Характеристика, фракционный состав казеина и его роль в технологии молочных продуктов. Казеин. Реферат Характеристика, фракционный состав казеина и его роль в технологии молочных продуктов
 Скачать 35.86 Kb.
|
|
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ МОРДОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ им. Н. П. ОГАРЁВА» Факультет биотехнологии и биологии Кафедра биотехнологии, биоинженерии и биохимии РЕФЕРАТ «Характеристика, фракционный состав казеина и его роль в технологии молочных продуктов» по дисциплине: «Биотехнология молочных продуктов» Автор работы: студентка 402 группы Специальности 06.05.01 «Биоинженерия и биоинформатика» В.Н. Бикеева Обозначение реферата Р – 02069964 – 06.05.01 – 11 – 1 Проверил: Кандидат биологических наук, доцент В.В. Шутова Саранск 2019 Содержание
Введение Наиболее важные составные части человеческого организма состоят из белков (мышцы, сердце, мозг и даже кости содержат значительное количество белка). Также, белковые молекулы принимают участие во всех важнейших процессах жизнедеятельности человека. Значение белков определяется не только многообразием их функций, но и их незаменимостью другими пищевыми веществами. Если жиры и углеводы в той или иной степени взаимозаменяемы, то белки компенсировать чем-либо невозможно. Поэтому белки считаются наиболее ценными компонентами пищи. Молочные белки более ценны, чем белки мяса и рыбы, и перевариваются быстрее. В своей работе я хочу более подробно рассмотреть свойства одного из основных белков молока – казеина. 1 Характеристика и фракционный состав казеина Казеин – основная белковая фракция коровьего молока, относится к запасным белкам. В коровьем молоке содержание казеина составляет 2,8-3,5% по массе (от всех белков молока – около 80%). Элементарный состав казеина следующий: углерод – 53,1%, водород – 7,1%, кислород – 22,8%, азот – 15,4%, сера – 0,8%, фосфор – 0,8%. Казеин содержит несколько фракций, отличающихся аминокислотным составом. Он является фосфопротеидом, следовательно, фракции казеина содержат остатки фосфорной кислоты (органический фосфор), присоединенные к аминокислоте серину моноэфирной связью (О-Р). Между фосфорными группировками могут образовываться кальциевые мостики, поэтому казеин называется казеинаткальцийфосфатный комплекс (ККФК). В состав ККФК входит небольшое количество лимонной кислоты, магния, калия и натрия. В молоке казеин находится в виде специфических частиц, или мицелл, представляющих собой сложные комплексы фракций казеина с коллоидным фосфатом кальция. Фракции имеют различный аминокислотный состав и отличаются друг от друга заменой одного или двух аминокислотных остатков в полипептидной цепи. Казеин встречается в виде нескольких фракций: α; β (самая гидрофобная); γ (короткоцепочечные обрывки β фракции казеина; в состав мицелл эта фракция не входит); κ (самая гидрофильная, содержит триуглерод). Мицелла состоит из субмицелл – это комплекс нескольких нитей фракции (10-12). В формировании мицелл участвует коллоидный фосфат кальция. В середине будут самые гидрофобные субмицеллы, снаружи – гидрофильные. Полярные группы, находящиеся на поверхности и внутри казеиновых мицелл (NH2, COOH, ОН и др.), связывают значительное количество воды – около 3,7 г на 1 г белка. Способность казеина связывать воду характеризует его гидрофильные свойства. Гидрофильные свойства казеина зависят от структуры, величины заряда белковой молекулы, рН среды, концентрации солей и других факторов. Они имеют большое практическое значение: от гидрофильных свойств казеина зависит устойчивость казеиновых мицелл в молоке; гидрофильные свойства казеина влияют на способность кислотного и кислотно-сычужного сгустка удерживать и выделять влагу; изменение гидрофильных свойств казеина необходимо учитывать при выборе режима пастеризации в процессе производства кисломолочных продуктов и молочных консервов; от гидрофильных свойств казеина и продуктов его распада зависят водосвязывающая и влагоудерживающая способность сырной массы при созревании сыров, консистенция готового продукта. 2 Физико-химические свойства казеина Изучена первичная структура всех казеинов и их физико-химических свойств. Эти белки имеют молекулярную массу около 20 тыс., изоэлектрическую точку около 4,7. Содержат повышенные количества пролина (полипептидная цепь имеет b-структуру), устойчивы к действию денатурантов. Остатки фосфорной кислоты (обычно в виде Са-соли) образуют сложноэфирную связь главным образом с гидроксигруппой остатков серина. Высушенный казеин – белый порошок без вкуса и запаха, практически не растворим в воде и органических растворителях, растворяется в водных растворах солей и разбавленных щелочей, из которых выпадает в осадок при подкислении. Казеин обладает способностью к створаживанию. Этот процесс имеет ферментативную природу. У новорожденных в желудочном соке содержится особая протеиназа – химозин, который отщепляет от казеина гликопептид с образованием так называемого параказеина, обладающего способностью к полимеризации. Этот процесс – первая стадия створаживания всего казеина. У взрослых животных и человека образование параказеина происходит в результате действия пепсина. По способности к створаживанию казеин сходен с фибриногеном плазмы крови, который при действии тромбина превращается в легко полимеризующийся фибрин. Считается, что фибриноген является эволюционным предшественником казеина. Способность к створаживанию имеет большое значение для эффективной ассимиляции новорожденными молока, т. к. обеспечивает его задержку в желудке. Казеин легко доступен для пищеварительных протеиназ уже в нативном состоянии, в то время как все глобулярные белки приобретают это свойство при денатурации. При частичном протеолизе казеина, происходящем при ассимиляции молока новорожденными, образуются физиологически активные пептиды, регулирующие такие важные функции, как пищеварительную, кровоснабжение мозга, активность центральной нервной системы и др. Для выделения казеина снятое молоко подкисляют до рН 4,7 что вызывает выпадение казеина в осадок. Казеин подобно всем белкам обладает амфотерными свойствами – способен проявлять как кислые, так и щелочные свойства. Наоборот, в кислом растворе казеин приобретает способность реагировать со щелочами, т.е. катионами, при этом он заряжается положительно. В молоке казеин имеет явно выраженные кислые свойства. Его свободные карбоксильные группы дикарбоновых аминокислот и гидроксильные группы фосфорной кислоты легко взаимодействуют с ионами солей щелочных и щелочноземельных металлов (Na+-, К+, Са2+, Mg2+), образуя казеинаты. Свободные аминогруппы казеина могут взаимодействовать с альдегидами, например с формальдегидом: Эта реакция лежит в основе определения содержания белков в молоке методом формольного титрования. 3 Виды казеиновых продуктов В зависимости от конкретной технологии производства и природы агентов, вызывающих коагуляцию и образование казеинового сгустка, получают следующие основные виды казеиновых продуктов: сычужный казеин, получаемый ферментативной коагуляцией белка в обезжиренном молоке с последующей промывкой и сушкой; кислотный казеин, получаемый подкислением обезжиренного молока кислотами до изоэлектрической точки, нагревом, промывкой и сушкой; казеинаты, например казеинат натрия, получаемый из кислотного казеина путем его растворения в растворе гидроксида натрия с последующей сушкой; копреципитаты, получаемые нагреванием обезжиренного молока до высокой температуры с последующим осаждением комплекса казеина с сывороточными белками хлоридом кальция или кислотой. В промышленности для получения казеина молоко сначала центрифугируют, чтобы удалить содержащиеся в нем липиды, а затем добавляют в него слабощелочной раствор. После этого снова центрифугируют для отделения малейших следов липидов и добавляют разбавленный раствор кислоты, чтобы добиться максимально полного выпадения казеина в осадок. Образовавшийся творожный сгусток промывают для удаления кислоты и высушивают при низкой температуре, поскольку казеин чувствителен к нагреванию. 4 Стадии производства казеина Казеин выпускают в виде двух форм: пищевой и технический. Пищевой казеин используется на молочных, мясных и кондитерских предприятиях в качестве белкового наполнителя, улучшающего качество готового продукта. Технический казеин находит широкое применение в химической, деревообрабатывающей, целлюлозно-бумажной, парфюмерной, фармацевтической и даже в космической промышленности. Из 1 т обезжиренного молока получается 25 кг сухого казеина. Стадии производства казеина следующие: Подготовка обезжиренного молока; После сепарирования молоко необходимо пастеризовать на пластинчатых пастеризаторах. Содержание сухих веществ в молоке должно быть не менее 8 %, а жирность – не более 0,05 %. Осаждение казеина; Существуют три способа осаждения казеина: кальциевый, кислотный, сычужный. При использовании кальциевого способа производства казеина в молоко вносится СаС1,. Молоко нагревается до 95-97 °С, при этом наряду с казеином осаждается также и сывороточный белок. Степень использования белков молока при этом достигает 95 %. Кислотный способ производства казеина является самым распространенным. При кислотном способе казеин можно осаждать (в зависимости от назначения) разными путями: молочной кислотой и ферментами, вырабатываемыми закваской; кислой сывороткой (зерненый способ); молочной кислотой; соляной кислотой; серной кислотой. При сычужном способе производства казеина используют сычужный фермент. Кислую сыворотку медленно вливают в обезжиренное молоко при постоянном помешивании до образования хлопьев белка. После того как сыворотка становится прозрачной, перемешивание прекращают. Далее сгустку дают осесть, а часть сыворотки удаляют. Далее к массе опять приливают кислую сыворотку, и продолжают перемешивание до получения упругих зерен. Весь этот процесс можно проводить в сыродельных ваннах. Промывка казеина; Промывку казеина осуществляют для удаления молочной кислоты, золы и других примесей. Для этого зерно промывают теплой пастеризованной водой не менее 3 раз. Операцию осуществляют в той же емкости, что и осаждение. Прессование казеина; Перед сушкой казеин необходимо освободить от избытка влаги. Прессовать казеин можно на рычажных или шнековых прессах. Но чаше всего для этой цели используют центрифуги периодического или непрерывного действия. Влажность отпрессованного казеина около 60%. Измельчение и сушка казеина; Отпрессованный казеин перед сушкой измельчают на зерна размером 3-5 мм в казеинодробилке, волчке или на специальной терке. Сушат казеин на специальных сушилках в псевдоожиженном слое. Полученный казеин должен иметь кислотность до 50 °Т, влаги – не более 12%, липидов – до 1,5%. Фасовка казеина. Высушенный казеин фасуют в мешки из крафт-бумаги или в тару из синтетического материала. В герметичной таре казеин долгое время сохраняет свои качества. 5 Применение казеина в различных областях промышленности Как пищевой, так и технический казеин, нашел широкое применение в различных отраслях промышленности: пищевой, текстильной, химической, кожевенной, бумажной, фармацевтической и т.д. Казеин содержит все необходимые организму аминокислоты (в т. ч. незаменимые), является главной составной частью творога и сыра; производство пастеризованного и стерилизованного молока требует сохранения стойкости белков, а творога, казеина, сыра, наоборот, – быстрого разрушения устойчивости и полной коагуляции белков. Казеин служит пленкообразователем в производстве клеев и клеевых красок, а также сырьем для пластмасс и волокон. Казеин относится к белкам с наибольшей биологической ценностью, которая определяется его быстрой ферментативной гидролизу емкостью, наличием и оптимальным соотношением незаменимых аминокислот. Поэтому во всем мире казеин и его производные находят все большее применение в пищевой промышленности. Он используется для обогащения хлебобулочных, мясных изделий и в следующих продуктах питания: восстановленное молоко, взбитые сливки, различные напитки, бульоны, бисквиты, кондитерские изделия. Известны и многочисленные новые пути применения казеина. Так, известны превращения его в искусственное мясо и искусственную икру. Как правило, казеин вводится в смеси для детского питания, что по современным представлениям считается биологически оправданным. Пищевая промышленность многих стран мира, наряду с применением сухого обезжиренного молока, проявляет все больший интерес к новым видам молочно-белковых концентратов: казеину, казеинатам. Преимуществом этих видов концентратов является, в первую очередь, высокое содержание в них белка. Казеин находит разнообразное применение в промышленности. Его используют как водостойкое вещество, обеспечивающее адгезию клея на склеиваемых поверхностях, как связующее вещество в производстве клеевых красок и при проклеивании бумаги, а также в качестве стабилизатора в различных эмульсиях. Заключение Казеин – главный белок молока всех млекопитающих. Присутствует в молоке не в свободном виде, а в соединении с кальцием, т.е. как казеинат кальция. При скисании молоко свертывается – казеин выпадает в осадок в виде творожного сгустка. В коровьем молоке содержится около 3% казеина (по объему); на его долю приходится до 80% от общего содержания белков молока. Казеин принадлежит к группе белков, называемых фосфопротеинами. Как и все белки, он образован из многих различных аминокислот, соединенных друг с другом в полипептидную цепь, но содержит также большое число фосфатных групп, которые и связывают кальций. Обладает амфотерными свойствами. Растворимость казеина в различных растворах – важный фактор, определяющий его промышленное получение. Казеин растворим в разбавленных растворах щелочей и в сильных кислотах, однако нерастворим в разбавленных кислотах, где он выпадает в осадок. Казеин получают разными способами. Один из них состоит в том, что в молоко добавляют немного кислоты. Этим казеин освобождают от кальция, а затем его осаждают слабым нагреванием. Второй способ основан на добавлении сычужного фермента, вызывающего свертывание молока. Получаемый при этом творожный сгусток служит для изготовления сыров. Казеин – важный пищевой продукт. Хорошим источником казеина служат молоко и сыр, также, казеин находит разнообразное применение в различных областях промышленности. Список использованных источников 1. Черников М.П. Протeолиз и биологическая ценность белков (Казеины как собственно пищевые белки). – М.: КолосС, 2010. – 264с. 2. Богатова О.В., Догарева Н.Г. Химия и физика молока: Учебное пособие. – М.: Академкнига, 2009. – 137 с. 3. Овчинников А.И., Горбатова К.К. Биохимия молока и молочных продуктов. – М.: СпецЛит, 2009. – 192 c. 4. Дымар О.В., Чаевский С.И. Производство казеина: основы теории и практики. – М.: Феникс, 2010. – 256 c. 5. Бредихин С.А., Космодемьянский Ю.В., Юрин В.Н. Технология и техника переработки молока. – М.: Колос, 2011. – 400 с. |