V Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2013

Более 4 миллиардов лет назад на Земле из маленьких неорганических молекул непостижимым образом возникли белки, ставшие строительными бло­ками живых организмов. Своим бес­конечным разнообразием всё живое обязано именно уникальным молеку­лам белка, и иные формы жизни во Вселенной науке пока неизвестны.

Белки, или протеины (от греч.protos — первый, первичный), — это природ­ные органические соединения, кото­рые обеспечивают все жизненные процессы любого организма. Из бел­ков построены хрусталик глаза и па­утина, панцирь черепахи и ядовитые вещества грибов... С помощью белков мы перевариваем пищу и боремся с болезнями. Благодаря особым белкам по ночам светятся светлячки, а в глу­бинах океана мерцают таинствен­ным светом медузы. Нормальная деятельность любого организма возможна лишь при непрерывном поступлении пищи. Входящие в состав пищи белки необходимы для жизненных процессов организма. Одними из основных продуктов питания, поставляющими хорошо усвояемый белок, являются молоко и молочные продукты.

Молоко незаменимо для питания истощенных, утомленных и ослабленных людей. По химической и биологической ценности молоко и молочные продукты превосходят все другие продукты, встречающиеся в природе. Специалисты по вопросам питания считают, что молоко и молочные продукты должны давать 1/3 калорийности суточного рациона. К настоящему времени молоко является исходным сырьем для создания огромного количества пищевых продуктов повышенной биологической ценности. Аминокислоты молока настолько хорошо сбалансированы, что его белки усваиваются на 98%. По своей ус­вояемости белки молока уступают (и то только на 2%) усвояемо­сти белков яйца, аминокислотный баланс которого принят Все­мирной Организацией Здравоохранения (ВОЗ) за эталон (100%). Комбинации белков молока с другими белковыми продуктами позволяют значительно улучшить общую сбалансированность аминокислот белков всего пищевого рациона. Так как белки являются основной составной частью молока, на осаждение белка основано получение кисломолочных продуктов, сыра то актуальным представляется всесторонние изучение белковой части молока.

Для этого проводились теоретические и экспериментальные исследованиясостава белков молока, рассматривалась возможность их разделения, для чего определялась изоэлектрическая точка казеина, проводилось осаждение казеина и сывороточных белков различными методами; исследовалось влияние срока хранения молока на количественный белковый состав молока.

В ходе выполнения исследовательской работы в основном использовались методы: аналитический (анализировались источники информации, теоретический материал по выбранной теме), химический эксперимент (проводились опыты, характеризующие состав белков молока, способы их осаждения).

Исследовательская работа состоит из 3 частей.

В первой части работы изучали состав белков молока, в том числе аминокислотный.

В молоке, в основном, представлены три вида белка: казеин (казеиноген), лактоальбумин, лактоглобулин. Кроме того, в нем содержится небольшое количество белка оболочек жировых шариков. Сочетание кальция и фосфора в едином белковом комплексе является в высшей степени благоприятным. Для усвоения каль­ция необходим фосфор и, наоборот, для усвоения фосфора необ­ходим кальций. Оптимальное соотношение этих двух важнейших микроэлементов происходит в пропорции 1:1,3 (каль­ций/фосфор). Без такого соотношения невозможно нормальное построение кожной ткани, зубов, суставно-связочного аппарата и т.д.

Лактоальбумин содержит в своей молекуле значительное ко­личество серы. В нем больше, чем в казеине незаменимых амино­кислот. По физико-химическим свойствам лактоальбумин близок к альбуминам сыворотки крови. Содержание триптофана, обла­дающего анаболическим действием, в лактоальбумине в 4 раза больше, чем в других белках молока. Лактоальбумин также отли­чается высоким содержанием лизина и фенилаланина.

Лактоглобулин по биологическим свойствам относится к ве­ществам, обладающим антибиотическими свойствами (гамма-глобулин и др. виды глобулинов). Он относится к фракции сыво­роточных белков, в которую входят антитела. В белке сыворотки молока содержание лактоглобулина составляет около 10%. В мо­лозиве его количество в несколько раз выше и составляет 20%.

В работе анализировался аминокислотный состав молока. Белки молока содержат почти все аминокислоты, встречающиеся в белках. В состав входят как циклические, так и ациклические аминокислоты – нейтральные, кислые и основные, причем преобладают кислые. Биологическая ценность казеина несколько ограничивается дефицитом триптофана, серосодержащих аминокислот – цистина, вместе с тем казеин содержит высокое количество фенилаланина, тирозина и метионина. В сывороточных белках баланс дефицитных серосодержащих и других незаменимых аминокислот лучше, чем в казеине, и значит биологическая ценность их выше. Благодаря тому, что белки молока находятся в растворенном состоянии, они легко атакуются и перевариваются протеолитическими ферментами пищеварительного тракта.

Молоко по содержанию незаменимых аминокислот является полноценным.

Проводилось исследование химического состава белков молока на наличие групп атомов, характерных для белковых структур с помощью качественных реакций (цветные реакции белков). Использовались биуретовая реакция (на обнаружение пептидных связей в белках); нингидридовая реакция (на аминогруппу); реакция Сакагучи (на аргинин); реакция Фоля (на цистин); ксантопротеиновая реакция (на ароматические аминокислоты); Реакция Милона (на тирозин), реакция Адамкевича (на триптофан); реакция Паули (на тирозин).

Как показали цветные реакции, все вышеперечисленные группы белков входят в состав белков молока.

В исследовательской части №2 определяли изоэлектрическую точку белка, проводили осаждение белков молока различными методами.

Изоэлектрической точкой белка называется величина pH среды, при которой суммарный электрический заряд белка равен нулю. Растворы белков в изоэлектрической точке наименее устойчивы, нейтральные молекулы белка легко выпадают в осадок. Вследствие этого определение изоэлектрической точки может быть сведено к определению pH раствора, при котором наблюдается наиболее полное и быстрое выпадение белка в осадок.

Для определения изоэлектрической точки казеина в 7 сухих пробирок наливали последовательно реактивы в определенных количествах(в мл), перемешивали

Через 5минут начинали наблюдать помутнение растворов. Наибольшее количество осадка наблюдается в пробирке №4 (рН = 4,7), следовательно в этой пробирке рН соответствует изоэлектрической точке казеина (справочные данные 4,6).

В этой части работы проводилось необратимое осаждение белков (денатурация)под действием неорганических растворителей(минеральными кислотами, солями тяжелых металлов, органическими осадителями). В нормальных условиях белок имеет устойчивую сложную структуру. Необратимые реакции осаждения приводят к денатурации белков, при этом разрушается пространственная структура молекулы и белки утрачивают свои естественные биологические и физико-химические свойства. Денатурацию белков можно вызвать физическими воздействиями (кипячение, замораживание, высокое давление, вибрация, радиоактивное излучение и др.) и химическими осадителями. Для практики молочной промышленности особый интерес представляет прежде всего способность казеина к коагуляции, которую можно осуществить с помощью кислот, ферментов (сычужного), гидроколлоидов (пектин).

Кроме того интерес представляет разделение белков молока на различные фракции. Казеиновый комплекс известен как основ­ная фракция белков молока. На долю специфического фосфопротеида казеина приходится 80% всех белков молока. Его можно легко выделить путем коагуляции либо при естественном брожении, либо с помощью сычужного фермента. Остающиеся в растворе белки названы сывороточными белками.

Казеин — белковый компонент молока, осаждающий­ся при рН 4,6. Лактальбумин — белок молока, растворимый в полу­насыщенном растворе сульфата аммония. Лактоглобулин — белок молока, не растворимый в полунасыщенном растворе сульфата аммония. В работе проводилось осаждение казеина двумя способами, полученную сыворотку исследовали. Цветные реакции показали наличие белка, отсюда следует сывороточные белки не выпали в осадок вместе с казеином. Сывороточные белки более стойкие, чем казеин; их структура разрушаются при более жестких условиях. Фракционное осаждениеальбумина и глобулина проводили с помощью раствора сульфата аммония. Фибриноген выпадает в осадок при 33% насыщении сернокислым аммонием, глобулины - при полунасыщении, а альбумины - при полном насыщении раствора сульфатом аммония. Устойчивость белка к внешним воздействиям различна. Наиболее устойчивую структуру имеет альбумин.

В третий части работы исследовалось влияние срока хранения питьевого пастеризованного молока на количественный белковый состав молока. Для этого определяли содержание белка в молоке методом формольного титрования (для анализа использовали только что произведенное молоко и после 8 суток хранения), фотометрическим, рефрактометрическим. Больших расхождений в значениях не получили.

Таблица. Содержание белка в молоке

№ пробы	Содержание, сутки
	1-ые	8-ые
1	4,074	2,716
2	4,268	2,792
3	3,88	2,716
среднее	4,074	2,74

Из данных таблицы видно, что в результате воздействия хранения сроком 8 суток, содержания белков в молоке уменьшилось на 32,8%, а по литературным данным содержание белков в течение 8 суток уменьшилось на 26%. Расхождение в экспериментальных данных с литературными может быть вызвано тем, что молоко бралось у разных коров, разных по возрасту и состоянию здоровья, с разным режимом питания и жирности молока.

Таким образом,в работе были проведены теоретические и экспериментальные исследованиябелков, входящих в состав молока, рассмотрены возможности их разделения на отдельные фракции. Выяснили, что основной белок молока - это казеин, содержание которого в молоке 2,7%) (81,9%) от общего количества белков молока). Лактоальбумин содержится в молоке в количестве 0,4%) (12,1%) от общего количества белков молока). Лактоглобулин в количестве 0,2% (6% от общего количества белков молока). Белки молока отличаются от других белков тем, что связа­ны в едином комплексе с фосфором и кальцием, а также особен­ностями коллоидной системы. Определили, что белки молока содержат почти все аминокислоты, встречающиеся в белках. Биологическая ценность казеина несколько ограничивается дефицитом триптофана, серосодержащих аминокислот – цистина, вместе с тем казеин содержит высокое количество фенилаланина, тирозина и метионина. В сывороточных белках баланс дефицитных серосодержащих и других незаменимых аминокислот лучше, чем в казеине, и значит биологическая ценность их выше. Благодаря тому, что белки молока находятся в растворенном состоянии, они легко атакуются и перевариваются протеолитическими ферментами пищеварительного тракта. Молоко по содержанию незаменимых аминокислот является полноценным.

С помощью цветных реакций определили, что белки молока содержат большинство функциональных групп, характерных для этой группы веществ. Определили, что самый низкий порог коагуляции имеет казеин. Экспериментальным путем определили так же, что рН = 4,7 соответствует изоэлектрической точке казеина. Он легче других белков, входящих в состав молока выпадает в осадок, он легко может быть отделен от сывороточных белков. В свою очередь альбумин и глобулин так же можно разделить, так как на их коагуляцию влияют различные концентрации сульфата аммония. Так же убедились, используя методы формольного титрования, фотометрический, рефрактометрический в том, что при хранении молока значительно снижается количество в нем белков.

Код для цитирования: Скопировать