-восковой стадии спелости в горошке содержится в 2,5-3 раза меньше глютелинов, чем при полной зрелости, количество более подвижного вицилина преобладает над легу-лином. К концу созревания, наоборот, количество вицилина снижается, а легулина увеличивается.

По сравнению с зерновой кукурузой овощная кукуруза содержит значительно больше альбуминов, глобулинов и проявляет тенденцию к меньшему содержанию щелочерастворимых белков. Содержание зеина составляет 21,1-37,2% от общего белка, что значительно меньше, чем в кукурузе других ботанических групп (41-58%). Особенность фракционного соста-иа зеленого горошка и кукурузы благоприятно отражается на их аминокислотном составе. Значительную долю аминокислот горошка составляют лейцин с изолейцином (15,4% от общего количества), фенилаланин (7,1 %), валин с метионином (5,2%), аргинин (10,5%) и треонин (5,2%). Для белков сахарной кукурузы характерно высокое содержание лейцина и изо-лейцина- 15,1%, аргинина 12,4%, глутаминовой кислоты 17,3%,аланина,

77

глицина, серина 9,0%, гистидина 4,2%, лизина 1,1%. Высокое содержание в зеленом горошке и сахарной кукурузе лизина и аргинина объясняется повышенным количеством альбуминов, а в кукурузе - и пониженным содержанием биологически неполноценного зеина.

При различных температурных воздействиях белки обеих культур ведут себя по-разному. Нагрев зеленого горошка в течение 1 мин в воде при 98- 100°С уменьшает растворимость глобулинов на 80%, альбуминов - на 24% и увеличивает количество щелочерастворимой фракции (на 61 %). Замораживание при температуре -30...-196°С не оказывает существенного влияния на растворимость и компонентный состав белков. В процессе длительного хранения замороженного, но предварительно прогретого горошка изменяется фракционный состав и происходит денатурация белков.

Состав азотистых веществ и изменение его при хранении и переработке представляет определенный интерес и у перца и баклажан. Зрелые баклажаны обладают большим содержанием белковых веществ, чем перец: 1,55% и 0,76% соответственно, и более высоким уровнем отношения белковый/небелковый азот - 0,94/0,89. Более высокая способность баклажан к биосинтезу азотистых соединений подтверждается более высоким содержанием у них ДНК, РНК, фосфора и серы (в мг/г сухого вещества):

 Баклажаны   Перец

РНК ................................. 0,27-0,32 ..... 0,13-0,31

ДНК ................................. 0,21-0,36 ..... 0,14-0,22

Фосфор .............................. 5,5-7,2 ............ 2,5-7,1

Сера ................................... 2,2-2,9 ............ 0,9-2,5

Баклажаны более устойчивы к увяданию по сравнению с перцем, что связывают с большим накоплением в них белковых веществ.

Азотистые вещества картофеля, овощей и плодов имеют существенное значение для формирования питательных и органолептических свойств продуктов (вкуса, аромата, цвета, консистенции), стойкости при хранении и сохранности витаминов. Так, свободные аминокислоты принимают участие в реакциях, связанных с образованием аромата (реакции Майяра), нитраты в избыточных количествах ухудшают стойкость при хранении, а действие, например, пектолитических ферментов к концу созревания плодов обуславливает их размягчение. Некоторые из азотистых соединений выполняют роль ингибиторов протеаз и амилаз.

Ферменты, являясь белками, оказывают значительное влияние на потребительские свойства пищевых продуктов и полуфабрикатов, принимая участие в процессах созревания, дыхания при хранении сочного

78

сырья и его переработке. Прежде всего это относится к оксидоредукта-зам и гидролазам (см. гл. 8). Сохранность овощей и плодов в процессе хранения зависит от активности анаэробных дегидрогеназ (алкогольде-гидрогеназы, дегидрогеназ яблочной, янтарной, лимонной кислот) и кис-лородактивирующих оксидоредуктаз. Способы хранения плодов и овощей предусматривают подавление активности указанных ферментов (исключение доступа кислорода, понижение температуры и т.д.). Нежелательным процессом при хранении является реакция окисления ненасыщенных жирных кислот, L-молочной кислоты, аскорбиновой кислоты, лизина, фенолов, протекающих с участием соответственно липоксиге-назы, лактатоксидазы, аскорбатоксидазы, лизинооксигеназы, о-дифенол-оксидазы. Гидропероксиды, образующиеся в результате действия, например липоксигеназы, самостоятельно осуществляют окисление фенолов, а образующиеся при этом хиноны участвуют в процессах распада аскорбиновой кислоты, аминокислот, взаимодействуют с белками и углеводами, вызывая ухудшение органолептических (потемнение, изменение вкуса, запаха), технологических (набухание, размягчение) свойств и потерю пищевой и биологической ценности (деструкцию незаменимых аминокислот, жирных кислот, витаминов, снижение усвояемости, переварива-емости).

Из гидролаз в овощах, плодах и картофеле обнаружены (З-глюкозида-за, р-фруктофуранозидаза, полигалактуроназа, пектинлиаза, пектатлиа-за, протеолитические и другие ферменты. Инактивация ферментов в результате тепловой обработки при консервировании, сушке и получении натуральных соков из плодов, овощей и ягод предотвращает порчу и сохраняет цвет, вкус и аромат сочного сырья.

В клубнях картофеля, семенах японской редиски, корнях турнепса, зеленом горошке, томатах содержатся белки-ингибиторы животных про-теиназ, в первую очередь трипсина и химотрипсина. По содержанию ингибиторов сочное растительное сырье занимает третье место после бобовых и злаковых. Наиболее хорошо изучены ингибиторы ферментов клубней картофеля. Ингибитор химотрипсина картофеля относится к "арги-ниновому" типу, то есть в участке, который вступает во взаимодействие с активным центром фермента, содержится аргинин. Помимо ингибиторов трипсина и химотрипсина в картофеле обнаружены полипептиды, действующие как ингибиторы карбоксипептидаз А и Б.

79

76 :: 77 :: 78 :: 79 :: Содержание

79 :: 80 :: 81 :: 82 :: 83 :: 84 :: 85 :: 86 :: Содержание

Белки мяса и молока

Мясо, молоко и получаемые из них продукты содержат необходимые организму белки, которые благоприятно сбалансированы и хорошо усваиваются. Белки мышечной ткани мяса животных полноценны, по

79

сбалансированности аминокислот говядина, баранина и свинина мало отличаются друг от друга. Белки соединительной ткани и хрящей являются неполноценными. В организме человека и животных белки мышц выполняют сократительную функцию, белки соединительной ткани и хрящей - структурную. Функции всех этих видов белков основаны на их фибриллярной природе.

Содержание белка в мясных продуктах колеблется от 11 до 22%. Главными мышечными белками являются миозин и актин, молекулярная функция которых заключается в обеспечении механизма мышечного сокращения и расслабления при участии АТФ. Миозин по массе составляет 55% мышечного белка и представляет собой гексамер с молекулярной массой 460 кД. Гексамер включает фибриллярную часть (две переплетенные а-спирали с молекулярной массой 200 кД, заканчивающиеся глобулярными "головками"), тяжелые цепи и две пары легких цепей (молекулярная масса 15-27 кД). Миозин обладает АТФ-гидро-лизующей активностью и способностью связываться с нерастворимым F-актином. Актин - это мономерный глобулярный белок с молекулярной массой 43 кД (G-актин), на долю которого приходится 25% общей массы мышечного белка. В присутствии магния G-актин подвергается нековалентной полимеризации с образованием двойной спиральной цепочки, получившей название F-актина. Мышечное сокращение заключается в повторяющихся присоединениях и отсоединениях глобулярной "головки" миозина от нити F-актина. Гидролиз АТФ запускает цикл ассоциации и диссоциации актина и миозина в пяти реакциях данного процесса (рис. 2.16).

Рис. 2.16. Цикл мышечного сокращения

80

Сущность же процесса расслабления мышцы заключается в отделении миозиновой (АТФ) головки от F-актина.

В мышечных клетках содержится глобулярный водора створимый хромопротеид миоглобин, имеющий в качестве простетической группы гем-циклический тетрапиррол, присутствием которого объясняется красный цвет этого белка. Тетрапирролы состоят из четырех молекул пиррола, связанных четырьмя а-метиленовыми мостиками с образованием плоской кольцевой структуры. В центре плоского кольца находится один атом железа в ферро-состоянии (Fe²⁺), окисление которого приводит к потере биологической активности миоглобина.

Биологическая функция миоглобина заключается не в транспортировании кислорода, как у гемоглобина, а в его запасании. В условиях кислородного голодания (например, при физической нагрузке) кислород высвобождается из комплекса с миоглобином и поступает в митохондрии мышечных клеток, где осуществляется синтез АТФ (окислительное фосфорил ирование).

На примере миоглобина хорошо изучена взаимосвязь функции глобулярного белка и его структуры. Миоглобин состоит из одной полипептидной цепи с молекулярной массой 17 кД, включающей 153 остатка аминокислот. Примерно 75% остатков образуют восемь правых α-спиралей, уложенных в компактную сферическую молекулу. В местах изгиба полипептидной цепи расположены остатки пролина, серина, треонина, которые не способны к образованию α-спирали. На поверхности молекулы находятся полярные остатки, а внутри - неполярные, если не считать двух остатков гистидина, принимающих участие в связывании кислорода. Присоединение кислорода к миоглобину сопровождается смещением атома железа, а вместе с ним гистидина, и ковалентно связанных других остатков аминокислот в направлении плоскости гемового кольца. В результате эта область белковой молекулы принимает новую конформацию.

Миоглобин, не связанный с кислородом, называют дезоксимиогло-бином (Mb), оксигемированный Mb называют оксимиоглобином (МЬО₂). Окраска мясопродуктов зависит от содержания миоглобина, состояния тема и белковой части макроглобулы. Окисление Fe²⁺в миоглобине до Fe³⁺приводит к изменению окраски пигмента от ярко-красного до темно-коричневого, так как образующийся метмиоглобин (MetMb) теряет способность связывать молекулярный кислород. Тепловая денатурация глобина также приводит к потере способности гемового пигмента связывать кислород и ухудшает цвет изделий.

Кислород миоглобина может замещаться такими лигандами, как оксид азота, оксид углерода и др., поэтому данное свойство белка

81

мышечной ткани мяса используется для получения интенсивной окраски мясопродуктов. Нитрит (NO), применяемый для этой цели, вступая в реакцию с миоглобином, образует нитрозомиоглобин, переходящий при нагревании в устойчивый пигмент красного цвета нитрозомиохромоген:

Миоглобин и его производные имеют разные спектральные характеристики, поэтому для их идентификации при оценке качества мяса применяют спектрофотометрические методы анализа.

Наиболее распространенным белком в животном мире является коллаген - главная макромолекула кожи, сухожилий, кровеносных сосудов, костей, роговицы глаза и хрящей. Он обеспечивает внеклеточную структуру в соединительной животной ткани, существуя не менее чем в пяти различных типах. Главной особенностью коллагеновых молекул является трехспиральная структура, каждая а-цепь (субъединица) которой представляет левозакрученную спираль. В спирали на каждый виток приходится по три аминокислотных остатка. Три левые а-спира-ли закручиваются в правые суперспирали, которые в свою очередь объединяются в фибриллы.

Еще одной характерной особенностью молекулы коллагена является наличие в ее составе в качестве третьего остатка тройной спирали а-цепи глицина. Повторяющуюся структуру можно представить как 1ли-X--Y, где X, Y - другие аминокислоты. Около 100 Х- и 100 Y-положений в коллагене занято пролином и 4-гидроксипролином, соответственно (см. Аминокислоты и их некоторые функции в организме). В некоторых Х-положениях содержится 3-гидроксипролин, а в Y - 5-гидроксилизин. Остатки "жестких" аминокислот увеличивают стабильность тройной спирали. По количеству оксипролина определяют степень развариваемости коллагена при оценке качества мяса.

Коллаген - внеклеточный белок, но он синтезируется внутри клетки в виде молекул-предшественников, проходя через эндоплазматический ретикулум и комплекс Гольджи. В результате процесса посттрансляционной модификации тройная спираль коллагена стабилизируется между внутрицепочными дисульфидными связями, о-гликозидными связями между остатками сахаридов и гидроксилизина и перекрестным связыванием цепей и спиральных молекул фибрилл через Шиффовы основания (см. гл. 3) и альдольную конденсацию.

Близкий по свойствам к коллагену, в эластичных фибриллах соединительной ткани обнаружен белок эластин, содержащийся в связках и стенках кровеносных сосудов. Этот белок богат глицином, аланином и лизином, но беден пролином. Отличительной особенностью эластина

82

является наличие в его структуре поперечных связей необычного характера. Альдегидные группы, возникшие в результате окисления аминогрупп боковых цепей остатков лизина и оксилизина, взаимодействуют с аминогруппой лизина при помощи реакций альдольной конденсации, дегидратации и окисления, образуя десмозин и изодесмозин. Все четыре аминогруппы и карбоксильные группы участвуют в образовании пептидных связей.

Мясо, содержащее много соединительной ткани, остается жестким и после тепловой обработки; усвояемость коллагена и эластина в нем очень низкая. Однако при необходимости усиления двигательной функции кишечника целесообразно использование продуктов, богатых соединительной тканью. В диетах щадящего режима применяют желатин - продукт неполного гидролиза коллагена. По аминокислотному составу желатин неполноценен, но желеобразные продукты из него перевариваются без напряжения секреции пищеварительных органов.

Молоко - это гетерогенная система, в которой в качестве дисперсной фазы выступают эмульгированные жировые глобулы и коллоидные мицеллы казеина, а в роли дисперсионной среды - раствор белков, лактозы, солей и витаминов. Общее содержание белков в молоке колеблется от 2,9 до 3,5%. Среди них выделяются две основные группы: казенны и сывороточные белки (табл. 2.12). В молоке содержится более 20 ферментов (ксантиноксидаза, пероксидаза, каталаза, липаза, холинэстераза,

Таблица 2.12. Состав и молекулярные характеристики белковых компонентов молока

83

α-амилаза, лизоцим, протеаза и др.), а также гормоны (пролактин, окси-тоцин, кортикостероиды, тироксин, трииодтиронин и др.) и белки в составе оболочек жировых шариков.

Основными белками молока являются казенны, которые легко перевариваются и являются источниками незаменимых аминокислот, кальция, фосфора и ряда физиологически активных пептидов. Так, при действии в желудке на k-казеин химозина высвобождаются глико- и фосфопептиды, которые регулируют секрецию желудочного сока, моделируют физико-химические свойства белков (растворимость, вязкость, заряд, денатурацию), осуществляют защиту от про-теолиза и влияют на проницаемость мембран клеток. Важнейшими физиологическими функциями обладают и сывороточные белки. Иммуноглобулины выполняют защитную функцию, лактоферрин и лизоцим (фермент) являются носителями антибактериальных свойств, а лактоферрин и β-лактоглобулин выполняют транспортную роль, перенося в кишечник микро- и макроэлементы, витамины и липиды. α-Лактальбумин необходим для синтеза лактозы в молоке из УДФ-галактозы и глюкозы.

Для большинства компонентов казеина, α-лактальбумина, β-лактоглобулина и компонентов протеозо-пептонной фракции расшифрованы первичные и некоторые фрагменты вторичной, третичной и четвертичной структуры. Так, молекулы казеина имеют небольшое количество α-спиралей - 1-6% (тогда как, например, а-лактальбумин состоит из 26% α-спирали, β-конформации) и только остальное количество белка представляет собой неупорядоченную структурную организацию. При образовании четвертичной структуры казеина большая роль отводится гидрофобным взаимодействиям и фосфат-кальциевым мостикам и меньшая - электростатическим и водородным связям. Фосфаткальциевые мостики являются основой казеинаткальциевого фосфатного комплекса, в виде которого и содержится казеин в молоке:

Кальций в составе комплекса выполняет роль структурообразовате-ля, создавая мостик между серинфосфатными группами двух молекул казеина, а остатки фосфорной кислоты усиливают кислые свойства

84

белка, обусловленные присутствием в полипептидах β- и γ-карбоксильных групп аспараги новой и глутаминовой кислот. Казеин из молока осаждается при рН 4,6-4,7, когда на его молекулах наступает равенство положительных и отрицательных зарядов. Осажденный казеин практически не растворяется в воде, но растворяется в слабощелочной среде и растворах солей щелочных металлов и минеральных кислот. Нерастворимый казеин обладает способностью связывать воду в достаточно больших количествах (более 2 г на 1 г белка), что очень важно для устойчивости частиц белка в сыром, пастеризованном или стерилизованном молоке. Гидрофильные свойства казеина усиливаются при взаимодействии его с р-лактоглобулином, которое наблюдается в процессе тепловой обработки молока, и от них зависят структурно-механические свойства сгустков, образующихся при кислотном свертывании или получении сырной массы при созревании сыров.

Промышленные казенны получают из обезжиренного молока действием кислот, кисломолочной сыворотки, введением солей кальция, химозина или других ферментов. В зависимости от способа получения различают казеинат натрия, казеинат кальция, кислотный, сычужный казеин и копреципитат с разными функциональными свойствами. Для регулирования последних часто используют неполный ферментативный гидролиз или смешение с растительными белками и их совместную сушку. При производстве новых форм белковой пищи (аналогов мясных и рыбных продуктов) большое значение имеет гелеобразование казеина, его взаимодействие с веществами небелковой природы, образование стойких эмульсий и явление синерезиса.

Белки молока характеризуются высокой биологической ценностью, они содержат в избыточных количествах лизин и триптофан с одновременным недостатком серосодержащих аминокислот (см. Пищевая и биологическая ценность белков). Белки сыворотки содержат незаменимые аминокислоты в значительно больших количествах, чем казеин, включая лизин, треонин, триптофан, метионин и цистеин.

На долю сывороточных белков от общего количества белков в молоке приходится 0,5-0,8%. β-Лактоглобулин устойчив в кислой среде желудка к действию пепсина, поэтому расщепляется только в кишечнике трипсином и химотрипсином. В процессе пастеризации молока белок денатурируется, образуя комплексы с к-казеином, и осаждается вместе с ним при кислотной и сычужной коагуляции. Податливость данного комплекса действию сычужного фермента понижается. α-Лактальбумин не осаждается в изоэлектрической точке (рН 4,6), не свертывается под действием сычужного фермента и термостабилен в силу большого количества дисульфидных связей. Иммуноглобулины по химической природе являются гликопротеидами. Они выполняют свою функцию,

85

вызывая агглютинацию микроорганизмов и других чужеродных клеток. Выделены три основные группы иммуноглобулинов: G, А и М. Среди них имеются мономеры и полимеры, состоящие из тяжелых и легких полипептидных цепей с молекулярной массой 50 кД и 25 кД, соответственно.

Различают два основных типа молочной сыворотки: сладкую, образующуюся при производстве сыров, и кислую, получаемую при осаждении творога и казеинов. Для применения молочной сыворотки в качестве добавок в хлебопекарной, кондитерской промышленности, для производства смесей для детского питания ее концентрируют методами сушки, ультрафильтрации, электродиализом и осаждением белка в виде комплексов с полиэлектролитами. Для получения изолятов, концентратов и копреципитатов применяют термоденатурацию с последующим осаждением белка в ИЭТ (рН 4,5-4,6) и комплексообразование с анионными полисахаридами (КМЦ, альги-наты и пектины). Эти способы позволяют выделять до 70-90% полноценного белка молочной сыворотки и варьировать его функциональные свойства.

86

79 :: 80 :: 81 :: 82 :: 83 :: 84 :: 85 :: 86 :: Содержание

86 :: 87 :: 88 :: 89 :: 90 :: 91 :: Содержание