Строение и функции белков молока

«Национальный Университет Пищевых Технологий»

Кафедра химии

Курсовая работа по биохимии

«Строение и функции белков молока»

Руководитель:

д.б.н. Вашека С.В.

Исполнитель: студент группы 431-м

Семиченко А.А.

Киев 2011

 

Содержание

Введение

1. Литературная часть

1.1 Биохимическая ценность  молока

1.1.1 Белковый состав молока. Биологические функции белков  молока

1.1.2 Аминокислотный состав  белков

1.1.3 Липидный состав молока

1.1.4 Витаминный состав  молока

1.1.5 Углеводный состав  молока

1.1.6 Минеральный состав  молока

1.2 Структура белков молока

1.3 Химические свойства  казеина

1.4 Гидролиз белков молока

1.5 Значение белков молока  в питании человека

1.6 Использование белков  молока в пищевой промышленности

2. Экспериментальная часть

2.1 Материал исследования

2.2 Методика исследования

2.3 Результаты исследования

Выводы

Список использованной литературы

 

Введение

В жизни человека наиболее важную роль играет питание. Оно определяет и физическое состояние, а также  физическое и умственное развитие, повышает иммунитет и т. д.

Молока считается наиболее ценным продуктом животного и  растительного мира, т.е. наиболее ценным в биологическом и пищевом  отношении, т.к. содержит все необходимые  для организма человека питательные  вещества в сбалансированном соотношении  – белки, аминокислоты, липиды, витамины, углеводы, минеральные вещества.

Целью курсовой работы является изучение биохимической ценности молока, строения и их функций. Для этого были поставлены следующие задачи:

- изучить биохимический  состав молока

- изучить строение белков  молока

- изучить функции белков  молока

- изучить химические изменения  белков молока при гидролизе

- изучить значение молока  в питании человека

- изучить изменения в  содержании белка в молоке  при хранении

 

1. Литературная  часть 

 

1.1 Биохимическая  ценность молока

Химический состав молока животных очень сложный. В молоке содержатся аминокислоты, белки, углеводы, липиды, фосфатиды, стероиды, витамины, ферменты, соли, газы, вода, кальций.

Таблица 1.1.Химический состав коровьего молока, % [7]

Названия веществ	Содержание
Вода	88
Липиды	3,7
Углеводы	5,4
Минеральные вещества	0,8
Белки	3,7

Состав и свойства молока зависят в основном от породы и  возраста коровы, лактационного периода, кормления и условий содержания.

В молоке содержится от 87-89 % воды, которая жизненно необходима для новорожденного. Её роль неоценима - являясь основной средой протекания жизненных процессов, она переносит питательные вещества, участвует в многочисленных реакциях (прежде всего в гидролитических), стабилизирует температуру тела и т.д. [5] 

 

1.1.1 Белковый состав  молока. Биологические функции белков  молока

Общее содержание белков в  молоке колеблется от 2,9 до 4%. Белки  молока разнообразны по строению, физико-химическим свойствам и биологическим функциям. Они необходимы для обеспечения  нормального развития теленка, а  также имеют особое значение в  питании людей.

В молоке содержится целая  система белков, среди которых  выделяют две главные группы: казеины  и сывороточные белки. Белковый состав приведен в табл.1.

Таблица 1 Белковый состав молока[1]

Белок	Содержание, % от общего количества белков обезжиренного молока	Молекулярная масса	Изоэлектрическая точка, рН	Компоненты и генетические варианты
Казеины	78-85
αs-казеины	45-55	22000-24000	4,1	Компоненты: αs1 (варианты А, В, С, D), αs0, αs2, αs3, αs4, αs5
χ -казеины	8-15	19000	4,1	Компоненты, содержащие от 1 до 5 углеводных цепей, варианты А, В
β-казеины	25-35	24000	4,5	Варианты А1, А2, А3, В, С, D
γ-казеины	3-7	12000-21000	5,8-6	Компоненты: γ1, (варианты А1, А2, А3, В), γ2, γ3
Сывороточные белки	15-22
β-лактоглобулин	7-12	18000	5,3	Варианты А, В, D, Dr
α-лактоглобулин	2-5	14000	4,2-4,5	Варианты А, В
альбумин сыворотки крови	0,7-1,3	69000	4,7
Иммуноглобулины	1,9-3,3
ИгG	1,4-3,3	150000-163000	5,5-6,8	Компоненты: ИгG1, ИгG2
ИгA	0,2-0,7	400000
ИгM	0,1-0,7	1000000
Протеозо-пептоны	2-6	4000-41000	3,3-3,7	Компоненты: 3, 5, 8 «быстрый», 8 «медленный»

К первой основной группе относится  казеин, содержащий 4 фракции и их фрагменты. Вторая группа представлена сывороточными белками - β-лактоглобулином, α-лактоглобулином, иммуноглобулинами и альбумином сыворотки крови. Кроме того, в нее входят лактоферрин и некоторые другие, так называемые минорные, белки. К третьей группе относятся белки оболочек жировых шариков, составляющие всего около 1% всех белков молока.

Основная часть белков молока (78-85%) представлена казеинами (казеином). Благодаря использованию современных  методов биохимического анализа  белков, в том числе электрофореза  в различных средах, стал известен состав компонентов (фракций) казеина, а также генетические варианты главных  компонентов.

Компонентами сывороточных белков являются β-лактоглобулин и α-лактоглобулин, а также альбумин сыворотки крови, иммуноглобулины, протеозо-пептоны и лактоферрин.

К белкам молока следует  отнести ферменты, некоторые гормоны (пролактин и др.) и белки оболочек жировых шариков. Казеины являются пищевыми белками. Они максимально  расщепляются пищеварительными протеиназами в нативном состоянии, в то время как обычно глобулярные белки приобретают эту способность только после денатурации. Казеины обладают свойством свертываться в желудке новорожденного с образованием сгустков высокой степени дисперсности. Кроме того, они являются источником кальция и фосфора, а также целого ряда физиологических активных пептидов. Так, при частичном гидролизе Ϟ-казеина под действием химозина в желудке освобождаются гликомакропептиды, регулирующие процесс пищеварения (уровень желудочной секреции). Физиологическая активность присуща и растворимым фосфопептидам, образующимся при гидролизе Ϟ-казеина.

Не менее важными биологическими функциями обладают сывороточные белки. Иммуноглобулины выполняют защитную функцию, являясь носителями пассивного иммунитета, лактоферрин и другой белок – лизоцим, относящийся к ферментам молока, обладают антибактериальными свойствами. Лактоферрин и β-лактоглобулин выполняют транспортную роль – переносят в кишечник новорожденного железо, витамины и другие важные соединения.

Сывороточный белок α-лактоглобулин имеет специфическую функцию: он необходим для процесса синтеза лактозы.

Казеин. Среднее количество его в молоке составляет 81% от общего содержания белков в молоке. Химически чистый казеин – белое аморфное вещество без запаха и вкуса – практически не растворяется в воде. Казеин, получаемый в промышленности, имеет желтоватый оттенок вследствие наличия в нем некоторых веществ, попадающих в него из молока (например, жира), и изменения белка при сушке. Высушенный казеин гигроскопичен и хранить его нужно в закрытой таре в сухом помещении. В молекулу казеина входит углерод, азот, водород, кислород, сера и фосфор. Фосфор находится в виде фосфорной кислоты, образующей эфирную связь с оксиаминокислотами (серином и треонином) казеиновой молекулы. На этом основании многие рассматривают казеин как сложный белок.

Молекулярный век казеина  около 30000.

Казеин, как и все белки  – сложное соединение аминокислот, в которых имеются свободные  аминные (основные) и кислотные группы. Таким образом, казеин – амфотерный электролит, способный диссоциировать как кислота и как основание в зависимости от реакции среды. При щелочной реакции раствора казеин заряжается отрицательно, вследствие чего он способен реагировать с кислотами:

R – СH – NH₂ + HCl => R – CH – NH₃Cl          

 COOH                    NH₃OH

Наоборот, в кислом растворе казеин приобретает способность  реагировать со щелочами, т.е. катионами, при этом он заряжается отрицательно:

 

R – СH – NH₂ + NaOH => R – CH – NH₃OH

          COOH                     COONa

Следовательно, казеин может  образовывать соли и с основаниями, и с кислотами.

Вследствие того, что количество карбоксильных групп больше, чем  аминных, реакция казеина кислая; для нейтрализации его в растворе нейтральных солей при индикаторе фенолфталеине требуется около 8,1 мл 0,1 н. раствора щелочи на 1 г казеина.

В кислотах как минеральных, так и органических (уксусная, муравьиная и т.д.) казеин растворяется. Растворы казеина – это вязкие коллоидные трудно фильтрующиеся жидкости. Из соединений казеина наибольший интерес представляют соли щелочных и щелочноземельных металлов.

Соли казеина со щелочными  и щелочноземельными металлами  называют казеинатами. Соли казеина со щелочными металлами, растворяясь в воде, образуют прозрачные или слегка опалесцирующие (рассеивающие свет) жидкости.

В молоке казеин находится  в форме кислых солей – кальциевых казеинатов.

Наличие у казеина аминогруппы NH₂ (дающие с водой гидроксильные ионы NH₂ + HOH = NH₃⁺ + OH^-) обусловливает образование с кислотами двойных растворимых солей:

H₂SO₄ + NH₂ – R – COOH => H₂SO₄ * NH₂ – R – COOH

Присутствие аминогруппы  в молекуле белка вызывает реакцию  казеина с формалином – образование  метиленового белка, причем в слабокислой  среде реакция проходит по уравнению:

 

R – NH₂ + CH₂O + H₂N – R => R – NH – CH₂ – NH – R + H₂O

^{Казеин  Формалин Казеин Метиленовый  белок}

в слабощелочной:

R – NH₂ + CH₂O => R – N = CH₂ + H₂O

Такая реакция наблюдается  при консервировании молока формалином. Образование метиленового казеина  вследствие разрушения в нем аминных групп, обладающих щелочной реакцией, вызывает увеличение кислотности молока.

Альбумин. В молоке альбумина не много – около 0,4%. Количество его повышается в молозиве, где оно достигает в первый день после отела иногда 2%, а затем в молозивные период равно 0,5 – 0,8%. Значительно больше, чем в коровьем молоке, содержится альбумина в молоке ослиц, кобылиц.

Молочный альбумин (лактоальбумин) в противоположность казеину растворим в воде, но выпадает из раствора при нагревании его до 70-80⁰С. Такой выпавший альбумин вновь в воде не растворяется, так как при нагревании происходит изменение в строении белковой молекулы альбумина – денатурация его. Когда пастеризуют или просто нагревают молоко, то на стенках аппарата, посуды, в которых проводят нагревание, образуется осадок – молочный камень, который состоит в основном из выпавшего альбумина. В кислых растворах при нагревании альбумин выделяется хлопьями.

В нейтральных жидкостях (например, в некислой молочной сыворотке) альбумин может быть высален насыщенным раствором сернокислого аммония, сернокислым  натрием, танином и рядом других веществ.

Молекулярный вес альбумина  близок к молекулярному весу казеина. При действии сычужного фермента альбумин не свертывается. В молекуле альбумина фосфора нет, поэтому  он относится к простым белкам.

Растворимость альбумина  в молоке и то, что он не коагулирует  в изоэлектрической точке, объясняется  тем, что молекулы и частички альбумина  сильно гидротированы.

Такие молекулы и частички белка при большой гидратированности могут находиться в растворе, несмотря на уменьшение их электрического заряда или даже при полном отсутствии его. Гидратация понижает поверхностную энергию коллоидной частицы. Вокруг коллоидной части белка группируются молекулы воды, причем первый слой боле плотно соединен с коллоидной частицей. Связь последующих слоев воды с коллоидной частицей постепенно ослабевает.

При недостаточной гидратации частиц белка водный слой становится слабым и частицы их при потере электрического заряда стремятся соединиться, укрупняясь и коагулируя.

Частицы альбумина гидратированы в большей степени, чем казеина, поэтому в изоэлектрической точке они не коагулируют, хотя устойчивость их вследствие нейтрализации электрических зарядов уменьшается. Спирт, отнимая от белков, в частности от альбумина, воду, нарушает его устойчивость в растворе, и альбумин выпадает в осадок. Реакция альбумина кислая, по величине близкая к казеину. В химическом отношении он также аналогичен казеину, образует соединения как со щелочами, так и с кислотами.

Молочный глобулин – это третий белок молока, количество его еще меньше, чем альбумина, - всего около 0,2%.

Между глобулинами молока различают собственно молочные глобулины  – 0,15% и имунные глобулины – 0,05%.

Выделить глобулины можно  при полном насыщении молочной сыворотки  сернокислым магнием, осадок глобулина  надо отфильтровать и диализом освободить от минеральных солей.

Глобулин, выделяемый в чистом виде из молока, представляет собой  порошок, растворимый в воде, содержащей соли.

В молоке глобулин находится  в растворенном состоянии. При нагревании раствора, имеющего слабокислую реакцию, до 75⁰С глобулин выпадает в осадок. Обычно осаждение его при пастеризации происходит вместе с альбумином молока.

По пространственному  расположению полипептидных цепей  белки молока относятся к глобулярным  белкам. Изучение их вторичной и  третичной структуры показало, что  казеин в отличие от обычных глобулярных  белков почти не содержит α-спиралей; α-лактальбумин и β-лактоглобулин содержат большее количество спирализованных участков. Казеин, вероятно, промежуточное положение между компактной структурой глобулы и структурой беспорядочного клубка, которая обычно наблюдается при денатурации глобулярных белков. Такая структура обеспечивает хорошую расщепляемость казеина протеолитическими ферментами при переваривании в нативном (природном) состоянии без предварительной денатурации.