BIAŁKA B

BIAŁKA POCHODZENIA ZWIERZĘCEGO

- CHARAKTERYSTYKA I ZNACZENIE W ŻYWNOŚCI

Niemal wszystkie produkty zwierzęce zawierają białko - składnik każdej żywej komórki. Jedynie produkty otrzymywane przez wyodręb­nienie z tkanek zwierzęcych określonych składników, jak na przykład masło, smalec czy lecytyna spożywcza, mogą zawierać znikome ilości białka lub nie zawierać go wcale.

Ze względu na wysoką wartość odżywczą naj­ważniejszymi są: mięso dużych zwierząt rzeźnych, drobiu i ryb oraz przetwory z tego mięsa, mleko i produkty mleczne oraz jaja.

W ogólnym spożyciu mięsa dominuje:

• wieprzowina (56%), roczne spożycie ponad 63 kg na 1 osobę (z czego ponad 40% przetwory)

• drób (23%), około 14 kg na osobę (kurcząt brojlerów (77%) i indyków (16%).

• wołowina (9,5%).

Bardzo małe jest w Polsce spożycie ryb, które szacuje się na poziomie 5,2 kg na osobę, przy czym dziesięciokrotnie więcej zjadamy ryb morskich niż ryb słodkowodnych. Wśród spożywanych ryb morskich domi­nują dorszowate (66%), a wśród nich mintaj (58%); znaczny jest także udział śledzi (11%) i szprotów (9%). Z ryb słodkowodnych najwięcej jadamy karpi (7%) i pstrągów (2%).

Bardzo istotnym źródłem białka w diecie jest nabiał. Średnie roczne spożycie produktów mlecznych w przeliczeniu na mleko wynosi 200 dm³ na osobę. Spośród produktów mlecznych dostarczających białka w największej ilości spożywamy mleko i napoje mleczne (84%), sery twarogowe (6,4%) oraz śmietanę i śmietankę (6,3%). Znacznie mniejszy udział w spożyciu mają sery dojrzewające i topione (3%) oraz mleko zagęszczone i mleko w proszku (0,3%).

Duże znaczenie dla wzbogacania diety w białko pochodzenia zwierzęcego mają jaja. Są one zjadane najczęściej jako jaja gotowane, omlety lub jajecznica, stanowią też kom­ponent wielu potraw i ciast. Jaja są też niezbędnym surowcem do wyrobu produktów, takich jak: makarony, majonezy, pasztety, lody i wyroby cukiernicze. Przeciętne roczne spożycie jaj w Polsce utrzymuje się na poziomie około 160 sztuk na osobę.

Białka w organizmie zwierząt rzeźnych i ptaków spełniają podobne funkcje jak w or­ganizmie człowieka, będąc składnikiem strukturalnym komórek lub regulując ich procesy życiowe. W żywności pochodzenia zwierzęcego białka odgrywają ważną rolę, współuczestnicząc w tworzeniu jej cech sensorycznych (np. barwa, soczystość) oraz właściwości fizykomechanicznych (np. sprężystość, kruchość, twardość, lepkość). Znając udział białek w tworzeniu tych cech oraz czynniki wpły­wające na stan i właściwości poszczególnych struktur białkowych, można świadomie kształtować jakość wielu produktów spożywczych, wykorzystując izolaty, koncentraty i preparaty białkowe jako składniki do wielu wytwarzanych przemysłowo środków spożywczych.

BIAŁKA MIĘSA

Określenie mięso obejmuje wszystkie części zwierząt ciepłokrwistych, również ryb i bezkręgowców, które są przeznaczane do spożycia przez ludzi. Definicja mięsa dotyczy nie tylko układu mięśniowego zawierającego mięśnie, ale odnosi się także do narządów wewnętrznych i innych części zwierząt, które występują razem z mięsem i mogą być spożyte przez człowieka (ozory, żołądki, serca, wątroby, nerki i mózgi. Surowce te zawierają 15-20% białka). W chudym mięsie znajduje się przeciętnie: 73-75% wody, 20-22% białka, 3-5% tłuszczu i około 1% soli mineralnych. W mięsie w niewielkiej ilości (około 0,4-0,8%) występują także węglowodany, których zawartość ulega zmniejszeniu w trakcie przemian zachodzących w mięsie po uboju. Zawartość białek w mięsie jest zróżnicowana w zależności od gatunku i stopnia otłuszczenia zwierzęcia. Istotny wpływ na zawartość białek w mięsie ma wiek zwierzęcia; zwykle z wiekiem zawartość białka ulega zmniejszeniu, co jest konsekwencją wzrostu zawartości tłuszczu. W skład mięśni wchodzi wiele różnych białek o zróżnicowanych właściwościach fi­zycznych, biochemicznych, funkcjonalnych i żywieniowych. Do najważniejszych czynników wpływających na te właściwości należą: gatunek i rasa zwierząt, wiek i płeć, warunki i metody chowu, żywienie, a także rodzaj mięśni, ich umiejscowienie w organi­zmie oraz rola i funkcje, które pełnią za życia zwierzęcia.

Charakterystyka białek mięsa

Większość białek mięsa wchodzi w skład dwóch podstawowych tkanek: tkanki mięś­niowej i tkanki łącznej, tworząc w nich rozmaite struktury i spełniając określone funkcje. Część białek tkanki łącznej może też występować oddzielnie, na przykład we krwi lub w kościach. Mięśnie ryb w budowie anatomicznej różnią się dość znacznie od mięśni ssaków i ptaków. Składają się bowiem z o wiele krótszych włókienek, otoczonych błoną łącznotkankową i ułożonych w segmenty nazywane miomerami, o układzie charakterystycznym dla danego gatunku ryb . Owa odmienna budowa jest prawdopodobnie przyczyną tego, że mięso ryb jest bardziej kruche i łatwiej się rozgotowuje od mięsa ssaków i ptaków. Uzyskanie dobrej kruchości wymaga spełnienia wielu warunków i zależy od gatunku zwierzęcia czy sposobu obróbki kulinarnej.

Rozróżniamy dwa rodzaje tkanek mięśniowych:

• poprzecznie prążkowaną - wystę­pującą w mięśniach szkieletowych i mięśniu serca.

Prążki są konsekwencją obecności i wzajemnego usytuowania dwóch składników miofibryli, tzw. filamentu miozynowego i filamentu aktynowego. Nazwy tych filamentów pochodzą od dwóch najważniejszych białek biorących udział w skurczu mięśnia miozyny i aktyny, które współdziałają w ramach jednostki strukturalnej miofibryla zwanej sarkomerem.

• gładką - wyścielająca ściany ró­żnego rodzaju narządów i naczyń organizmu.

Najczęściej białka mięsa dzieli się na trzy podstawowe grupy:

• białka miofibrylarne rozpuszczają się w stężonych roztworach soli

• białka sarkoplazmatyczne rozpuszczają się w rozcieńczonych roztworach soli

• białka łącznotkankowe w zasadzie są całkowicie nierozpuszczalne

BIAŁKA MIOFIBRYLARNE największa grupa białek mięśniowych.

Ich udział w ogólnej ilości białek mięsa sięga 50-55%.

Białka te można najogólniej podzielić na:

• białka kurczliwe

Najważniejszym białkiem kurczliwym jest miozyna. Stanowi ona około 45% ogółu białek miofibrylarnych. Składa się z 6 podjednostek: dwóch dłuższych łańcuchów (tzw. ciężkich) i czterech krótszych łańcuchów (tzw. lekkich). Miozyna wykazuje aktywność enzymu adenozynotrifosfatazy (ATP-azy), która hydrolizuje wiązania wysokoenergetyczne ATP, umożliwiając łączenie się filamentów miozynowego i aktynowego. Zachodzi skurcz mięśnia i bezpośrednio po uboju mięso staje się twarde. Rozpad tego kompleksu sprawia, że mięso z czasem kruszeje. Miozyna jest białkiem decydującym o takich właściwościach technologicznych mięsa, jak zdolność wiązania i utrzymywania wody oraz zdolność żelowania i emulgowania, co wpływa na kruchość mięsa. Denaturacja miozyny, ze względu na jej niejednorodność, zachodzi dwu- lub trójetapowo, przy czym proces ten jest uzależ­niony od: stężenia soli, wartości pH, rodzaju włókien, z których miozyna pochodzi oraz od tego, czy występuje ona oddzielnie, czy w połączeniu z aktyną, która stanowi około 15-20% ogólnej ilości białek miofibrylarnych. Reaguje z innymi białkami i w ten sposób wpływa na właściwości i strukturę mięsa. Aktyna zwiększa stabilność cieplną miozyny w roztworze i może uczestniczyć w tworzeniu żelu jako aktomiozyna. Zwiększenie udziału aktyny w białku powoduje, że zmniejsza się jego sprężystość. Jej temp. denaturacji wynosi około 80°C i obniża się przy wyższych wartościach pH mięsa.

• białka regulujące procesy skurczu

Troponina i tropomiozyna należą do białek regulujących procesy skurczu mięsa. Troponina, która stanowi od 4-6% białek miofibryli, wiążąc lub uwalniając jony wapnia, powoduje przesuwanie się tropomiozyny wzdłuż filamentów aktynowych. I tak albo odsłania centrum aktywne aktyny, umożliwiając jej połączenie z miozyną, albo centrum to zasłania i powstanie kompleksu aktyno-miozynowego staje się nie­możliwe.

• białka cytoszkieletowe

Szczególną grupę białek miofibrylarnych stanowią białka cytoszkieletowe, do których zaliczane są: titina, nebulina, paratropomiozyna i desmina. Stanowią one obramowanie sarkomeru i łączą włókno mięśniowe z błoną komórkową oraz poszczególne struktury włókna mięśniowego ze sobą. Ich ilość w mięsie wynosi około 16% ogółu białek miofibryli. Uważa się, że destrukcja białek cytoszkieletowych, szczególnie w pierwszym okresie po uboju, wpływa w istotny sposób na kruchość mięsa i jego wodochłonność.

BIAŁKA SARKOPLAZMY stanowią w białkach mięś­niowych od 30 do 34%.

Białka te można podzielić na:

• białka o charakterze enzymów

Katalizują zacho­dzące w mięśniach przemiany metaboliczne. Enzymy uczestniczące w przemianach węglo­wodanowych stanowią około 70% ogólnej masy białek sarkoplazmy. Nie tylko uczestniczą one w katabolizmie glikogenu (np. dehydrogenaza kwasu mlekowego), lecz także roz­kładają polisacharydy związane z białkami (np. 3-glukoronidaza rozkłada połą­czenia sacharydowe w kolagenie). Spośród enzymów proteolitycznych najważniejsze są kalpainy i katepsyny powodujące ograniczoną destrukcję struktur białkowych mięsa. W mięsie ryb wykryto także transaminazę glutaminianową.

• chromoproteiny

Białka nadające mięśniom barwę (mioglobina, podstawowy barwnik mięsa, a ponadto cytochromy i hemocjany oraz barwnik krwi - hemoglobina). Ich zawartość w mięsie zależy od gatunku i rodzaju mięśnia oraz od stopnia wykrwawienia zwierzęcia. Na barwę mięsa może dodatkowo wpływać zawartość tłuszczu i ścięgien, powodując zwykle jej rozjaśnienie. Technolodzy oprócz mięsa normalnej jakości wyróżniają także gorsze jakościowo mięso wodniste(PSE), które ma miękką konsystencję, jasną barwę i wilgotną powierzchnię, oraz mięso ciemne, tzw. DFD, które jest twarde i suche.

Mioglobina cechuje się czerwonym zabarwieniem. Proces utlenowania doprowadza do powstania jaskrawoczerwonej oksymioglobiny, w której żelazo pozostaje dwuwartościowe.

Natomiast utlenianie mioglobiny, w odróżnieniu od utlenowania, wiąże się ze zmianą wartościowości żelaza z poziomu Fe²⁺ do Fe³⁺ i prowadzi do wytworzenia się szarobrunatnej barwy mięsa. Związkiem odpowiedzialnym za to jest metmioglobina. Podczas ogrzewania mięsa, wskutek denaturacji, związek ten przechodzi w brązowy metmiochromogen. Powstawaniu brązowych barwników w ogrzewanym mięsie zapobiega się przez pod­danie go wcześniej peklowaniu z użyciem mieszanki peklującej zawierającej chlorek sodu i azotyn sodu lub potasu. Specyficzna barwa mięsa peklowanego jest związana z powstawaniem nitrozylomioglobiny, która podczas ogrzewania przekształca się w różowy zdenaturowany nitrozylożelazohemochrom, typowy barwnik mięsa peklowanego. Podczas procesu wędzenia mięsa powstaje w nim inny barwnik - karboksymioglobina - który jest efektem addytywnego przyłączenia do mioglobiny tlenku węgla. Wędzenie zapewnia jasnoczerwoną barwę mięsa i produktów z niego wykonanych. W czasie przechowywania mięsa i jego przetwarzania chromoproteiny mogą ulegać niekorzystnym przemianom, które obniżają jego wartość kulinarną i przetwórczą. Naj­częstszą z nich jest zielenienie, obserwowane przy daleko posuniętych procesach rozkładu autolitycznego mięsa i związane z reakcjami mioglobiny z grupami tiolowymi białek.

• białka krwi - pozostałe po niepełnym wykrwawieniu

• białka związane z lipidami (lipoproteiny) i z kwasami nukleinowymi (nukleoproteiny).

BIAŁKA ŁĄCZNOTKANKOWE mają budowę włóknistą (fibrylarną)

Na uwagę zasługują:

• kolagen przeważa ilościowo w większości tkanek.

Kolagen w świeżej tkance mięśniowej występuje zwykle w ilości około 1-2%, do­chodząc do 6% w mięśniach wybitnie ścięgnistych. Białko to w mięśniu za życia zwierzęcia wspiera struktury tkanek, a po uboju decyduje o kruchości mięsa. Silnie usieciowany kolagen sprzyja większemu skurczeniu mięsa (nawet do 75%), większemu wyciekowi i twardości, natomiast słabe połączenia występujące w mięsie młodych zwierząt szybko ulegają rozpadowi, przez co jest ono kruche i nie traci dużo wody.

Kolagen denaturuje w temperaturze około 65°C, przy czym bardzo duży wpływ na temperaturę denaturacji ma usieciowanie i stopień uwodnienia kolagenu (mniejsze usieciowanie i większa zawartość wody temperaturę tę obniżają). W mięśniach szkieletowych ssaków tkanka łączna występuje pod postacią omięsnej zewnętrznej (epimysium) i wewnętrznej (endomysium) oraz śródmięsnej (perimysium), które otaczają odpowiednio: mięsień, włókienka mięśnio­we i ich wiązki. Każda wyróżnia się nie tylko odmiennym udziałem wymienionych białek, lecz także średnicą włókien i ich przestrzennym ułożeniem.

• elastyna jest głównym składnikiem białkowym ścięgien i wiązadeł mięśniowych oraz ścian naczyń krwionośnych. W tkance łącznej mięsa jej udział nie przekracza 5%, stąd jej rola w kształtowaniu kruchości mięsa jest o wiele mniejsza niż kolagenu. Elastyna ulega rozpuszczeniu w temp. powyżej 100°C.

• retikulina występuje w śledzionie i gruczołach chłonnych

Wartość odżywcza białek mięsa.

Mięso należy do produktów żywnościowych charakteryzujących się wysoką wartością odżywczą białka.

W mięsie i wyrobach mięsnych stosunkowo mało jest tryptofanu oraz aminokwasów siarkowych metioniny i cysteiny. Niektóre z białek mięsa, przede wszystkim białka łącznotkankowe, nie zawierają wszystkich aminokwasów egzogennych (izoleucyna, tryptofan) i jako takie są mniej wartościowe. Nie są one jednak spożywane oddzielnie i w połączeniu z innymi białkami mięsa tworzą kompozycje o dobrze zbilanso­wanym składzie aminokwasowym, będąc dobrym źródłem innych aminokwasów, na przykład glicyny, proliny i hydroksyproliny. Natomiast otrzymywana z kolagenu żelatyna jest produktem spożywczym o bardzo małej wartości odżywczej wskutek całkowitego braku tryptofanu.

Konsekwencją różnego rodzaju zabiegów stosowanych w przetwórstwie jest obniżanie się wartości odżywczej zawartych w mięsie białek.

Wiąże się to z wykorzystywaniem surowca zawierającego większe ilości tkanki łącznej, której białko jest mniej wartościowe, lub zastąpieniem znacznej jego części surowcami pochodzenia roślinnego. Przy zastąpieniu części surowca mięsnego surowcem roślinnym może nastąpić zarówno obniżenie, jak i podwyższenie wartości odżywczej białka wyrobu (wzajemne uzupełnianie się składu aminokwasowego. Wartość biologiczna białek mięsa zwierząt rzeźnych i drobiu kształtuje się na poziomie 70-80%, a u ryb sięga nawet 85%. Wskaźnik wykorzystania białka netto (NPU), który poza składem aminokwasów egzogennych uwzględnia stawność białka, waha się dla białek mięsa od 68 do 82%. Stosunkowo wysokie poziomy wskaźnika wydajności wzrostowej (PER) dodatkowo potwierdzają słuszność twierdzenia, że mięso jest surowcem, którego liczne białka tworzą kompozycję o dużych walorach żywieniowych.

MLEKO - składniki chemiczne, właściwości fizykochemiczne

Mleko - płynna wydzielina wyspecjalizowanych gruczołów ssaków służąca za pokarm osobnikom młodym. Mleko jest też jednym z podstawowych produktów żywno­ściowych, ze względu na wartości żywieniowe. Jest ono dobrym źródłem wysokowartościowych białek, łatwo przy­swajalnego tłuszczu, soli mineralnych (w tym wapnia, fosforu, potasu),witamin rozpuszczalnych w tłuszczach (A, D, E, K) i w wodzie (z grupy B).

Najczęściej wykorzystywane przez człowieka jako produkt spożywczy jest mleko krowie oraz w niektórych krajach mleko innych ga­tunków zwierząt. Mleko bawole spożywa się w Indiach, a także we Włoszech, na Węgrzech, na Bałkanach i w znacznej części krajów azjatyckich. Mleko owcze pija się w znaczniejszych ilościach w Hiszpanii, a przeznacza się je do wyro­bu serów także we Francji i w Polsce na Podhalu; mleko kozie - w Basenie Morza Śródziemnego; wielbłądzie - w niektórych krajach arabskich, a koby­le - w Mongolii. Lapończycy używają mleka reniferów, Peruwiańczycy lamy, a ludność Tybetu mleka jaków. Zawartość poszczególnych składników mleka jest różna w zależności od gatunku zwierzęcia i okresu laktacji, np. mleko krowie zawiera od 2,7 do 5,5% tłuszczu, a renifera 22%.

Główne składniki mleka krowiego:

• woda - stanowi ok. 87%

• sucha masa - 12-13%

W suchej masie mleka najwięcej znajduje się:

- cukru mlecznego, czyli laktozy (4,6%) - odpowiedzialnej za lekko słodki smak mleka,

- tłuszczu (3,9%) - występującego w postaci drobnych kuleczek tłuszczowych,

- białka (3,2%) - występującego głównie w rozproszeniu koloidalnym, w posta­ci kompleksów lub pojedynczych cząsteczek,

• sole mineralne 0,7%

Wartość energetyczna mleka - w zależności od zawartości tłusz­czu - wynosi 500-700 kcal/kg, a 1 kg pokrywa ok. 20-25% przeciętnego dziennego zapotrzebowania człowieka na energię. Jest to artykuł stosunkowo niskokaloryczny przy dużej zawartości białka.

Białka mleka należą do białek pełnowartościowych o wysokiej wartości bio­logicznej. Pod tym względem ustępują jedynie białku jaja ku­rzego traktowanym jako „dietetyczny wzorzec".

Wysoka jakość mleka wynika z procesów bioche­micznych przebiegającymi w gruczole mlekowym, jak również ze sposobu po­stępowania z mlekiem bezpośrednio po jego pozyskaniu.

Białka mleka dzieli się ze względu na ich budowę, rolę biologiczną i właściwości funkcjonalne na:

• kazeinę,

• białka serwatki,

• białka otoczki kuleczek tłuszczowych.

Kazeina i białka serwatki (-laktoglobuliny i -laktoalbuminy) są syntetyzo­wane przez komórki czynnego gruczołu mlecznego w 90% z wolnych aminokwa­sów, a w pozostałej części z peptydów i glukoproteidowych frakcji globularnych, doprowadzanych z krwią do komórek mlekotwórczych. Pozostałe białka (albumi­na surowicy krwi i immunoglobuliny) przenikają do mleka bezpośrednio z krwi.

Najważniejsze znaczenie odżywcze i przemysłowe mają kazeiny i białka serwat­kowe.

• kazeina stanowi ok. 80% białek mleka,

• białka serwatkowe pozostałe 20% masy białek mlecznych.

Zawartość kazeiny w mleku krowim wynosi przeciętnie 2,5%. Kazeina należy do grupy fosfoprotein, ponieważ w składzie elementarnym oprócz węgla (53%), wodoru (7%), tlenu (22%), azotu (15,65%) i siarki (0,76%) zawiera tak­że fosfor (0,85%). Ten ostatni występuje tu w postaci reszt orto- i pirofosforanowych, związanych estrowo jako monoestry lub dwuestry głównie z seryną i treoniną.

Micele kazeinowe w świeżym mleku przy pH ok. 6,6 mają ujemny ładunek elektryczny, czyli występuje przewaga zdysocjowanych grup kwasowych nad zasadowymi. Warunkuje to tworzenie się wokół miceli warstw hydratacyjnych o jednoimiennych ładunkach elektrycznych. Warstwy te wzajemnie odpychają się, stabilizując roztwór koloidalny kazeiny.

Micele kazeinowe cechuje wysoka stabilność podczas ogrzewania świeżego mleka - koagulację cieplną powoduje dopiero długotrwałe ogrzewanie w tempe­raturze ponad 100°C.

Kazeina w sta­nie suchym występuje jako biały lub kremowy, higroskopijny proszek o gęstości d=1,25-1,31 g/cm³. Jest optycznie czynna, lewoskrętna, w środowisku zasado­wym [a]_D = -76°, w obojętnym - 80° i w kwaśnym - 91°. Rozpuszczalność w wodzie jest nieznaczna i wynosi zaledwie około 0,1%, najmniej rozpuszczalna w punkcie izoelektrycznym. Kazeina jest nierozpuszczalna w etanolu, eterze, acetonie, benzenie, eterze naftowy, rozpuszcza się dość dobrze w rozcieńczonych kwasach.

Proces koagulacji kazeiny mleka - zależności od sposobu wytrącania wyróżnia się ka­zeinę kwasową, podpuszczkową oraz kazeiniany sodu i wapnia.

1. Zakwaszenie mleka do punktu izoelektrycznego, czyli punktu, który w naturalnym układzie mleka w temp. 20°C odpowiada wartości pH 4,6 powoduje koagulację białek.

Zakwaszenie mleka może być osiągnięte w wyniku fermentacji laktozy, która podczas dłuższego przechowywania mleka pod wpływem bakterii kwasu mlekowego przekształca się w kwas mlekowy, który wytrą­ca kazeinę w postaci masy twarogowej. Bezpośrednie dodanie do mleka kwasu mlekowego, octowego czy siarkowego również powoduje koagulację kwasową kazeiny.

Mechanizm kwasowej koagulacji kazeiny.

Przy pH mleka ok. 6,65 ogólny ładunek elektryczny miceli kazeinowych jest ujemny, otoczone są cząsteczkami wody, przy czym bieguny dodatnie jej dipoli zwrócone są w kierunku miceli, a ujemne na zewnątrz. W ten sposób micele zostają otoczone warstwą hydratacyjną o jednoimiennym zewnętrznym ładunku

elektrycznym, co powoduje wzajemnie odpychanie się miceli i stabilizuje roztwór koloidalny kazeiny. Stopień hydratacji miceli zależny jest m.in. od wartości ich ładunku elektrycznego, a to jest funkcją ilości występujących w stanie zjonizowanym grup -NH₃ i -COO . Przy zmianach wartości pH środowiska stopień jonizacji tych grup zmienia się. Dodawanie do mleka kwasu octowego do momentu osiągnięcia punktu izoelektrycznego, to jest pH ok. 4,6, powoduje utratę przez micele zdolności do wiązania wody. Siły odpychania między micelami zanikają, następuje wzajemne zbliżenie się i łączenie w agregaty z wytworzeniem żelu co jest związane ze zmianami w strukturze przestrzennej łańcuchów polipeptydowych powierzchni miceli, umożliwiającymi powstanie wiązań międzymicelarnych. Wzrost stężenia jonów (H₃O⁺) do punktu izoelek­trycznego powoduje również naruszenie kompleksu fosfo-kazeino-wapniowego z uwalnieniem nierozpuszczalnej w wodzie kazeiny. W punkcie izoelektrycznym wszystkie białka wykazują najmniejszą rozpuszczalność i najłatwiej je wtedy wytrącić je z roztworu. W przypadku białek zawierających stosunkowo dużo aminokwasów zasadowych punkt izoelektryczny występuje powyżej pH 7. Wartość punktu izoelektrycznego białek z prze­wagą aminokwasów kwaśnych dla kazeiny jest niższy od pH 7.

2. Kazeinę można także wytrącić pod wpływem soli metali, takich jak FeCl₃, ZnSO₄, Pb(CH₃COO)₂ lub wprowadzając do mleka znaczne ilości dysocjujących soli, np. (NH₄)₂SO₄, NaCl, CaCl₂. Powoduje się wówczas koagulację przez wysalanie.

3. Działając na mleko enzymami, np. podpuszczką (enzymem wydzielanym przez ścianki żołądka cieląt), chymozyną czy pepsyną, wytrąca się kazeinę na drodze koagulacji enzymatycznej.

Koagulacja enzymatyczna przebiega według dwóch faz: enzymatycznej i żelifikacji. W fazie enzymatycznej dochodzi do odszczepienia z łańcucha peptydowego K-kazeiny polipeptydu, zwanego glikomakropeptydem. Dochodzi do tego w wyniku proteolizy wiązania peptydowego między 105. i 106. aminokwasem, tj. między fenyloalaniną a metioniną. Glikomakropeptyd, stanowiący 30% masy K-kazeiny, jako związek silnie hydrofilowy przechodzi do fazy wodnej mleka. Pozostała część K-kazeiny, zwana K-parakazeiną, związana z micelami o wysoce hydrofobowym charakterze nie stanowi już czynnika stabilizującego układ kolo­idalny. W wyniku odszczepienia glikomakropeptydu zmniejsza się objętość miceli kazeinowych, wzrasta ich hydrofobowość, maleją stopień hydratacji i siły wza­jemnego odpychania się, a tym samym zmniejsza się lepkość mleka.

W drugiej fazie koagulacji powstaje skrzep, czyli trójwymiarowa sieć roz­ciągniętych splotów łańcuchów polipeptydowych. Struktury te są wynikiem in­terakcji pomiędzy micelami kazeinowymi, spotęgowanej po odłączeniu gliko­makropeptydu. W wyniku tego zabiegu micele tracą powłokę hydratacyjną, ich potencjał elektrokinetyczny zostaje zmniejszony o połowę, siły odpychania międzycząsteczkowego zmniejszają się i zachodzi reakcja łączenia się miceli, czyli ich agregacja. Wiązania tworzące strukturę przestrzenną białek ulegają zanikowi i cała przestrzeń jest sukcesywnie wypełniana przez micele powiązane ze sobą we wszystkich kierunkach i tak rozciągnięte, że w skrzepie zatracają swój natu­ralny kulisty kształt, a tworzą jedynie sieć polipeptydowych powiązań. Powyższy mechanizm koagulacji jest szeroko wykorzystywany w technologii otrzymywa­nia serów podpuszczkowych. W podwyższonej temperaturze otrzymuje się sery twarde typu sera szwajcarskiego, a w zwykłej temperaturze - sery miękkie typu camembert.

4. Nie wszystkie wymienione metody pozwalają na selektywne wydzielenie kazeiny. Często temu procesowi towarzyszy wytrącanie się pozostałych białek mleka, np. ogrzewanie mleka w temperaturze 80°C z wodnym roztworem CaCl₂ pozwala na wytrącenie 90% białek mleka w postaci obfitego skrzepu.

Z zasadami kazeina tworzy sole dobrze rozpuszczalne w wodzie - kazeiniany. W praktyce znane są kazeiniany Na, K, Ca, Mg. Z kwasem mlekowym kazeina tworzy mleczan kazeinowy, rozpuszczalny w 5% roztworze chlorku sodowego; pod tą postacią występuje on w serach typu cheddar. Może też powstać dwumleczan nierozpuszczalny, jak np. w serach niedojrzałych i przy nadmiarze kwasu.

Kazeina reaguje z chlorowcami, metalami, fosforanami, alkaloidami, lipidami. Niektóre z produktów tych reakcji znalazły zastosowanie jako leki, odżywki, substancje o silnym działaniu fizjologicznym, jak np. kazeina jodowana. Pod wpły­wem rozcieńczonego aldehydu mrówkowego kazeina przemienia się w substancję plastyczną, podobną do celuloidu, który znalazł zastosowanie w przemyśle mas plastycznych, np. galalitu. Ponadto z kazeiny można tworzyć włókna - lanital. Kazeina jest cennym surowcem do wyrobu klejów mających duże znaczenie w produkcji sklejek drewnianych, w przemyśle papierniczym, gdyż stosuje się ją w celu osiągnięcia wyższych klas jakościowych papieru. Służy także do produk­cji preparatów spożywczych (przypraw bulionowych), barwników, farb, włókien sztucznych. W przemyśle mięsnym kazeiny w postaci kazeinianu sodowego używa się jako dodatku podnoszącego zdolność wiązania wody w mielonych wyrobach wędliniarskich. Kazeina znalazła zastosowanie w cukiernictwie, w produkcji ma­karonów, przemyśle mięsnym, wyrobów garmażeryjnych, wyrobów mleczarskich, wytwarzaniu substytutów produktów naturalnych o kontrolowanym i znormalizo­wanym składzie. Po spożyciu mleka kazeina tworzy w żołądku skrzep, który jest bardziej podatny na działanie enzymów trawiennych niż np. białka w produktach mięsnych. Kazeina i kazeiniany wykorzystywane są do niskotłuszczowych past, jogurtów, twarogów, serów oraz lodów. Nadają one tym produktom zdolność wiązania wody, emulgują, napowietrzają i żelują. Kazeiniany dodawane są również do fermento­wanych produktów mleczarskich takich jak jogurt w celu podwyższenia zawarto­ści białka, poprawy tekstury i konsystencji. Używane są także w produkcji imitacji serów, przede wszystkim jako środek emulgujący, nadający im właściwą teksturę i smak. Imitacje serów często stosowane są w miejsce sera mozzarella w produk­cji pizzy. Desery ubijane i zabielacze do kawy produkowane są również na bazie kazeinianów. Kazeinian wapnia jest szczególnie cenny jako dodatek do soków owocowych z uwagi na uzupełnianie wapnia. W produkcji karmelków i toffi, ka­zeiniany i koncentraty białek serwatkowych wiążą wodę, zapobiegają krystalizacji cukru, zapewniają właściwą barwę, smak i umożliwiają nadanie im odpowiednie­go kształtu. Kazeiniany i ich mieszaniny z mlekiem pozwalają na poprawę jakości miękiszu w białym pieczywie oraz zwiększenie elastyczności ciasta.

Kazeina ma wysoką wartość biologiczną, dorównującą białku mięsa i znacznie przewyższającą wartość białek zbóż i roślin strączkowych. Kazeinę znamionuje wysoka zawartość takich aminokwasów, jak: walina, leucyna, prolina, lizyna, kwas glutaminowy i kwas asparaginowy. W po­równaniu z białkiem jaja kurzego wykazuje niedobór cystyny i cysteiny, natomiast może być ona cennym lizynowym uzupełnieniem produktów zbożowych. Ponie­waż więcej niezbędnych (egzogennych) aminokwasów znajduje się w białkach serwatkowych niż w kazeinie, gdyż te pierwsze są bogatsze w lizynę, treoninę, izoleucynę, tryptofan i walinę, zaleca się łączne spożywanie obu rodzajów białek.

AMINOKWAS	Kazeina ogółem	Kazeina-Osi	Kazeina -P	Kazeina~7	Kazeina- K
Glicyna	2,0	2,9	1,6	1,5	1,2
Alanina	3,2	3,4	2,0	2,3	5,4
Walina**	7,2	5,5	10,2	10,5	6,3
Leucyna**	9,2*	9,4	11,6	12,0	6,1
Izoleucyna**	6,1	6,1	5,5	4,4	7,1
Prolina	10,6*	8,3	15,1	17,0	11,0
Fenyloalanina**	5,0	5,6	5,8	5,8	3,9
Tyrozyna	6,3	7,7	3,2	3,7	7,6
Tryptofan**	1,7	1,7	0,83	1,2	1,0
Seryna	6,3	7,1	6,8	5,5	5,0
Treonina**	4,9	2,5	5,1	4,4	6,7
Cystyna i Cysteina	0,34	0,0	0,0	0,0	1,2
Metionina**	2,8	3,2	3,4	4,1	1,7
Arginina	4,1	4,4	3,4	1,9	4,0
Histydyna	3,1	3,2	3,1	3,7	2,4
Lizyna**	8,2*	8,7	6,5	6,2	6,5
Kwas asparaginowy	7,1	8,5	4,9	4,0	7,7
Kwas glutaminowy	22,4*	24,3	23,2	22,9	19,8

* Aminokwasy, których zawartość w kazeinie jest największa. ** Aminokwasy egzogenne dla człowieka.

Wykrywanie i oznaczanie ilościowe wybranych składników mleka

Kazeina wykazuje podobne właściwości chemiczne jak inne białka, dlatego też daje podobne reakcje charakterystyczne na obecność wiązań peptydowych czy pierścieni aromatycznych.

1. Właściwości fizykochemiczne mleka

Zmiany w mleku podczas ogrzewania

Pasteryzacja, gotowanie i sterylizacja zmieniają właściwości fizykochemicz­ne mleka. Najbardziej czułe na podwyższoną temperaturę są białka mleka. W czasie ogrzewania mleka do temp. 40-45°C, wskutek częściowego przekształ­cenia się kazeiny w żel, na powierzchni mleka tworzy się błonka. W miarę podwyższenia temp. do 60-65° denaturacji ulegają globuliny. W wysokich temperaturach pasteryzacji (85-93°C) zmienia się struktura białek serwatkowych, przejawiająca się powstawaniem wolnych grup SH. W czasie długotrwałego ogrzewania mleka w temp. ok. 100°C powstają ciemno zabarwione połączenia grup aminowych białek z laktozą. Mleko przybiera brunatne zabarwienie. Podczas ogrzewania zmienia się również skład mineralny mleka. Obniża się ilość jonów wapniowych w roztworze, co utrudnia proces krzepnięcia mleka pod wpływem podpuszczki. Nierozpuszczalne sole wapniowe oraz albu­miny tworzą na powierzchniach tzw. kamień mlecz­ny. W wyniku ogrzewania mleka do temperatury powyżej 80°C są denaturo­wane wszystkie enzymy mleka. Nie stwierdza się istotnych zmian w poziomie witamin (wyjątek - pasteryzacja wysokotemperaturowa).

1.1.Kwasowość potencjalna mleka

Świeże mleko zawierające białka, związki mineralne oraz CO₂ wykazuje reakcję kwaśną wobec fenolftaleiny. Kwasowość mleka określa się zawarto­ścią kwasu mlekowego (w %) lub stopniami kwasowości. Mleko świeże zawie­ra ok. 0.17% kwasu mlekowego, co odpowiada ok. 7 stopniom kwasowości. Kwasowość mleka jest uzależniona od składu i zmienia się w różnych okre­sach laktacji. Żywienie krów kiszonkami powoduje podwyższenie tego wska­źnika. Również zanieczyszczenie mleka bakteriami, zwłaszcza fermentacji mlekowej, może być przyczyną nagromadzenia się kwasu mlekowego i za­kwaszenia mleka.

Badanie odczynu mleka

Wykonanie:

Papierkiem lakmusowym zbadać odczyn mleka.

1.2.Wyznaczanie punktu izoelektrycznego kazeiny.

Dodając kazeinę (mleko) do roztworów o różnym pH (zawierających odpowiednie stężenia CH₃COOH) poszukujemy wartości pH (co odpowiada pI kazeiny) przy którym wystąpił najobfitszy osad.

Wykonanie:

Przygotować 9 probówek. Do pierwszej probówki wlać 1,6 ml 1 M CH₃COOH i 4,4 ml wody, a do pozostałych po 2,5 ml wody. Po wymieszaniu zawartości z pierwszej probówki przenieść do drugiej 2,5 ml roztworu , a z drugiej 2,5 ml do trzeciej itd. Z ostatniej wylać 2,5 ml roztworu. Do każdej próby dodać po 0,5 ml mleka, wymieszać, odstawić na 30 minut.

Wynik wpisać do tabeli.

numer probówki	1	2	3	4	5	6	7	8	9
0,1 M CH3COOH	1,6	0,8	0,4	0,2	0,1	0,05	0,025	0,012	0,006
pH roztworu	3,6	3,8	4,1	4,4	4,7	5,0	5,3	5,6	5,9
zmętnienie
osad

2. Izolacja kazeiny

Kompleks kazeinowy składa się z paru frakcji, których masy cząsteczko­we kształtują się w granicach od 75 do 375 tys. Kompleks ten występuje w postaci soli wapniowych i potasowych.

W pl (pH ok. 4.7) kazeina się wytrąca. Zbytnie obniżenie pH (poniżej pl) powoduje zmianę ładunku elektrostatycznego kazeiny, co nasila rozpuszczalność soli kazei­ny w wodzie.

1. Wytrącanie kazeiny z mleka świeżego

Wykonanie

1. z użyciem kwasu octowego - CH₃COOH

Do kolby stożkowej (200 ml) wlać 50 ml mleka, dodać 50 cm³ wody o temp. 40°C, a następnie porcjami łagodnie mieszając 4 ml 1M kwasu octowego. Całość pozostawić na 10 min, po czym zdekantować ciecz znad białego osadu a resztę przesączyć.

Przezroczystą ciecz po odsączeniu kazeiny zachować do wytrącania globulin i albumin.

Osad prze­myć na sączku za pomocą 5 ml 96% alkoholu etylowego. Osad osuszyć i rozetrzeć w moździerzu na proszek.

b) z użyciem siarczanu amonu - (NH₄)₂SO₄

Do kolby stożkowej (100 cm³) wlać 10 cm³ mleka i dodać 70 cm³ nasyco­nego roztworu (NH₄)₂SO₄. Następnie całość pozostawić w łaźni z lodem w temp. 2°C do wytrącenia kazeiny, po czym zdekantować ciecz znad osa­du przez lejek z sączkiem bibułowym gładkim do drugiej kolby.

c) z użyciem chlorku wapnia - CaCI₂

Do kolby stożkowej (200 cm³) wlać 50 cm³ mleka, ogrzać je do temp. 80°C, a następnie dodać porcjami łagodnie mieszając 50 cm³ 0,2% roz­tworu CaCl₂. Całość pozostawić na 10 min, po czym ciecz zdekantować. Kazeina wytrąca się w postaci koprecypitatu z białkami serwatkowymi.

2.2.Przygotowanie roztworu kazeiny

Do kolby stożkowej (100 cm³) odważyć 200 mg wytrąconej w punkcie a) kazeiny i dodać 50 cm³ wody ogrzanej do temp. 40°C oraz 4 cm³ 1 M wo­dorotlenku sodowego. Po rozpuszczeniu kazeiny roztwór zobojętnić wobec papierka lakmusowego dodając 4 cm 1 M kwasu octowego.

2.3.Rozpuszczalność kazeiny

Wykonanie:

Przygotować 4 probówki i umieścić w kolejnych 3 ml H₂O, 0.1 M NaCl, 0.1 M NaOH, 0.1 M HCl. Dodać niewielką ilość kazeiny, wymieszać. Kazeina najlepiej się rozpuszcza w rozcieńczonych zasadach.

2.2.Wytrącanie laktoalbuminy i laktoglobuliny

Wykonanie:

Płyn zdekantowany podczas otrzymywania kazeiny wlać do dużej probówki i umieścić we wrzącej łaźni wodnej. W miarę zagęszczania wytrąca się osad białek serwatkowych. Osad odsączyć.

3.1.Jakościowa próba na albuminy

Kwas octowy dodany do świeżego mleka powoduje koagulację kazeiny i przejście albumin do serwatki, która po zagotowaniu wyraźnie mętnieje. W mleku zagotowanym albuminy znajdują się w stanie skoagulowanym i po wytrąceniu kwasem octowym łączą się ze stratami kazeiny. Przesączona ser­watka, nie zawierająca albumin, po zagotowaniu nie mętnieje.

Wykonanie:

A.Płyn otrzymany przy izolacji kazeiny wlać do dużej probówki i umieścić we wrzącej łaźni wodnej. W miarę zagęszczania wytrąca się osad białek serwatkowych.

B.Do jednej probówki odmierzyć 5-10 ml świeżego mleka, a do drugiej taką samą objętość mleka oziębionego, zagotowanego. Obie probówki podgrzać w łaźni wodnej do temp. 40-50°C, a następnie dodawać kroplami 2 ml 10% roztworu kwasu octowego, aż do oddzielenia serwatki. Przesączyć do suchych probówek po 3-5 ml serwatki, ogrzać do wrzenia i obserwować jej klarowność.

W przesączu wykonać:

1. Wytrącanie jonów Cl^-

Do 1 ml przesączu dodać 5 kropli stężonego HNO₃, a następnie 5 kropli roztworu AgNO₃. Wytrąca się biały osad chlorku srebra.

2. Wykrywanie jonów Ca²⁺ i (PO₄) ^3-

Do pozostałej objętości przesączu dodać 2-3 krople NH₄OH i zagotować. Wytrąca się koloidalny osad fosforanu wapniowego. Po odsącze­niu osad na sączku rozpuścić uprzednio przygotowanym roztworem kwasu octowego (do 4 ml gorącej wody destylowanej dodać 1 ml kwasu octowego).

Przesącz zachować do wykrywania jonów:

1. Ca²⁺ Do 1 ml przesączu dodać 1-2 krople 0.2M roztworu szczawianu amonu. Wytrąca się biały osad szczawianu wapniowego.

2. (PO₄) ^3- Do 1 ml przesączu dodać 2 ml molibdenianu amonu. Po zagotowaniu wytrąca się żółty osad fosforomolibdenianu amonowego.

4. Reakcje charakterystyczne białek

4.1.Wykrywanie wiązań peptydowych - reakcja biuretowa

4.2.Wykrywanie aminokwasów aromatycznych - reakcja ksantoproteinowa

4.3.Wykrywanie wolnych aminokwasów - reakcja ninhydrynowa

4.4.Wykrywanie wapnia w kazeinie

Wykonanie:

Do jednej probówki odmierzyć 1 cm³ roztworu kazeiny, do drugiej 1 cm³ cie­czy pozostałej po odsączeniu kazeiny w punkcie a) i dodać po 1 cm³ nasyco­nego roztworu szczawianu amonu. O obecności wapnia świadczy wytrącanie się białego osadu szczawianu wapnia (COO)₂Ca.

5. Próba peroksydazowa

Reakcja służy do określenia efektywności pasteryzacji wysokotemperaturowej, która w temp. 75°C trwa 10 min, w temp. 80°C - 30 s, a najszybciej przebiega w temperaturze powyżej 85°C.

9

---