Oziq-ovqat sanoatida oqsil adsorbsiyasi - Protein adsorption in the food industry - Wikipedia

Oqsil adsorbsiya ning yopishishini bildiradi oqsillar qattiq sirtlarga. Ushbu hodisa muhim muammo hisoblanadi oziq-ovqat mahsulotlarini qayta ishlash sanoati, xususan sutni qayta ishlash va vino va pivo tayyorlash. Haddan tashqari adsorbsiya yoki oqsillarni ifloslanishi sog'liq va sanitariya muammolariga olib kelishi mumkin, chunki adsorbsiyalangan oqsilni tozalash juda qiyin va bakteriyalarni o'z ichiga olishi mumkin. biofilmlar. Agar adsorbsiyalangan material, masalan, ishlov berish bosqichlariga to'sqinlik qilsa, mahsulot sifatiga salbiy ta'sir ko'rsatishi mumkin pasterizatsiya. Biroq, ba'zi hollarda protein adsorbsiyasi, xuddi shunday bo'lgani kabi, oziq-ovqat sifatini yaxshilash uchun ishlatiladi jarima sharob.

Protein adsorbsiyasi

Protein adsorbsiyasi va oqsillarni ifloslanishi oziq-ovqat sanoatida katta muammolarni keltirib chiqarishi mumkin (xususan sut sanoati ) oziq-ovqatdan oqsillar qayta ishlash yuzalariga singib ketganda, masalan zanglamaydigan po'lat yoki plastik (masalan, polipropilen ). Proteinlarni ifloslanishi - bu sirtdagi oqsil agregatlarini to'plash. Bu ko'pincha uskunalar va isitilayotgan asosiy modda o'rtasida harorat gradyani hosil qiladigan isitish jarayonlarida keng tarqalgan.[1] Protein bilan ifloslangan isitish uskunalarida adsorbsiyalangan oqsillar isitgich va quyma materiallar o'rtasida izolyatsion qatlam hosil qilib, isitish samaradorligini pasaytiradi. Bu samarasiz sterilizatsiya va pasterizatsiya qilishga olib keladi. Shuningdek, isitgichga yopishtirilgan oqsillar katta miqdordagi materialda kuygan ta'mga yoki rangga olib kelishi mumkin.[1] Bundan tashqari, filtrlashni qo'llaydigan jarayonlarda filtr yuzasida to'plangan oqsil agregatlari asosiy material oqimini to'sib qo'yishi va filtr samaradorligini ancha pasaytirishi mumkin.[2]

Adsorbsiyaga misollar

Pivo toshi

Beerstone pivoni pishirish jarayonida don va suvdan oksalat, oqsillar va kaltsiy yoki magniy tuzlari cho'kib, keglar, bochkalar va musluklar liniyalarida shkalalar hosil bo'lganda hosil bo'ladigan birikma. Mineral moddalar avval konteyner yuzasiga adsorbsiyalanadi, zaryadli tortishish ta'sirida. Proteinlar eritmadagi ushbu minerallar bilan tez-tez muvofiqlashadi va ular bilan sirtga bog'lanishi mumkin. Boshqa hollarda, oqsillar sirtdagi minerallarga singib ketadi, bu esa konlarni olib tashlashni qiyinlashtiradi,[3] shuningdek, mikroorganizmlarni osongina yashirishi mumkin bo'lgan sirtni ta'minlash. Agar kran liniyalari ichkarisida o'rnatilgan pivo toshi yirtilib ketsa, bu pivoni xiralashtirishi va "off" lazzatlanishiga hissa qo'shishi bilan tayyor mahsulot sifatiga salbiy ta'sir ko'rsatishi mumkin. Shuningdek, u oziqlanish nuqtai nazaridan zararli: oksalatlar buyrakda tosh hosil bo'lish xavfini oshirishi bilan bir qatorda tanadagi kaltsiyning emishini kamaytirishi mumkin.[4]

Sharob tayyorlash

Uzum va sharob oqsillari tayyor vinolarda, ayniqsa oq vinolarda birlashishga va tumanlar va cho'kmalar hosil qilishga moyil.[5] Tumanni keltirib chiqaradigan oqsillar past cho'kish tezligi yoki alohida zarrachalar zaryadini qaytarish tufayli sharobda saqlanib qolishi mumkin. Kabi jarima agentlari bentonit gil, bu oqsillarni olib tashlash orqali sharobni tozalash uchun ishlatiladi. Shuningdek, albumin, kazein yoki jelatin kabi oqsilli moddalar taninlarni yoki boshqa fenollarni olib tashlash uchun sharobni tozalashda ishlatiladi.[6]

Biofilmlar

A biofilm sirtga adsorbsiyalangan mikroorganizmlarning birlashmasi. Biyofilmlardagi mikroorganizmlar ekzopolisakkaridlar, hujayradan tashqari DNK va oqsillardan tashkil topgan polimer matritsada joylashgan. Sirt (odatda metall) eritma ichiga joylashtirilganidan bir necha soniya o'tgach, noorganik va organik molekulalar sirtga singib ketadi. Ushbu molekulalarni asosan Coulombic kuchlari jalb qiladi (yuqoridagi qismga qarang) va yuzaga juda qattiq yopishishi mumkin. Ushbu birinchi qatlam konditsioner qatlami deb ataladi va mikroorganizmlarning sirt bilan birikishi uchun zarurdir. Keyin ushbu mikroorganizmlar teskari ravishda biriktiriladi Van der Vals kuchlari, keyinchalik pili yoki flagella kabi o'z-o'zidan ishlab chiqarilgan biriktirma tuzilmalari orqali qaytarib bo'lmaydigan yopishqoqlik.[7] Biofilmlar zanglamaydigan po'lat kabi qattiq substratlarda hosil bo'ladi. Biyofilmning polimer matritsasi mikroblarni himoya qiladi, ularning yuvish va tozalash vositalariga chidamliligini oshiradi. Oziq-ovqat mahsulotlarini qayta ishlash yuzalaridagi biofilmlar oziq-ovqat xavfsizligi uchun biologik xavf tug'dirishi mumkin. Biofilmlarda kimyoviy qarshilikning ko'payishi doimiy ifloslanish holatiga olib kelishi mumkin.[8]

Sut sanoati

Pasterizatsiyalangan sut pishloq tayyorlash uchun ko'p miqdorda isitish idishida saqlanadi.

Mikrob yukini kamaytirish va saqlash muddatini ko'paytirish uchun bilvosita isitish orqali sutni termik davolash (masalan, pasterizatsiya) odatda plastinka issiqlik almashinuvchisi. Issiqlik almashinuvchisi sirtida adsorbsiyalangan sut oqsillari qatlamlari buzilishi mumkin. Nopoklik xona haroratida oqsilli bir qatlam hosil bo'lishi bilan boshlanadi, so'ngra issiqlik ta'sirida agregatsiya va cho'kma hosil bo'ladi. zardob oqsili va kaltsiy fosfat konlari.[9] Adsorbsiyalangan oqsillar issiqlik uzatish samaradorligini pasaytiradi va sutning etarli darajada qizishini oldini olish orqali mahsulot sifatiga ta'sir qilishi mumkin.

Protein adsorbsiyasi mexanizmlari

Oziq-ovqat sanoatidagi oqsil adsorbsiyasining barcha misollaridagi umumiy tendentsiya shundaki, avval sirtga adsorbsiyalangan minerallarga adsorbsiya. Ushbu hodisa o'rganilgan, ammo u yaxshi tushunilmagan. Spektroskopiya loyga o'xshash minerallarga adsorbsiyalangan oqsillar C = O va N-H o'zgarishini ko'rsatadi bog'lanish cho'zilib ketadi, ya'ni bu bog'lanishlar oqsilni biriktirishda ishtirok etadi.[10]

Coulombic

Ba'zi hollarda oqsillar sirtga haddan tashqari ta'sir qiladi sirt zaryadi. Suyuqlikdagi sirt aniq zaryadga ega bo'lganda, suyuqlikdagi ionlar sirtga adsorbsiyalanadi. Oqsil yuzasida zaryadli aminokislota qoldiqlari tufayli oqsillarning zaryadlangan yuzalari ham mavjud. Keyinchalik sirt va oqsilni kulombik kuchlar jalb qiladi.[11]

Zaryadlangan yuzasidan oqsilning tortishish hissi () quyidagi formulada tavsiflanganidek, sirt zaryadiga eksponent ravishda bog'liq:[12]

Qaerda

  • oqsil tomonidan seziladigan potentsialdir
  • bu sirtning haqiqiy potentsialidir
  • x bu oqsildan sirtgacha bo'lgan masofa va
  • bo'ladi Debye uzunligi.

Oqsil sirtining potentsiali u zaryadlangan aminokislotalar soni va uning miqdori bilan beriladi izoelektrik nuqta, pI.

Termodinamik

Protein adsorbsiyasi to'g'ridan-to'g'ri aralashmani isitish natijasida ham paydo bo'lishi mumkin. Sutni qayta ishlash jarayonida oqsil adsorbsiyasi ko'pincha boshqa holatlarda ushbu turdagi adsorbtsiya uchun namuna sifatida ishlatiladi. Sut asosan suvdan iborat bo'lib, tarkibida 20 foizdan kam suspenziyalangan moddalar yoki erigan oqsillar mavjud. Oqsillar sutning atigi 3,6 foizini va suv bo'lmagan tarkibiy qismlarning atigi 26 foizini tashkil qiladi.[13] Ushbu oqsillarning barchasi paytida yuzaga keladigan ifloslanish uchun javobgardir pasterizatsiya.

Sut tarkibidagi qattiq moddalarning (suvsiz elementlar) tarkibi

Sut davomida isitiladi pasterizatsiya sut tarkibidagi ko'plab oqsillar denaturatsiyaga uchraydi. Pasterizatsiya harorati 161 ° F (71,7 ° C) ga yetishi mumkin. Bu harorat pastdagi oqsillarni denaturatsiyalash uchun etarli darajada yuqori bo'lib, sutning ozuqaviy qiymatini pasaytiradi va ifloslanishni keltirib chiqaradi. Sutni kamaytirish uchun bu yuqori haroratgacha qisqa vaqt (15-20 soniya) davomida isitiladi denaturizatsiya. Ammo denatüre qilingan oqsillarni ifloslanishi hali ham muhim muammo.

OqsilΔHDenaturizatsiya harorati (K)TM (C)[14]
β-Laktoglobulin599±19344.070.85
a-Laktalbumin184±11312.739.55
BSA799±44334.361.15

Denaturatsiya ilgari oqsil bilan himoyalangan oqsil tarkibidagi hidrofob aminokislota qoldiqlarini ochib beradi. Ta'sir qilingan hidrofob aminokislotalar atrofdagi suv entropiyasini kamaytiradi va sirt adsorbsiyasi uchun qulaydir. B-laktoglobulinning bir qismi (b-lg) to'g'ridan-to'g'ri issiqlik almashinuvchisi yoki idish yuzasiga singib ketadi. Boshqa denatüre qilingan b-lg molekulalari kazeinga adsorbsiyalanadi misellar, ular sut tarkibida ham mavjud. B-lg oqsillari kazein mitseliga tobora ko'proq birikib borishi natijasida u agregat hosil qiladi, keyinchalik u issiqlik almashinuvchiga va / yoki idishning yuzasiga tarqaladi.

Denaturatsiyalash oqsil adsorbsiyasi mexanizmi

Biokimyoviy

Agregatlar sutni qayta ishlash jarayonida mavjud bo'lgan oqsillarni ifloslanishining ko'p qismini tushuntirishi mumkin bo'lsa-da, bu hammasini hisobga olmaydi. Nopoklikning uchinchi turi kashf qilindi, bu denatüre qilingan b-lg oqsillarining kimyoviy o'zaro ta'siri bilan izohlanadi.[15]

b-lg 5 ga ega sistein qoldiqlar, ularning to'rttasi bir-biriga kovalent ravishda bog'lanib, S-S bog'lanishini hosil qiladi. B-lg denaturatsiyaga uchraganda, beshinchisi sistein qoldiq suvga ta'sir qiladi. Keyin bu qoldiq boshqa b-lg oqsillari bilan, shu jumladan sirtga singib ketgan proteinlar bilan bog'lanadi. Bu denatüre qilingan oqsillar va idish yuzasi o'rtasida kuchli o'zaro ta'sir hosil qiladi.

Izotermalar

Izotermalar sirtdagi oqsil konsentratsiyasiga qarab doimiy haroratda sirtdagi adsorbsiyalangan oqsil miqdorini aniqlash uchun ishlatiladi. Tadqiqotchilar oqsil adsorbsiyasi uchun eksperimental qiymatlarni tavsiflash uchun Langmuir tipidagi izoterm modelidan foydalanganlar.[14]

Ushbu tenglamada

  • adsorbsiyalangan oqsil miqdori
  • har bir molekula uchun sirt maydoni
  • oqsilning qisman molyar hajmi
  • Gibbs erkin adsorbsiyasining energiyaning birlik maydoniga manfiy va
  • muvozanat oqsil konsentratsiyasi.

Ushbu tenglama oqsil va suvning namunali eritmasidan 50 ° C dan yuqori haroratlarda protein adsorbsiyasining laboratoriya sharoitida qo'llanilgan. Ayniqsa, sutni qayta ishlash jarayonida oqsillarni ifloslanishini modellashtirish uchun foydalidir.

Adsorbsiyalangan oqsillarni olib tashlash

Adsorbsiyalangan oqsillar oziq-ovqat bilan aloqa qiladigan yuzalardan tozalashning eng qiyin tuproqlari qatoriga kiradi. Xususan, issiqlik bilan denatüre qilingan oqsillar (masalan, sut sanoatida qo'llaniladigan) sirtlarga qattiq yopishadi va ularni olib tashlash uchun kuchli gidroksidi tozalash vositalarini talab qiladi.[16] Tozalash usullari ko'rinadigan va ko'rinmaydigan oqsilli tuproqlarni yo'q qilishga qodir bo'lishi muhimdir. Bakteriyalarni ko'paytirish uchun ozuqa moddalarini, shuningdek oziq-ovqat bilan aloqa qiladigan yuzada hosil bo'lishi mumkin bo'lgan biofilmlarni olib tashlash kerak. Oqsillar suvda erimaydi, kislotali eritmalarda ozgina eriydi va gidroksidi eritmalarda eriydi, bu sirtdan oqsillarni olib tashlash uchun ishlatilishi mumkin bo'lgan tozalovchi turini cheklaydi.[16] Umuman aytganda, peptizlovchi va namlovchi moddalar bilan ishqorli yuqori darajadagi tozalagichlar oziq-ovqat bilan aloqa qiladigan yuzalardagi oqsillarni yo'q qilishda eng samarali hisoblanadi.[17] Tozalash harorati, shuningdek, oqsillarni samarali olib tashlash uchun tashvishlidir. Harorat oshishi bilan tozalovchi birikmaning faolligi oshib, tuproqni tozalash osonlashadi. Ammo yuqori haroratlarda (> 55 ° C) oqsillar denaturatsiya qilinadi va tozalash samaradorligi pasayadi.[16]

Ishqoriy tozalagichlar

Ishqoriy tozalagichlar pH 7-14 bo'lgan birikmalar deb tasniflanadi. Oqsillarni sirtdan pH qiymati 11 yoki undan yuqori bo'lgan tozalagichlar eng samarali tarzda yo'q qiladi.[16] Kuchli gidroksidi tozalash vositasining misoli natriy gidroksidi, shuningdek, kostik soda deb ham ataladi. Natriy gidroksidi (NaOH) zanglamaydigan po'lat kabi oziq-ovqat bilan aloqa qiladigan yuzalarda korroziyaga olib kelishi mumkin bo'lsa-da, oqsillarni eritish va oziq-ovqat tuproqlarini tarqatish / emulsifikatsiya qilish samaradorligi tufayli oqsillarni tozalash uchun afzal qilingan tozalash vositasidir. Ushbu tozalagichlarga ko'pincha silikatlar qo'shilib, metall yuzalardagi korroziyani kamaytiradi. Proteinlarda gidroksidi tozalash mexanizmi uch bosqichli jarayondan iborat:[18]

  1. Jel hosil bo'lishi: Ishqoriy eritma bilan aloqa qilganda oqsilli tuproq shishiradi va olinadigan jel hosil qiladi.
  2. Oqsillarni yo'q qilish: oqsilli gel massa almashinish yo'li bilan tozalanadi, tozalovchi vosita esa tuproq orqali tarqalishda davom etadi va gel hosil bo'lishini oshiradi.
  3. Parchalanish bosqichi: oqsil jeli yupqa birikma hosil bo'ladigan darajada eroziyalangan. Ushbu bosqichda olib tashlash, kesish kuchlari va jelning massa uzatilishi bilan boshqariladi.

Gipoxlorit oqsillarni peptizatsiya qilish uchun ko'pincha gidroksidi tozalash vositalariga qo'shiladi. Xlorli tozalagichlar oqsillarda sulfidli o'zaro bog'lanishlarni oksidlash orqali ishlaydi.[16] Tozalash tezligi va samaradorligi endi kichikroq, ko'proq eriydigan oqsillardan tashkil topgan tozalagichning tuproq matritsasiga ko'payishi tufayli yaxshilanadi.

Fermentlarni tozalash vositalari

Ferment ta'sirining asosiy mexanizmi

Biofilmni yo'q qilish uchun fermentlarga asoslangan tozalagichlar ayniqsa foydalidir. An'anaviy gidroksidi yoki kislota tozalagichlari bilan bakteriyalarni yo'q qilish biroz qiyin.[19] Fermentlarni tozalash vositasi biofilmlarda samaraliroqdir, chunki ular bakteriyalar birikkan joylarida oqsillarni parchalash orqali proteaz bo'lib ishlaydi. Ular yuqori pH qiymatida va 60 ° C dan past haroratlarda maksimal samaradorlikda ishlaydi.[16] Biyobozunurlik va atrof-muhitning boshqa omillari, masalan, chiqindi suvlar ishlab chiqarish hajmining pasayishi va sovuq suvdan energiya tejashga bog'liqligi sababli fermentlarni tozalash vositalari an'anaviy kimyoviy tozalash vositalariga tobora jozibador bo'lib kelmoqda.[20] Biroq, ular odatda gidroksidi yoki kislota tozalash vositalariga qaraganda qimmatroq.

Adabiyotlar

  1. ^ a b Ayadi, MA; T Benezek; F Chopard; M Berthou (2008). "Yassi Ommik hujayraning ifloslanmagan va zardob oqsili bilan ifloslanish sharoitida termal ishlashi". LWT-Oziq-ovqat fanlari va texnologiyalari. 41 (6): 1073–1081. doi:10.1016 / j.lwt.2007.06.022.
  2. ^ Xo, Chia-Chi; Endryu L. Zidney (2001). "Asimmetrik va kompozit mikrofiltratsiya membranalarining oqsil bilan ifloslanishi". Ind. Eng. Kimyoviy. Res. 40 (5): 1412–1421. doi:10.1021 / ya'ni000810j.
  3. ^ Jonson, Dana (1998 yil 23 mart). "Beerstone-ni olib tashlash". Zamonaviy pivo ishlab chiqarish davri - Birko korporatsiyasi orqali.
  4. ^ MakIntir, Donald B. (1964). "Pivoni iste'mol qilish jarayoni". AQSh Pat. Yo'q 3,128,188.
  5. ^ Moreno-Arribas, M. Viktoriya; Karmen Polo; Mariya Karmen Polo (2009). Sharob kimyosi va biokimyo. Springer Science + Business Media. p. 213.
  6. ^ Boulton, Rojer B.; Vernon L. Singleton; Linda F. Bisson (1996). Sharob ishlab chiqarish tamoyillari va amaliyoti. Kluwer Academic Publishers Group. p. 279.
  7. ^ Lappin-Skot, Xilari M.; J. Uilyam Kosterton (1995). "Mikrobial biofilmlar". Mikrobiologiyaning yillik sharhi. Kembrij universiteti matbuoti. 49: 711–45. doi:10.1146 / annurev.mi.49.100195.003431. PMID  8561477.
  8. ^ Tarver, Toni (2009). "Biofilmlar: oziq-ovqat xavfsizligiga tahdid". Oziq-ovqat texnologiyasi. 63 (2): 46–52.
  9. ^ Visser, J; Jeurnink, Th. J. M (1997). "Sut sanoati sohasida issiqlik almashinuvchilarni ishdan chiqarish". Eksperimental termal va suyuqlikshunoslik. 14 (4): 407–424. doi:10.1016 / s0894-1777 (96) 00142-2.
  10. ^ Fusi, P .; Ristori, G.G .; Kalamay, L .; Stotskiy, G. (1989). "Proteinning adsorbsiyasi va" toza "(homoyonik) va" iflos "(Fe oksigidroksidlar bilan qoplangan) Montmorillonit, Illit va Kaolinitga bog'lanishi". Tuproq biologiyasi va biokimyo. 21 (7): 911–920. doi:10.1016/0038-0717(89)90080-1.
  11. ^ Andrade, J.D .; Xaddi, V .; Vey, AP (1992). "Interfeyslarda murakkab oqsillarning adsorbsiyalanishi". Sof Appl. Kimyoviy. 64 (11): 1777–1781. doi:10.1351 / pac199264111777.
  12. ^ Tugma, Xans-Yurgen; Graf, Karlxaynts; Kappl, Maykl (2006). Interfeyslar fizikasi va kimyosi. Germaniya Federativ Respublikasi: Wiley-VCH.
  13. ^ "Zardob oqsili bo'yicha tez-tez so'raladigan savollar".
  14. ^ a b Al-Malah, Kamol; Makgayr, Jozef; Sproul, Robert (1995). "Bir komponentli oqsil adsorbsiya izotermi uchun makroskopik motsel". Kolloid va interfeys fanlari jurnali. 170 (1): 261–268. Bibcode:1995 yil JCIS..170..261A. doi:10.1006 / jcis.1995.1096.
  15. ^ Nakanishi, Kazuxiro; Sakiyama, Takaharu; Imomura, Koreyoshi (2001). "Umumiy, ammo juda murakkab bo'lgan fenomen, qattiq sirtdagi oqsillarning adsorbsiyasini ko'rib chiqish". Bioscience va biomühendislik jurnali. 91: 233–244. doi:10.1016 / s1389-1723 (01) 80127-4.
  16. ^ a b v d e f Marriott, Norman G.; Robert B. Gravani (2006). Oziq-ovqat sanitariya tamoyillari. Nyu-York: Springer Science + Business Media. p. 142.
  17. ^ Ronald X. Shmidt (1997 yil iyul). "Oziq-ovqat mahsulotlarini qayta ishlash va ishlov berish jarayonida uskunalarni tozalash va sanitarizatsiya qilishning asosiy elementlari". Florida universiteti oziq-ovqat va qishloq xo'jaligi fanlari instituti, Florida kooperativ xizmatini taqdim etish, oziq-ovqat fanlari va insonni oziqlantirish bo'limi. Olingan 22 may, 2011.
  18. ^ Friter, P J; Nasroniy, G K; Liu, V (2006). "Gigiena qanday sodir bo'ladi: fizika va tozalash kimyosi". Xalqaro sut texnologiyalari jurnali. 59 (2): 76–84. doi:10.1111 / j.1471-0307.2006.00249.x.
  19. ^ Flint, S H; van den Elzen, H; Bruks, J D; Bremer, PJ (1999). "Zanglamaydigan po'latdan termo chidamli streptokokklarni olib tashlash va inaktivatsiya qilish". Xalqaro sut jurnali. 9 (7): 429–436. doi:10.1016 / s0958-6946 (99) 00048-5.
  20. ^ Palmovskiy, L; Baskaran, K; Uilson, H; Vatson, B (2005). "Joyida toza - dolzarb texnologiya va uning oziq-ovqat va ichimliklar sanoatida qo'llanilishi". Iqtibos jurnali talab qiladi | jurnal = (Yordam bering)