Денатурация белков: что это за процесс?

Денатурация белков - сложный физико-химический процесс, оказывающий существенное влияние на свойства пищевых продуктов. Давайте разберемся, в чем его суть и почему он имеет большое значение в кулинарии.

Сущность денатурации белков

Денатурация в переводе с латинского означает "лишение природных свойств". Применительно к белкам это понятие отражает потерю естественных свойств белковых молекул, таких как растворимость, способность связывать воду, гидрофильность и другие.

Причина этих изменений кроется в нарушении пространственной структуры белка. Молекула теряет свою компактную форму, разворачивается, а затем может снова сворачиваться, но уже иначе. Этот процесс часто сравнивают с "плавлением" белка. На самом деле никакого плавления не происходит в прямом смысле этого слова, поскольку температура плавления у белков отсутствует.

Практически любое заметное изменение внешних условий, например нагревание или существенное изменение pH, приводит к последовательному нарушению четвертичной, третичной и вторичной структур белка.

Важно отметить, что денатурация - это обратимый или необратимый процесс. Ренатурация, или восстановление исходной структуры, возможна, но далеко не для всех белков. У большинства из них денатурация необратима и естественные свойства уже не восстанавливаются.

Причины, вызывающие денатурацию белков

Существует целый ряд факторов, способных вызвать денатурацию белков.

• Физические воздействия: температура; давление; ультразвук; ионизирующее излучение.
• Химические вещества: кислоты и щелочи; органические растворители; соли тяжелых металлов.
• Механические воздействия: перемешивание, взбалтывание.

Денатурация - это результат влияния одного или сочетания нескольких из этих факторов. Например, при тепловой обработке продуктов воздействуют сразу температура и механическое перемешивание или взбалтывание.

Рассмотрим подробнее действие температуры как основной причины денатурации белков в процессе кулинарной обработки.

Повышение температуры активизирует тепловое движение атомов в молекуле белка. В результате ослабевают и разрываются водородные связи, удерживающие полипептидные цепи в исходном состоянии. Цепи разворачиваются, а затем сворачиваются вновь, образуя измененную пространственную структуру.

Из таблицы видно, что денатурация начинается уже при 40-60°C, то есть при температурах, применяемых в кулинарии. Поэтому при тепловой обработке продуктов этот процесс практически неизбежен.

Последствия денатурации белков

Денатурация белков влечет за собой ряд последствий, влияющих на свойства пищевых продуктов.

Изменение растворимости и других свойств

В результате разрушения компактной структуры белки теряют способность удерживать воду и растворяться в ней. Это приводит к выделению жидкости из продуктов. Например, при варке или жарке мяса происходит усадка и потеря массы из-за вытекания мышечного сока.

Кроме того, гидрофильные группы аминокислотных остатков, изначально располагавшиеся на поверхности молекулы, оказываются вовнутри развернутой цепи. Вместо них наружу выходят гидрофобные группы, которые не способны связывать и удерживать воду.

Агрегация частиц белка

Еще одним важным последствием денатурации является агрегация белковых молекул - их объединение в более крупные частицы неправильной формы. Это объясняется тем, что развернутые полипептидные цепи имеют избыточную поверхностную энергию и стремятся к взаимодействию друг с другом.

Агрегация визуально проявляется как помутнение раствора, выпадение хлопьев или образование сплошного геля.

Изменение органолептических свойств

Денатурация напрямую сказывается на вкусовых качествах, консистенции и других органолептических показателях готовых блюд.

Например, различия во вкусе между сырым и жареным яйцом объясняются как раз денатурацией овальбумина и других белков при термической обработке. Аналогичным образом, структурные изменения белков мяса и молока при кулинарной обработке формируют характерные вкусовые оттенки соответствующих блюд.

Влияние на пищевую ценность

При слишком длительном воздействии высоких температур и других денатурирующих факторов происходит необратимая деструкция молекул белка.

В результате этого часть аминокислот разрушается, образуются токсичные вещества, снижается биологическая ценность продукта. Поэтому время и параметры тепловой обработки должны быть оптимальными.