Гидролизат белка: описание, особенности, применение
Гидролизаты белка применяются в медицинской и пищевой промышленности, а также в микробиологии. Их производство основано на расщеплении органических соединений. Полученный состав легче усваивается организмом человека и животных, имеет высокую питательную ценность. Особенно важное значение эти соединения имеют в изготовлении гипоаллергенных детских молочных смесей.
Описание
Гидролизаты белка – это вещества, получаемые в результате разложения белка при реакции с водой. Расщепление происходит в присутствии катализаторов: кислот, щелочей или ферментов. В результате пептидные связи высокомолекулярной цепочки разрушаются, а конечный продукт представляет собой сложную смесь, состоящую из отдельных аминокислот, их натриевых солей и остатков полипептидов. Этот процесс на примере трипептида показан на картинке ниже.
Гидролизаты различных видов белков, полученные при одинаковой глубине их расщепления, имеют идентичный состав. Данные вещества – это ценные биологически активные соединения, так как аминокислоты являются основным источником питания для тканей и их «строительным материалом», а пептиды участвуют в синтезе аминокислот, выполняют посредническую роль в обменных процессах и служат иммуномодуляторами.
Основные составляющие гидролизатов белка изображены на иллюстрации ниже.
В конечном продукте в наибольшем количестве содержатся такие аминокислоты, как:
- глютаминовая;
- аспарагиновая;
- пирролидин-α-карбоновая (пролин);
- 2-амино-5-гуанидинпентановая (аргинин);
- 2-аминопропановая (аланин);
- 2-амино-4-метилпентановая (лейцин).
Свойства и особенности
Гидролизаты белка обладают следующими биологическими характеристиками:
- высокая физиологичность;
- хорошая усваиваемость при различных способах введения в организм;
- отсутствие токсичности, антигенности, аллергических реакций;
- негормональная природа соединений.
Главными физико-химическими критериями для использования этих веществ являются:
- вязкость;
- способность растворяться в воде;
- эмульгирование;
- геле-и пенообразование.
Данные параметры зависят от вида исходного сырья, способа расщепления, применяемых реагентов, условий технологического процесса. Для отдельных видов гидролизатов характерны следующие особенности:
- соевые продукты гидролиза плохо растворимы при pH = 4-5,5;
- сывороточные, казеиновые, мясные гидролизаты проявляют хорошую термостабильность в присутствии солей двухвалентных металлов при нагревании до 130 °С;
- соединения, полученные на основе рыбных отходов, хорошо растворяются даже при низкой степени расщепления;
- глубокий гидролиз, применяемый для получения гипоаллергенных составов, приводит практически к полной потере эмульгирующих свойств (кроме гидролизатов на основе белка рыбы);
- в присутствии нейтральных солей щелочных металлов растворимость белковых веществ изменяется (например, ионы калия приводят к ее повышению);
- вязкость гидролизатов значительно ниже по сравнению с исходными белками, а при их нагревании не происходит образование гелевых структур. Это благоприятно влияет на создание пищевых продуктов с высоким содержанием ценных азотистых соединений.
Виды
Классификация гидролизатов белка производится по 2 основным критериям. А именно:
- По типу сырья – рыбные, соевые, молочные, казеиновые, сывороточные, соевые, мясные, яичные. Гидролиз белковых отходов различных отраслей промышленности является одним из эффективных способов их утилизации.
- По способу переработки – глубокая, средняя (5-6 суток) и низкая (5-72 ч) степень расщепления (содержание аминокислот не менее 50, 25 и 15 % соответственно).
Для изготовления лечебного питания и терапевтических средств наиболее часто используют соединения на основе коровьего молока (целый белок, створоженное молоко или сыворотка), полученные ферментативным расщеплением. Гидролизаты животных белков применяют в микробиологии, вирусологии, ветеринарии. Соевые продукты также обладают гипоаллергенным и гипохолестеринемическим свойством.
Гидролизаты сывороточного белка имеют аминокислотный состав, близкий к таковому в мышечной ткани человека, а по количеству незаменимых аминокислот они превосходят все остальные виды сырья животного и растительного происхождения.
Получение
Различают 3 основных способа производства данных соединений:
- Кислотный гидролиз с применением в качестве катализатора соляной или серной кислоты. Процесс происходит при нагреве до 100-130 °С и давлении в 2-3 атмосферы. Этот метод наиболее распространен, так как благодаря ему достигается глубокая степень расщепления и исключается риск бактериального загрязнения. Продолжительность реакции составляет 3-24 ч. Наилучшая эффективность – в отношении фибриллярных белков. Недостатком данного способа является то, что при этом разрушаются многие ценные аминокислоты, витамины и образуются побочные токсичные продукты, которые требуют дополнительной очистки.
- Щелочной гидролиз. Этот метод применяют реже (в основном при обработке створчатых моллюсков и рыбы), потому что происходит нежелательное преобразование аминокислот, формируются лантибиотики (антимикробные полипептиды бактериального происхождения).
- Ферментативный гидролиз. Лишен недостатков двух предыдущих технологий и обладает высокой эффективностью. Процесс происходит при невысокой температуре (25-50 °С), кислотности среды, близкой к нейтральной, и атмосферном давлении. Это позволяет сохранить наибольшее количество биологически активных компонентов.
В качестве ферментов применяют следующие вещества:
- пищеварительный панкреатин, трипсин, химотрипсин (особенно эффективны при обработке мяса и крови);
- растительные соединения: фицин, папаин, бромелин;
- бактериальные ферменты: протосублитин, рапидоза;
- вещества, синтезированные при помощи грибковых культур: протооризаны, римопротелин, протелин и другие.
Полный гидролизат белка содержит полноценный набор аминокислот в оптимальном соотношении, что является особенно важным для диетических, медицинских и ветеринарных целей. Такой состав можно получить при глубокой переработке сырья, при многочасовом кипячении раствора в присутствии кислотных катализаторов.
Применение
Гидролизаты белка используют в таких отраслях, как:
- Медицинская (изготовление лекарственных препаратов, лечебное питание для профилактики белковой недостаточности, терапия патологий костно-мышечной и соединительной ткани, нарушения обмена веществ).
- Пищевая (производство мясных полуфабрикатов, желатина, вин, съедобных пленок и покрытий, рыбных консервов, соусов, хлебопекарных изделий, высококалорийных добавок для спортсменов).
- Микробиологическая (изготовление диагностических питательных сред).
- Производство комбикормов.
Сельское хозяйство
В качестве кормовой добавки белковые гидролизаты из мяса, рыбы, крови и молока применяются в следующих случаях:
- для повышения неспецифического иммунитета у ослабленных, больных животных;
- с целью получения большего привеса;
- в качестве адаптогена в стрессовых ситуациях и при наличии факторов риска (высокая заболеваемость и смертность среди птиц и животных);
- при нарушении обмена веществ и отставании в развитии.
Кроме этого обогащенные корма позволяют добиться улучшения качества меха у пушных зверей.
Молочные смеси: гидролизаты белков в детском питании
Коровье молоко, являющееся основным сырьем детских смесей для искусственного грудного вскармливания, может вызывать аллергические реакции. Наибольшей активностью в этом отношении обладают высокомолекулярные белки сыворотки: альфа-лактоальбумин, бета-лактоглобулин и казеин.
Самым эффективным способом снижения аллергенности молока в настоящее время является получение гидролизатов молочного белка с помощью ферментов и их последующая ультрафильтрация. Такие смеси содержат низкомолекулярные пептиды с молекулярной массой меньше 1500 Д, а их переносимость среди детей, страдающих аллергией, составляет не менее 90 %.
По типу белка, который используется для изготовления молочного продукта, смеси разделяют на казеиновые, сывороточные (наиболее распространенные), соевые, смешанные. Их назначают также при нарушении всасывания питательных веществ в кишечнике и для профилактики пищевой аллергии.