Факультет

Студентам

Посетителям

Денатурация клейковины высокой температурой

Изменения клейковины под влиянием высокой температуры изучались главным образом применительно к тепловой сушке зерна. Уже давно было известно, что перегрев зерна в процессе сушки сильно снижает выход клейковины и резко ухудшает ее качество. Клейковина, денатурированная высокой температурой, теряет связность, становится жесткой, неэластичной, малорастяжимой, а при наиболее сильном перегреве полностью разрушается. Известно также, что чем выше влажность зерна, тем чувствительнее оно к тепловой денатурации. Эти факты имеют первостепенное практическое значение, так как разработка режимов тепловой сушки зерна и стремление повысить ее производительность требуют точного установления предельно допустимых норм нагрева зерна в зависимости от его влажности и исходного качества клейковины.

Необходимость разработки таких норм вызвала большое количество работ по изучению влияния различных режимов и способов сушки на количество и качество клейковины пшеницы. Необходимо, однако, отметить, что подавляющее большинство этих работ имеет сугубо прикладной характер и ограничивается констатацией изменений выхода и некоторых физических свойств клейковины (обычно, ее растяжимости) при испытуемых режимах сушки. Что же касается внутренних процессов, происходящих в клейковинном белке в результате тепловой денатурации, то они почти не изучены. Теоретические вопросы денатурации клейковинного белка больше изучались на его фракциях, главным образом на глиадине, чем на целой клейковине. Результаты исследований тепловой денатурации глиадина были рассмотрены выше, в главе, посвященной свойствам этого белка.

Относительно изменений клейковины при тепловой денатурации известно следующее. Под влиянием высокой температуры белки клейковины начинают уплотняться, вследствие чего уменьшается их способность к набуханию и снижается растворимость. Еще в 1927 г. Алсберг и Гриффинг (Alsberg, Griffing) экспериментально показали уменьшение набухания дисков сырой клейковины в слабых растворах уксусной кислоты после прогревания их в воде при температуре свыше 50°.

В. Л. Кретович и Е. Н. Рязанцева в опытах с прогреванием муки разной влажности (12,3% —18,7%) при температурах от 60 до 130° наблюдали значительное снижение гидратации клейковины (например, с 207,9 до 174,7%) и уменьшение спирторастворимого азота муки (Кретович и Рязанцева, 1935, 1937; Кретович, 1939).

Исследованиями Н. И. Соседова с соавторами (Соседов и Дроздова, 1949; Соседов, Гержой, Дроздова и Доманская, 1949) было установлено, что при повышении температуры зерна (влажностью 20,4%), начиная от 35—40° происходит прежде всего уменьшение растяжимости и увеличение упругости клейковины. При температуре выше 50° наблюдается уменьшение количества азотистых веществ, растворимых в 5%-ном K2SO4. При 60°, помимо этого, начинается уменьшение спирторастворимого азота, а при нагреве зерна до 70° заметно уменьшается растворимость всех фракций белка. Так как укрепление клейковины при тепловом воздействии, вредное для зерна с исходной клейковиной нормального качества, а тем более для зерна с крепкой клейковиной, может быть полезным, если исходная клейковина была слабой, то режимы сушки должны быть дифференцированы не только в зависимости от влажности зерна, но и от первоначального качества его клейковины. Такие дифференцированные режимы, более мягкие для зерна с нормальной и крепкой клейковиной и более жесткие для пшеницы со слабой клейковиной, были предложены в 1949 году вышеназванными авторами. Впоследствии многочисленными данными, полученными непосредственно в условиях производственной сушки зерна (Кретович, Бундель, Смирнова, Галачалова и др. 1954; Гержой, Джорогян, 1954; Гержой, Уваров, 1954; Уваров, 1955; Джорогян, 1959), подтвердилась правильность дифференцированного подхода к выбору температур и экспозиций сушки в зависимости от исходной влажности и качества клейковины пшеницы, причем чувствительным показателем начала денатурационных процессов в клейковине оказалась величина ее удельной растяжимости. Примером повышения качества зерна при правильно выбранном режиме сушки могут служить, например, данные Г. А. Джорогяна (1959), в опытах которого сушка пшеницы влажностью выше 20%, со слабой клейковиной при температуре нагрева зерна около 55° (двухступенчатый режим с температурой теплоносителя 120/160°) привела к снижению удельной растяжимости клейковины от 1,5—2,1 до 0,50—0,75 см/мин, т. е. «слабая» клейковина стала после сушки «нормальной».

Пенс, Мохаммед и Мичем (Репсе, Mohammad, Mecham, 1953) подробно исследовали тепловую денатурацию клейковины в зависимости от содержания в ней влаги, солей и величины рН. Клейковину с влажностью от 4—5 до 60% готовили, смешивая в различных пропорциях сырую клейковину (влажность 64—67%), измельченную в смеси с твердой углекислотой, с сухой лиофилизированной клейковиной. После сублимации твердой СО2 при отрицательной температуре смесь выдерживали для выравнивания влажности при 5° в течение 7—10 дней. Влияние рН (от 4 до 7,5) и содержания NaCl на тепловую денатурацию изучалось только на сырой клейковине, которую готовили, замешивая сухую лиофилизированную клейковину с ацетатным буфером или раствором NaCl (0,01 до 3,0 М).

Клейковину нагревали в запаянных пробирках на водяной бане при температуре 70—90° в течение 5—60 минут, а затем определяли степень ее денатурации по уменьшению растворимости в смеси 0,1 п уксусной кислоты и 95%-ного этанола, а также по результатам микровыпечек хлеба из синтетического теста, содержавшего исследуемую клейковину в смеси с крахмалом. Опыты показали, что скорость тепловой денатурации клейковины тем больше, чем выше температура нагрева, влажность клейковины и ее рН. При температурах 80—90° скорость денатурации достигает максимума для клейковины с влажностью 35— 40%, оставаясь неизменной или даже снижаясь при дальнейшем увеличении влажности клейковины до 60%. Изменение концентрации соли в клейковине не оказало влияния на ее тепловую денатурацию. На основании соответствующих расчетов авторы пришли к выводу, что в основе тепловой денатурации сырой клейковины лежит реакция первого порядка с энергией активации около 35—44 килокалорий на моль.

В. Л. Кретович и Т. Г. Флоренская (1958) исследовали в лабораторных условиях влияние нагревания зерна влажностью — 19,1 и 25,7% при 40—75° на содержание в нем сырой клейковины и ее удельную растяжимость. Авторы пришли к выводу, что для продовольственного зерна, влажностью 19—20% безопасной следует считать температуру нагрева 60°, а для зерна влажностью 25—27% —температуру 50°.

В ряде работ И. И. Ленарского (1948, 1951, 1952, 1955) тепловая денатурация клейковинных белков изучалась главным образом по снижению количества азота, извлекаемого из муки 70%-ным этанолом. И. И. Ленарский показал, что денатурация глиадина (т. е. уменьшение его количества в муке) на 8—9% резко снижает качество клейковины, а при денатурации глиадина свыше 15% клейковину обычным способом отмыть не удается. С повышением температуры на 10° скорость денатурации белков пшеницы увеличивается в 2— 4 раза. Повышение влажности зерна на 3—4% при постоянной температуре увеличивает скорость денатурации приблизительно в такой же степени, как и повышение температуры на 10° при постоянной влажности. Автор получил опытным путем кривые границ безопасных температур нагрева зерна в зависимости от его влажности. В опытах И. И. Ленарского (1951) клейковина, содержавшая 18,5% влаги, при прогревании ее в течение 5 часов при 95° увеличила сухой вес на 0,4—0,5%. Такие же данные были получены для глиадина. На основании этих опытов И. И. Ленарский считает, что тепловая

Денатурация клейковины протекает с присоединением воды и является бимолекулярной реакцией, что противоречит отмеченным выше выводам Пенса, Мохаммеда и Мичема.

Бэкер и Салланс (Becker, Sallans, 1956) в опытах с нагреванием целого зерна влажностью 8—22% при температуре 63—102° в течение 2—3 часов нашли, что тепловая денатурация клейковины, определяемая по уменьшению объема выпекаемого хлеба, выражается реакцией первого порядка с энергией активации около 65 килокалорий на моль. Термодинамические расчеты привели указанных авторов к предположению, что вода является катализатором тепловой денатурации белка.

Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.



Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам: