Чтобы повысить использование сывороточных и молочных белков в пищевой промышленности, необходимо управлять функциональными свойствами так, чтобы функциональность соответствовала предполагаемому использованию. Это может быть достигнуто с помощью процедур смешивания, очистки или модификации.
Модификация белков может усиливать или изменять комбинацию функциональных характеристик, что позволяет разрабатывать различные белковые компоненты с широким спектром функциональных свойств. Эти модифицированные белки могут оказаться полезными в области готовых пищевых продуктов.
Функциональность белка определяется физико-химическими характеристиками белка, взаимодействиями с другими белковыми и небелковыми компонентами и условиями окружающей среды в пищевой системе. Физико-химические характеристики включают молекулярную массу, аминокислотный состав и последовательность, конформацию, суммарный поверхностный заряд и эффективную гидрофобность. Модификация белка для усиления или изменения его функциональных характеристик включает намеренное изменение одного или нескольких из этих свойств. Помимо придания желаемой функциональности, другие цели модификации белков могут включать улучшение питательной ценности, предотвращение ухудшающих реакций или изменение физического состояния.
Модификация может быть осуществлена химическим способом, который влечет за собой дериватизацию определенных аминокислотных групп боковых цепей белка. Задача химической дериватизации состоит в том, чтобы изменить конформацию белка, таким образом, которая приводит к желаемым структурным и функциональным изменениям. Химическая модификация пищевых белков может привести к изменению питательной ценности, улучшению влагоудерживающих свойств и способности гелеобразования, однако это также может привести к образованию токсичных аминокислот. Изменение аминокислотных остатков может быть получено нагреванием в кислой или щелочной среде.
Фосфатные группы могут быть присоединены к белкам с помощью оксихлорида фосфора (POCl3) (Рис. 1), так как это самый распространенный метод, или с помощью триметафосфата натрия, оксида фосфора (V) в ортофосфорной кислоте, фосфорамидата, фосфорной кислоты в сочетании с трихлорацетонитрилом. Химическое фосфорилирование белков может включать дериватизацию гидроксила сериновых и треониновых остатков или аминогруппы лизина и гистидина. Кроме того, реакция с фосфором оксихлоридом, по-видимому, генерирует сшивки в структуре белка. Природа сшивок неизвестна, однако это могут быть фосфатные мостики или изопептидные связи. Потому что белковые поверхности уже относительно гидрофильные, введение фосфатных групп может не оказывать столь существенного влияния на функциональность как присоединение гидрофобных групп. Тем не менее, изменения в манере, в которой можно ожидать взаимодействия белка и воды. Измененное взаимодействие белка и воды может влиять на растворимость, влагоудерживание, вязкость, гелеобразующие характеристики и ПАВ свойства. Однако, при модификации оксихлоридом фосфора растворимость снижается из-за белковых сшивок.
Рис. 1. Фосфорилирование — реакция оксихлорида фосфора с аминогруппой белка
Был проведён эксперимент модификации лактоглобулина с оксихлоридом фосфора. При фосфорилировании лактоглобулина получается фосфорное производное белка, которое содержит на один моль белка ~ 13-14 молей фосфора, основными участками прикрепления фосфорных групп являются остатки лизина и гистидина. Интересный факт, что при добавлении солей кальция раствор белка превращется в мягкий йогуртоподобный гель (Рис. 2, 3).
Рис. 2. Схема образования связей между ионом кальция и остатками фосфорных групп белка
Желирование происходит за счёт реакции положительных ионов кальция и отрицательными остатками фосфорных групп белка. Эмульгирующие свойства тоже были изменены после модификации за счёт уменьшения изоэлектрической точки производного белка. Это позволяет предотвращать слияния капель гидрофобных жидкостей.
Рис. 3. Диаграмма вязкости молочных белков
Улучшенные эмульгирующие и гелеобразующие свойства, полученные путём модификации белка оксихлоридом фосфора, предполагает массу потенциальных пищевых применений для данного производного белка. Возможное использование существуют в продуктах, которые требуют высокой эмульгирующей активности, таких как заправки и майонезы.
