Способ изменения изоэлектрической точки белка с использованием активированной воды Российский патент 2023 года по МПК A23J3/08 

Настоящее изобретение относится к пищевой промышленности, а именно к изменению изоэлектрической точки белка (ИЭТБ) под действием воды, предварительно активированной микроволнами и минералом шунгитом, имеющим в своем составе органоминеральный комплекс.

Известен способ воздействия на белки с использованием органических соединений (этиловый спирт, ацетон и др.), снижающих гидратацию макромолекул, и соотношение между положительными и отрицательными зарядами [1].

Известен способ смещения ИЭТБ в щелочную и в кислую сторону с использованием органических соединений, содержащих пятичленные циклы с гетероатомами азота (азолы) различного состава, за счет их специфической адсорбции на макромолекулах белков [2].

Недостатками данных технических решений является использование органических соединений, которые вызывают опасность в производстве пищевой продукции.

Наиболее близким к заявленному техническому решению является способ изменения ИЭТБ за счет добавки сильных электролитов (KCl, NaCl), изменяющая степень гидратации макромолекул белка [3].

Недостатком данного способа является добавка непищевых (KCl) и лишних объектов, снижающих основные свойства белков.

Задачей, на решение которой направленно заявляемое изобретение, является доступное и технически простое управление изоэлектрической точкой белка для получения новых видов пищевой продукции.

Данная задача решается с помощью активации воды: микроволнами или настаиванием ее на шунгите для изменения изоэлектрической точки белка.

Известно, что белки - лабильные амфотерные соединения, относящиеся к классу электролитов, способные в условиях среды изменять соотношение положительных и отрицательных зарядов на макромолекуле. При их равенстве (изоэлектрическая точка белка) наблюдается коагуляция белка. При производстве некоторых пищевых продуктов технологически необходимо достижение ранней или поздней ИЭТБ. Для этих целей используют щелочные или кислотные химические агенты.

Способ реализуется в 2 стадии.

Сперва осуществляют активацию воды двумя вариантами: настаиванием на шунгите и обработкой микроволнами.

Настаивание воды на шунгите. Для этого в качестве основного приема выбран контакт в течение 3-х суток исходной дистиллированной воды с щебнем шунгита (по ТУ 1916-002-55154581-2009), содержащем фуллерен C₆₀, согласно инструкции на применение для кондиционирования и очистку воды. В результате этого контакта образуется гидратированный фуллерен C₆₀ - C₆₀HyFn - это прочный, гидрофильный высокомолекулярный комплекс с размером 1,6-1,8 нм. В настоящее время максимальная концентрация С₆₀ в виде C₆₀ HyFn, которую удалось создать в воде, эквивалентна 4 мг/мл.

Обработка воды микроволнами. При кратковременной обработке воды микроволнами с частотой 2,45 ГГц в нетепловом режиме, как описано в публикации [4], наблюдается дополнительное растворение кислорода в воде с образованием примесей перекиси водорода с последующим ее разложением по реакциям:

О₂+2Н₂О+2е=Н₂О₂, Н₂О₂+2е=2ОН^-.

Затем определяют ИЭТБ белка. Для экспериментов использован казеин (ГОСТ 31689-2012). Казеин. Технические условия [5] с целью приготовления серии растворов. Испытания проведены согласно стандартной методике [6]. Опытные растворы были приготовлены из раствора казеина с добавкой ацетатного буфера для создания стабильной рН среды в интервале 2-6,5 и активированной воды. Созревание растворов после перемешивания проходило в течение 10 минут.

Установлено, что при использовании воды, настоянной на шунгите, коагуляция казеина при ИЭТБ наблюдалась при значении рН раствора, равном 5,8 (вместо стандартного значения 4,6). Этот факт указывает на связывание части отрицательных зарядов при адсорбции на макромолекуле белка примесями электрофильного шунгитового углерода.

При обработке воды микроволнами происходит нейтрализация части положительных зарядов на макромолекуле белка, и при использовании такой воды наблюдается пониженное значение ИЭТБ до величины 3,6.

Результаты испытаний представлены в таблице 1.

Из таблицы 1 следует, что используя активированную воду с применением активаторов различной структуры и механизмов действия на функциональные группы белков можно изменить рН их изоэлектрического состояния, что и является техническим результатом предложенного изобретения.

Отрицательные заряды на макромолекуле казеина экранируются сопряженными системами фуллерена. При этом снижается отрицательный заряд в электростатическом балансе макромолекул и наблюдается повышенное значение ИЭТБ. Такое новое явление раннего осаждения белка в присутствии наноматериала - фуллерена имеет большую практическую значимость для ускоренного промышленного производства казеина и кисломолочных продуктов на его основе.

Новое явление позднего осаждения белка водой, обработанной микроволнами, имеет большую практическую значимость для промышленного производства восстановленного молока с повышенным сроком хранения без добавки консервантов.

ЛИТЕРАТУРА

1. Кравченко, Э.Ф. Состав и некоторые функциональные свойства белков молока / Э.Ф. Кравченко, Ю.Я. Свириденко, Н.В. Плисов // Молочная промышленность. - 2005. - №11. - С. 42-44.

2. Чухно А.С. Дмитриева И.Б., Мартынов Д.В. Изоэлектрическая точка белков в водных растворов азолов / А.С. Чухно, И.Б. Дмитриева, Д.В. Мартынов // Вестник СПбГУ. Сер. 4. 2011. - Вып. 2.- С. 124-132.

3. Кострова М.Г. Влияние солей сильных электролитов на гидратацию и изоэлектрическую точку белков / М.Г. Кострова, В.В. Мурашев // Научный журнал НИУ ИТМО. Серия «Процессы и аппараты пищевых производств». 2014. - №2. - 17 с.

4 Шевченко, Т.В. Влияние волнового облучения на процесс модификации и физико-химические свойства модифицированных флокулянтов / Т.В. Шевченко, А.Ю. Темирев, Е.В. Кучкина // Химическая промышленность сегодня. - 2008. - №5. - С. 11-15.

5. ГОСТ 31689-2012. Казеин. Технические условия: Утвержден и введен в действие Приказом Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии от 29 ноября 2012 г. №1519-ст межгосударственный стандарт ГОСТ 31689-2012 введен в действие в качестве национального стандарта Российской Федерации с 1 июля 2013 г. М.: Стандартинформ, 2014. - 16 с.

6. Практикум по коллоидной химии: Учебное пособие / Под ред. М.И. Гельфмана. - СПб,: Издательсво Лань. - 2005. - 256 с.

Изобретение относится к пищевой промышленности и биотехнологии. Предложен способ изменения изоэлектрической точки белка казеина, включающий активацию воды настаиванием дистиллированной воды с щебнем шунгита в течение 3-х суток до концентрации гидратированного фуллерена C₆₀HyFn 4 мг/мл или кратковременной обработкой микроволнами с частотой 2,45 ГГц в нетепловом режиме и приготовление на ее основе растворов белка. Изобретение обеспечивает расширение арсенала способов производства белка казеина для получения новых видов пищевой продукции. 1 табл.

Способ изменения изоэлектрической точки белка казеина, включающий активацию воды, приготовление на ее основе растворов белка, отличающийся тем, что активацию воды осуществляют настаиванием дистиллированной воды с щебнем шунгита в течение 3-х суток до концентрации гидратированного фуллерена C₆₀HyFn 4 мг/мл или кратковременной обработкой микроволнами с частотой 2,45 ГГц в нетепловом режиме.