Материал: А27137 Проверить Рогов Б.А. Пищевая инженерия производства жировой про

Находящийся в эритроцитах гемоглобин выполняет транспортную функцию переноса кислорода от легких к тканям, тогда как содержащийся в мышцах миоглобин накапливает его (создает депо кислорода) в мышечной ткани. При обычном давлении кислорода в тканях миоглобин может присоединять в 6 раз больше кислорода, чем гемоглобин.

Коллаген – главный фибриллярный белок соединительных тканей. Он наиболее распространен из всех белков, обнаруженных у позвоночных. У человека 1/3 всех белков составляет коллаген. Фибриллы коллагена состоят из трех навитых друг на друга полипептидных цепей, каждая из которых образует изломанную спираль особого типа. Из коллагена формируются волокна, составляющие основу соединительной ткани. Прочность таких волокон сравнима с прочностью стальной проволоки. Коллагены содержат около 35 % остатков глицина и примерно 11 % остатков аланина. Коллаген содержит также большое количество пролина и оксипролина, на долю которых в сумме приходится 21 %.

При частичном гидролизе коллаген превращается в желатин – растворимую и перевариваемую смесь полипептидов.

Эластин – специфический белок эластичной соединительной ткани. Подобно коллагену, эластин богат глицином и аланином, в то же время он содержит большое количество остатков лизина и мало пролина. Он существует в виде сети поперечно-связанных полипептидных цепей, благодаря чему обладает большой упругостью.

Качество мяса в значительной степени зависит от содержания в нем соединительной ткани. Чем больше соединительной ткани, тем ниже биологическая и пищевая ценность мяса.

Белки молока. К белкам молока относятся казеин, альбумин и глобулин. Кроме белков в молоке имеется некоторое количество других азотистых соединений. Количество белков в молоке колеблется от 2,8 до 4 %, причем казеин составляет около 82 % общего количества белков, альбу- мин – 12 % и глобулин – 6 %. Белки молока полноценны.

Казеин принадлежит к фосфопротеинам и отличается от других белков молока тем, что содержит в своей молекуле фосфор. Казеин в молоке находится в трех формах – α, β и γ. Эти формы отличаются по содержанию в них фосфора и по отношению к сычужному ферменту.

Казеин представляет собой белый аморфный порошок, без запаха и вкуса. Он нерастворим в спирте и эфире, очень незначительно растворяется в воде и хорошо – в растворах некоторых солей.

В молоке казеин находится в соединении с кальциевыми солями, образуя казеин-фосфат-кальциевый комплекс. Казеин высокопитательный белок, хотя в неизменном виде он переваривается труднее, чем альбумин и глобулин.

Казеин применяется в основном для производства сыров и творога, а также для приготовления клея и пластмассы.

Альбумин не содержит в своей молекуле фосфора. В молоке альбумина мало – 0,4…0,6 %. Он относится к полноценным белкам. Перевариваемость молочного альбумина почти в 2 раза выше альбумина куриного яйца. В молоке альбумин находится в растворенном состоянии, образуя опалесцирующий раствор. Альбумин содержит большое количество триптофана (около 7 %). Выделены 3 формы альбумина: α-альбумин – лактоальбумин с наименьшей молекулярной массой, β-альбумин – форма имеет свойства лактоглобулина, и γ- альбумин – форма, идентичная альбумину сыворотки крови.

Альбумин применяется для приготовления цигера, альбуминового крема, пасты, сырков, зеленого сыра и других продуктов.

Глобулин содержится в молоке в небольшом количестве (до 0,2 %). Он имеет очень важное значение для новорожденных, так как обладает сильными бактерицидными свойствами и повышает резистентность организма. Известно несколько форм глобулинов: β-лактоглобулин, эвглобулин и псевдоглобулин. Последние 2 формы представляют белки плазмы крови и являются носителями иммунных свойств.

3.4. Ферменты

Ферменты представляют собой специфические катализаторы белковой природы. Как и неорганические катализаторы, они увеличивают скорость таких химических реакций, самопроизвольное протекание которых термодинамически возможно, т. е. реакций с уменьшением свободной энергии. Оказывая влияние на скорость, ферменты не «расходуются» – не входят в состав конечных продуктов реакции.

Ферменты являются биологическими катализаторами, ускоряющими течение химических реакций в организме и, следовательно, играющими важную роль в обмене веществ.

Ферменты обладают обратимостью действия, т. е. в зависимости от условий ускоряют скорость как прямой, так и обратной реакции. Они состоят из двух компонентов: белка (апофермента), обуславливающего специфичность фермента, и простетической группы небелкового характера (кофактора кофермента), обуславливающей активность фермента. Один и тот же кофермент может активировать различные белки, катализируя несходные между собой реакции.

Однако имеется и ряд ферментов, которые состоят лишь из одного компонента – белка (липаза, уреаза, пепсин, трипсин, рибонуклеаза и др.). В однокомпонентных ферментах роль активной группы выполняют определенные химические группировки, входящие в состав самого белка.

Многие (двухкомпонентные и однокомпонентные) ферменты содержат в своем составе металлы, входящие в их простетические группы. Например, железо входит в состав цитохромной системы, участвующей в процессе дыхания, а также в состав ряда окислительных ферментов, катализирующих отнятие водорода от различных соединений. В состав окислительных ферментов полифенолоксидазы и аскорбатоксидазы входит медь. Некоторые ферменты содержат также молибден и цинк. Активные группы многих ферментов включают в себя витамины.

Каталитическая активность фермента характеризуется числом молей превращенного субстрата, приходящегося на 1 моль фермента за 1 минуту. Каталитическое действие ферментов основано на снижении ими энергии активации реагирующих молекул. Действие ферментов проявляется путем соединения их с субстратом. Однако получающиеся соединения ферментов с субстратами крайне неустойчивы.

На скорость ферментативных реакций могут влиять различные факторы: угнетающее действие продуктов реакции, концентрация фермента и субстрата, температура, рН среды и т. д.

Ферменты весьма лабильны, их лабильность обусловлена белковой природой, они легко денатурируются и изменяются под влиянием химических и физических воздействий. Важнейшими факторами, влияющими на действие фермента, являются температура и влажность. Активность фермента возрастает с повышением температуры до определенного уровня, достигает экстремального уровня, затем снижается из-за начинающейся денатурации образующего фермент белка. Оптимальная температура зависит, кроме того, от продолжительности ее действия, с увеличением продолжительности оптимальная температура сдвигается в строну более низких величин. При температуре около 100 С большинство ферментов инактивируются.

Скорость ферментативных реакций обусловливается также увеличением влажности, поскольку ферменты, как и другие белки, более устойчивы в сухом состоянии. Активность ферментов в значительной степени зависит от величины рН среды. Для каждого фермента характерны узкие пределы значений рН, в которых его каталитическая активность наиболее высока.

На активность ферментов влияют также специфические активаторы и ингибиторы. К числу активаторов некоторых ферментов относят соединения, содержащие сульфгидрильную группу –SH. Ингибирование (угнетение) ферментов происходит под влиянием веществ, осаждающих белки. К ним относятся соли тяжелых металлов, трихлоруксусная кислота, танин и др.

Ферменты, участвующие в обмене веществ живой клетки, разделяют на конститутивные и адаптивные.

Конститутивные ферменты всегда находятся в клетке и постоянно выполняют одну и ту же функцию.

Адаптивные ферменты образуются только при наличии в них потребности, при изменении условий обмена веществ (изменения состава питательных веществ в субстрате и т. д.).

Кроме того, различают эндоферменты и экзоферменты.

Эндоферменты синтезируются внутри клетки и катализируют реакции, происходящие внутри клетки. Экзоферменты синтезируются внутри клетки, а затем выходят за пределы клетки, где они катализируют реакции расщепления питательных веществ, находящихся в субстрате, до форм, которые могут пройти через цитоплазматическую мембрану и ассимили-роваться клеткой.

3.4.1. Классификация ферментов

В настоящее время известно более 2000 различных ферментов. В соответствии с «Номенклатурой ферментов», составленной Объединенной комиссией по биохимической номенклатуре ферменты подразделяются на шесть главных классов, каждый из которых включает подклассы и подподклассы. Индивидуальным ферментам присвоены кодовые числа. Шифр каждого фермента содержит 4 числа, разделенных точками, и составляется по следующему принципу: первое число указывает на класс фермента, вто- рое – на подкласс, третье – на подподкласс, а четвертое число обозначает порядковый номер фермента в данном подподклассе. Классы ферментов: 1– оксидоредуктазы, 2 – трансферазы, 3 – гидролазы, 4 – лиазы, 5 – изомеразы и 6 – лигазы.

1. Оксидоредуктазы – класс ферментов, которые участвуют в биологическом окислении и восстановлении и, следовательно, связаны с дыханием и процессами брожения. К оксидоредуктазам относятся дегидрогеназы, оксидазы, пероксидазы, гидроксилазы.

Дегидрогеназы, отщепляющие атомы водорода, в свою очередь, делятся на никотинамидные дегидрогеназы и флавиннуклеотидные дегидрогеназы.

Никотинамидные дегидрогеназы активируют водород субстратов или метаболитов и катализируют его перенос на акцепторы или переносчики, отличные от молекулярного кислорода. Это анаэробные дегидрогеназы. Схема их действия может быть представлена в следующем виде:

Субстрат + НАД(НАДФ) ↔ Окисленный субстрат + НАДH₂(НАДФH₂)

Коферментами, которые переносят из субстрата водород, являются никотинамидадениндинуклеотид (НАД) и никотинамидаденинди нуклеотидфосфат (НАДФ).

Флавиннуклеотидные дегидрогеназы очень часто являются акцепторами восстановленных никотинамиднуклеотидных дегидрогеназ, которые при этом снова окисляются:

НАДH₂ + Флавопротеид (ФАД) ↔ ↔ НАД + Восстановленный флавопротеид (ФАДH₂)

Некоторые дегидрогеназы могут переносить водород от субстратов непосредственно кислороду.

Поведение некоторых оксиредуктаз хорошо исследовано при производстве пива. В процессе окисления они влияют на фенольные вещества солода и пива (цвет, стабильность). Каталаза, например, разлагает пероксид водорода на воду и кислород и катализирует н-доноров (метанол, этанол, муравьиную кислоту, фенолы) с потреблением пероксида водорода:

2H₂O₂ 2H₂O + O₂;

ROOH +AH₂ → H₂O + ROH + A.

В ячмене доля каталазы очень небольшая, но в процессе проращивания ячменя она возрастает в 40…70 раз. В высушенном солоде она отсутствует.

Пероксидазы действуют на пероксид водорода или органические перекиси и расщепляют их. При этом обязательно должен присутствовать донор водорода. Этим донором может быть фенол, ароматический амин или ароматическая кислота, при этом пероксид водорода играет роль акцептора.

В ячмене пероксидаза присутствует в небольшом количестве. При проращивании ячменя ее концентрация возрастает в 7…9 раз, а при суш- ке – сокращается примерно на 30 %. При температуре 65 ˚С (в процессе затирания) пероксидаза частично инактивируется.

Фенолоксидазы – это оксидазы со смешанными функциями, у которых продукт окисления – дифенол – одновременно играет роль донора водорода. Определенная часть полифенолоксидаз окисляют дифенолы. В ячмене содержание полифенолоксидаз сравнительно велико. Активность фермента в 2 раза увеличивается при проращивании. В течение 4 ч сушки при температуре 100 С фермент в солоде инактивируется примерно на 40 %. В процессе затирания происходит инактивация фермента только при температуре 95 С.

К оксидазам относят также триозиназу, ксантиноксидазу, дыхательные пигменты, являющиеся промежуточным звеном окисления у растений, пероксидазу и липоксидазу.

Липоксидаза катализирует окисление кислородом воздуха некоторых насыщенных высокомолекулярных жирных кислот и их сложных эфиров. Липоксидаза представляет собой глобулин, она может быть получена в виде кристаллов. Наиболее активна липоксидаза в семенах сои; семена и листья других бобовых культур, а также семена масличных культур и злаков содержат значительно менее активный фермент. Оптимум действия липоксидазы сои находится при рН 9,0 , а липоксидазы злаков – при рН 7,0.

Из всех ненасыщенных жирных кислот липоксидаза окисляет с большой скоростью лишь линоленовую кислоту. Линоленовая и олеиновая кислоты окисляются медленнее.

При окислении образуются гидроперекиси, обладающие высокой окислительной способностью и окисляющие каротиноиды (витамин А), аминокислоты, хлорофилл, аскорбиновую кислоту (витамин С). Тепловая сушка вызывает инактивацию липоксидазы при нагревании семян до температуры 80 ˚С.

2. Трансферазы – класс ферментов, переносящие ту или иную группу, например метильную или гликозильную, от одного соединения (которое рассматривается как донор группы) к другому соединению (которое рассматривается как акцептор).

Реакции, катализируемые трансферазами, происходят по следующей схеме:

Д + A ↔ (A +R) + (Д –R),

где Д – донор; А – акцептор; R – переносимый радикал.

К трансферазам, например, относят ферменты, производящие расщепление нуклеозидов до пентоз и пурина или пиримидина, а также ферменты катализирующие перенос фосфатных остатков – гликозилтрансферазы и фосфотрансферазы.

Гликозилтрансферазы катализируют синтез таких полисахаридов, как крахмал, гликоген, декстран, леван, сахароза.

Фосфотрансферазы катализируют перенос богатых энергией макроэнергетических фосфатных остатков.

Перенос макроэнергетических остатков производится только в присутствии аденозинтрифосфата (АТФ) в качестве донора и аденозиндифосфата (АДФ) или аденозинмонофосфата (АМФ) в качестве акцептора.

АТФ и АДФ в организме являются источником «активного фосфата». В АТФ из имеющихся двух макроэнергетических связей используется только одна концевая, а другие связи могут использоваться только после перевода в концевую макроэнергетическую связь АТФ:

АДФ + АДФ ↔ АМФ + ФТФ.

Под действием фосфотрансфераз осуществляется перенос остатков фосфорной кислоты от аденозинтрифосфата на глюкозу или фруктозу. В этом случае образуются аденозиндифосфат и фосфорный эфир соответствующего сахара.

Фосфотрансфераза, под действием которой происходит образование гексозофосфата из гексозы и аденозинтрифосфорной кислоты, называется гексокиназой, а фермент, катализирующий образование из гексозомонофосфата гексозодифосфата, – фосфогексокиназой. Гексокиназа и фосфогексокиназа содержатся в пивных дрожжах и играют важную роль в начальных реакциях спиртового брожения.

3. Гидролазы – класс, содержащий большую группу ферментов, часть из которых выпускаются специальными предприятиями в виде выделенных из субстратов и очищенных ферментных препаратов.

К гидролазам относятся эстеразы, карбогидразы, амидазы, протеазы.

Эстеразы катализируют реакции синтеза и распада сложных эфиров. К ним относятся: липазы, фосфатазы, аспиразы, рибонуклеаза и т. д.

Л

CH₂OCOR₁ CH₂OH

Липазы различного происхождения могут существенно различаться между собой по своим свойствам и специфичности действия. Липаза содержится в организме животных и человека (в соке поджелудочной железы, сыворотке крови, в печени), в семенах растений (особенно много в клещевине) и в некоторых микроорганизмах.

Липаза особенно сильно активизируется при неправильном хранении масличных семян. При повышенной влажности и температуре хранящихся семян может происходить увеличение содержания свободных жирных кислот за счет гидролиза жиров, что приводит к образованию горьковатого вкуса.

Фосфатазы отличаются специфичностью. Так монофосфатазы, расщепляют только моноэфиры фосфорной кислоты; дифосфатазы – диэфиры фосфорной кислоты; фитаза отщепляет остатки фосфорной кислоты от инозитфосфорной кислоты. Фитаза в относительно большом количестве содержится в ячменном солоде. Она гидролизует кальций-магниевую соль инозитфосфорной кислоты – фитин, при этом образуется инозит, который способствует росту дрожжевых клеток.