Изучение размеров и структуры белково-полисахаридных комплексов в системе творожная сыворотка-гуаран

Вопросами фракционирования белка из молочного сырья пищевыми полисахаридами ( ПС ) занимались многие выдающиеся ученые – В . Б . Толстогузов , В . В . Молочников , И . А . Евдокимов , Т . А . Орлова и др .

В их работах были исследованы и проанализированы условия термодинамической совместимости компонентов молочного сырья ( казеина , сывороточных белков ) и анионных ПС ( желатины , пектинов , натрийкарбоксимецилцеллюлозы и др .). Результаты исследований показали , что при смешении раствора ПС и молочного сырья ( цельного молока , обезжиренного молока , восстановленного молока , молочной сыворотки ) в ряде случаев белки молочного сырья и ПС ограниченно совместимы из - за разницы ионной силы растворов . В результате этого наблюдалось двухфазное расслоение жидкой системы : на белковую фазу , содержащую белок , и полисахаридную , содержащую ПС [2].

В настоящее время на рынке появились новые , более дешевые образцы полисахаридов . Так , фирмой Danisco ( Франция ) выпускается гуаран – полисахарид растительного происхождения , его стоимость не превышает трех долларов за килограмм . Это порошок белого цвета , гигроскопичный , хорошо растворимый в воде при комнатной температуре . На организм человека оказывает 184

благоприятное терапевтическое и диетическое воздействие , рекомендован к употреблению в детском питании .

В отличие от вышеупомянутых анионных полисахаридов , гуаран является нейтральным ( НПС ) и его поведение в различных жидких системах не достаточно хорошо изучено .

Проведенные нами исследования , посвященные изучению влияния гуарана на фазовое состояние белков творожной сыворотки , показали , что гуаран с ММ 30 кДа осаждает сывороточные белки в незначительных количествах ; гуаран с ММ 100 кДа способен к осаждению белков при концентрации 3 % и внесении 10 мл раствора гуарана в 100 мл сыворотки ; наиболее полное фракционирование творожной сыворотки имеет место при использовании 1 % раствора гуарана с ММ 400 кДа в количестве 10 мл на 100 мл исходной сыворотки [1].

Для дальнейших исследований был выбран 1% раствор гуарана ММ 400 кДа с количественным внесением 6, 10, 14, 20 мл раствора на 100 мл сыворотки . Содержание НПС в сыворотке составило : 0,053 % , 0,081%, 0,107 %, 0,138 % соответственно ( далее по тексту образцы №№ 1, 2, 3, 4). В качестве контроля использовалась исходная творожная сыворотка без НПС .

Цель исследования – провести спектрофотометрические и исследования творожной сыворотки с внесением гуарана различной концентрации .

Материалы и методы исследования

Объектами исследования служила творожная сыворотка и НПС растительного происхождения – гуаран с ММ 400 кДа (Danisco, Франция ).

Степень осаждения белка определяли по спектру мутности – в диапазоне 400–700 нм спектрофотометре «Specord M - 40» (Carl Zeiss, Jena, Германия ); размер надмолекулярных комплексов в диапазоне диаметра частиц от 10 нм до 1 мкм – на дзета - сайзере Malvern ( Великобритания ); концентрацию белка в растворе – по Бредфорду ; оптическую плотность при 595 нм – на спектрофотометре «Specord M-40» (Carl Zeiss, Jena, Германия ) в 1 см кювете 1 см кювете .

Результаты и их обсуждение

Измерение значений проводили сразу после приготовления образцов , а также через 4 и 8 часов . Результаты измерений динамического рассеяния света в исследуемых образцах показали , что гуаран формирует крупные комплексы с белками творожной сыворотки , которые в зависимости от концентрации гуарана способны к осаждению . Размеры комплексов соответствуют размерам наночастиц . Для всех исследованных образцов ( в том числе и контрольного ) метод динамического рассеяния света показал высокую полидисперсность систем по размерам частиц . Динамика изменений белково - полисахаридных комплексов в образцах сыворотки представлена в таблице 1.

В контрольном образце отмечено динамическое равновесие между белками сыворотки и белками , входящими в белково - полисахаридные комплексы . Образец № 1 характеризуется ростом числа белково - полисахаридных комплексов . Образцы № 2 и № 3 демонстрируют первоначальное понижение среднего размера белково - полисахаридных комплексов с последующим повышением ( весьма значительным для образца № 3). Сопоставление результатов остальных экспериментов свидетельствуют об увеличениии содержания комплексов и повышении их плотности . По данным динамического рассеяния света образца № 4, через 4 часа произошло значительное уменьшение среднего размера частиц ( почти на порядок ), но поскольку волновой экспонент уменьшился , а содержание гуарана в комплексах увеличилось , можно говорить об увеличении числа белково - полисахаридных комплексов и увеличении их плотности . К концу эксперимента большая часть этих комплексов выпала в осадок , остальные же образовали рыхлые агрегаты с преобладанием гуарана в структуре . Эти сформировавшиеся комплексы из - за их низкой плотности не осели и находились во взвешенном состоянии продолжительное время .

Определение условий нарушения равномерного распределения белка во взвешенном состоянии по всему объему сыворотки и выпадения его в осадок определяли методом спектротурбидиметрии . Сразу после приготовления образцов , а также через каждые 2 часа брались пробы для измерения спектра мутности . По результатам измерения для каждой пробы был рассчитан волновой экспонент . Результаты исследований показали , что внесение гурана в сыворотку приводило , практически мгновенно , к повышению волнового экспонента и значительному увеличению среднего размера частиц в сыворотке ( более чем в 2 раза для образцов № 1 и № 2, в 4 раза для образца № 3 и в 9 раз для образца № 4), что сопровождалось повышением оптической плотности до 33 %.

Таблица 1 – Динамика изменений белково - полисахаридных комплексов в образцах творожной сыворотки

Значения волнового экспонента и среднего размера частиц для образца № 1 незначительно различаются , по сравнению с контрольным , что позволяет сделать вывод , что гуаран в данной концентрации смещает динамическое равновесие в сторону образования более крупных комплексов , однако их размеры и плотность недостаточны для выпадения в осадок . Для образцов № 2 и № 3 были отмечены наименьшие волновые экспоненты , говорящие о преобладании крупных комплексов .

Значения волнового экспонента для растворов сыворотки с гуараном представлены в таблице 2.

Таблица 2 – Значения волнового экспонента творожной сыворотки с гуараном

Выводы

Таким образом , в результате проведенных исследований установлено , что фазовое разделение творожной сыворотки гуараном осуществляется за счет образования крупных , плотных белково - полисахаридных комплексов . Показано , что полнота осаждения белка творожной сыворотки зависит от ММ и концентрации используемого гуарана . В нашем случае использование гуарана с ММ 400 кДа оказалось более целесообразным . По - видимому , в данном случае оказывается важной разница в ММ сывороточных белков (14000-150000) и ММ гуарана . Менее крупные молекулы сывороточных белков и более крупные макромолекулы гуарана эффективно связываются и удерживаются гидрофобными связями .