Структурообразованне в системах, содержащих полиэлектролитные комплексы к-каррагинан-желатина тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 02.00.11, кандидат наук Маклакова Александра Александровна

• Маклакова Александра Александровна
• кандидат наук
• 2018

Оглавление диссертации кандидат наук Маклакова Александра Александровна

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА

ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР

1.1. Образование полиэлектролитных комплексов белка с полисахаридами

1.2. Свойства гидрогелей, содержащих желатину и полисахарид

1.3. Применение желатины, природных полисахаридов и их смесей в качестве структурообразователей и эмульгаторов пищевых продуктов

ГЛАВА

ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ

2.1. Объекты исследований

2.1.1. Желатина

2.1.2. к-Каррагинан

2.1.3. Водные смеси и гели желатины с к-каррагинаном

2.1.4. Эмульсии типа «масло/вода», стабилизированные комплексами желатины с к-каррагинаном

2.2. Методы исследования

2.2.1. Метод турбидиметрического титрования

2.2.2 Метод динамического рассеяния света

2.2.3. Метод "спектра мутности"

2.2.4 Абсорбционная УФ спектроскопия

2.2.5. Оптическая микроскопия

2.2.6. Диаграммы стабильности эмульсий

2.2.7. Инфракрасная спектрометрия

2.2.8. Реологические методы

2.2.9. Метод электронной микроскопии

ГЛАВА

РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ

3.1. Структура полиэлектролитных комплексов к-каррагинан -желатина

3.1.1. Состав стехиометричных комплексов

3.1.2. Межмолекулярные взаимодействия биополимеров при комплексообразовании по данным УФ спектров

3.1.3. Размеры и заряд частиц полиэлектролитных комплексов

3.1.4. Кинематическая вязкость растворов стехиометичных полиэлектролитных комплексов

3.2 Полиэлектролитные комплексы как стабилизаторы гелеобразных высококонцентрированных эмульсий

3.2.1. Устойчивость эмульсий. Диаграммы стабильности

3.2.2. Тип концентрированных эмульсий

3.2.3. Дисперсность высококонцентрированных эмульсий

3.2.4. Реологические свойства. Влияние концентрации к-каррагинана

3.4. Полиэлектролитные комплексы - новый тип

структурообразователя

3.4.1. Неньютоновское поведение при течении

3.4.2. Вязкоупругие свойства по данным динамических испытаний

3.5. Структура геля на молекулярном уровне

3.5.1. Фурье-ИК-спектометрия

3.5.2. Электронная микроскопия

3.6 Механизм формирования структурной сетки геля полиэлектролитных комплексов

3.7. Применение гелеобразующих смесей к-каррагинана с желатиной в производстве консервированных рыбных продуктов

ВЫВОДЫ

Список литературы

ПРИЛОЖЕНИЕ

ПРИЛОЖЕНИЕ

ПРИЛОЖЕНИЕ

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Структурообразованне в системах, содержащих полиэлектролитные комплексы к-каррагинан-желатина»

ВВЕДЕНИЕ

Структурообразование присуще биополимерам благодаря наличию в их макромолекулах разнообразных активных групп (полярных и неполярных), способных к формированию связей различного типа. Такие супрамолекулярные структуры могут образовываться как самими макромолекулами (двойные и тройные спирали в различных биологических макромолекулах), так и путем межмолекулярных взаимодействий с возникновением межмолекулярных комплексов. Типичным и важным примером последних являются полиэлектролитные комплексы (ПЭК), которые на протяжении последних десятилетий привлекают постоянный интерес, обусловленный развитием общих научных представлений о биополимерах, а также необходимостью решения прикладных задач.

Среди различных составов полиэлектролитных комплексов большой интерес вызывают системы, образованные полисахаридами и белками, в которых полисахарид играет роль лиофилизирующего полиэлектролита (комплексообразователя), а белок - блокирующего полиэлектролита (лиганда). Основное внимание уделяется взаимодействию этих компонентов в водной среде, приводящему к золь-гель переходу, т.е. возникновению трехмерных твердообразных материалов ("soft matter"). В этом случае имеет место соответствие между молекулярными (нано-структурными) процессами образования супрамолекулярных структур полиэлектролитных комплексов и отражающими их изменения макрореологическими свойствами системы в целом.

Структура и состав биополиэлектролитных комплексов к-каррагинан-желатина непосредственно отражаются на их реологических свойствах, приводя к упрочнению гелеобразных систем. Однако детальное описание особенностей микроструктуры таких комплексов как нового типа гелеобразователей (структурообразователей) и возникающих при их взаимодействии супрамолекулярных структур, требует дальнейших исследований. Эти особенности являются ключом к регулированию свойств гидрогелей и гелеобразных эмульсий полиэлектролитных комплексов с

достижением определенных целевых показателей, что определяет актуальность исследования.

Цель работы: получение полиэлектролитных комплексов к-каррагинан-желатина, изучение их структурообразующих свойств с целью создания гидрогелей и устойчивых эмульсий с регулируемыми реологическими свойствами.

Научная новизна:

- Получены полиэлектролитные комплексы к-каррагинан-желатина, обладающие уникальными свойствами структурообраз ователя и эмульгатора.

- Обнаружено, что образование полиэлектролитных комплексов к-каррагинан-желатина сопровождается увеличением доли упорядоченных структур макромолекул желатины. Показано, что наравне с возникновением электростатических взаимодействий противоположно заряженных групп желатины (Гистидин и Аргинин) и к-каррагинана (сульфогруппы) при комплексообразовании дополнительный вклад вносят водородные связи между ОН-группами каррабиозной единицы полисахарида и групп (Тиразина) желатины.

- Впервые найдено критическое соотношение компонентов Ъ = 0.1 г кар/г жел, выше которого наблюдается резкое увеличение размеров частиц полиэлектролитных комплексов и изменение знака заряда.

- Показано, что гели, образованные полиэлектролитными комплексами к-каррагинан-желатина, представляют собой вязко-пластичные среды. В линейной области механического поведения модуль упругости гелей практически постоянен в широкой области частот и значительно превышает модуль потерь. Увеличение концентрации комплексов приводит к увеличению вязкости геля, модуля упругости и предела текучести, показывая синергетический эффект.

- Получены гелеобразные высококонцентрированные эмульсии (масло/вода), стабилизированные полиэлектролитными комплексами к-каррагинан-

желатина, содержание дисперсной фазы 74 - 75 %. Определены условия формирования устойчивых к коалесценции эмульсий.

- На основании систематического исследования дисперсий - гелей и гелеобразных высококонцентрированных эмульсий, образованных полиэлектролитными комплексами к-каррагинан-желатина, показано, что существует критическое значение массового соотношения биополимеров Z = 0.1 г кар/г жел, выше которого наблюдается резкое изменение устойчивости эмульсий и реологических параметров гелей.

- Впервые предложены два механизма формирования трехмерной физической сетки геля и построены модели узлов сетки, определяющих твердообразные свойства, в основе которых лежит формирование межмолекулярных тройных и двойных спиралей желатины и к-каррагинана, соответственно.

Практическая значимость работы. Разработаны рецептуры гелеобразующих составов на основе желатины с к-каррагинаном, обеспечивающих необходимые структурообразующие (реологические) и органолептические свойства пищевого геля (гелеобразных заливок) при производстве рыбных консервированных продуктов. На основании результатов научно-исследовательской работы предложены изменения в нормативно-техническую документацию (Технологическая инструкция) по производству консервов из рыбы в желе в соответствии с требованиями ГОСТ 11771, ГОСТ15846 и ГОСТ 14192.

На базе учебно-экспериментального цеха ФГБОУ ВО "Мурманский государственный технический университет" изготовлена опытная партия рыбных консервов "Пикша филе с овощным гарниром и фукусом в желе" с использованием разработанных рецептур. Продукт отмечен дипломом победителя Дегустационного конкурса XV Международной рыбопромышленной выставки "Море. Ресурсы. Технологии - 2014" (Мурманск, 2014).

Автор защищает:

1. Условия получения полиэлектролитных комплексов к-каррагинан -желатина в водной фазе (соотношение компонентов, температура, pH), обладающих структурообразующими и стабилизирующими свойствами.

2. Результаты исследования вторичной структуры желатины при комплексообразовании с к-каррагинаном. Характер взаимодействия биополимеров желатины и к-каррагинана при образовании полиэлектролитных комплексов по данным УФ - и Фурье ИК-спектроскопии.

3. Размеры и ^-потенциал полиэлектролитных комплексов в объеме водной фазы в широком интервале массовых соотношений к-каррагинан: желатина.

4. Результаты исследований реологических свойств гелей ("soft matter") полиэлектролитных комплексов к-каррагинан-желатина, изученных при различных режимах сдвигового деформирования.

5. Закономерности изменения устойчивости к коалесценции гелеобразных высококонцентрированных эмульсий и реологических свойств при варьировании концентрации полиэлектролитного комплекса.

6. Значение критического массового соотношения биополимеров, превышение которого вызывает резкое изменение реологических параметров гелей и устойчивости эмульсий.

7. Механизм формирования трехмерной сетки геля в зависимости от концентрации структурообразователя - полиэлектролитного комплекса к-каррагинан-желатина в системе.

8. Рецептура гелеобразующих составов на основе желатины и полисахарида для использования в рыбных пищевых технологиях.

ГЛАВА 1 ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР 1.1. Образование полиэлектролитных комплексов белка с полисахаридами

Белки и полисахариды широко используются в пищевой, фармацевтической и биомедицинской промышленности благодаря своим уникальным свойствам. В пищевых продуктах белки и полисахариды определяют стабильность, структуру, вязкоупругие свойства и органолептические качества [1]. Они могут быть использованы в качестве функциональных ингредиентов, например, для межфазной стабилизации [2 - 5], в качестве основы для микрокапсулирования [6 - 8]. Композиции белков с полисахаридами используются как стабилизаторы и гелеобразователи в пищевых технологиях [9, 10], в качестве дополнительных компонентов функциональных и имитированных продуктов [1], содержащих мясо, жир [11, 12].

Белки относятся к классу природных высокомолекулярных соединений и имеют, в частности, огромное значение для питания людей и животных. Функциональные свойства белков связаны с особенностями строения их молекул, которое определяется содержанием и последовательностью аминокислотных остатков [13], которая определяют первичную структуру белка. Наиболее устойчивыми конформациями полипептидной цепи выступают а-спирали и складчатые Р-слои, которые стабилизируются за счет водородных связей и являются элементами вторичной структуры белка. За счет расположения а-спиралей и Р-листов, которые перемежаются неупорядоченными участками, белковая цепь обладает значительной гибкостью [13, 14]. Наличие гибких участков позволяет белковой молекуле сворачиваться в глобулу, наиболее биологически функциональную третичную структуру, которая стабилизируется сильными взаимодействиями при образовании дисульфидных мостиков между остатками цистеина, а также электростатическими, гидрофобными, Ван-дер-ваальсовыми, водородными

связями. Аминокислотные остатки могут быть как полярные, так и неполярные, как гидрофильные, так и гидрофобные, а гибкая белковая цепь может свернуться в глобулу так, что центральная область глобулы может оказываться гидрофобной, а внешняя поверхность гидрофильной [15, 16].

Когда глобулы макромолекул белка или надмолекулярных белковых систем соединены нековалентными связями, образуется четвертичная структура [14, 17].

Желатина - это вещество белкового происхождения, полученное путём деструкции фибриллярного белка коллагена - самого распространённого белка в природе. Коллаген составляет около 30 % общего количества органической материи, 40 % всех белков животного мира и почти 60 % белковых веществ в тканях млекопитающих. Он является основным структурным компонентом кожи, костей, сухожилий, хрящей и других элементов соединительной ткани животных [5, 14, 18]. Наиболее распространенными источниками желатины являются кожа свиньи (46 %), бычьи шкуры (29,4 %), кости свиньи и крупного рогатого скота (23,1 %), а так же кожа и кости рыбы. Желатина, полученная из отходов рыбопереработки, составляет порядка 1,5 % от общего объема производства желатины в настоящее время, но этот показатель постоянно растет, что свидетельствует о том, что производство желатины из альтернативных источников, не относящихся к млекопитающим, приобретает большую важность [19].

Физические свойства желатины, связанные со структурой желатины, влияют на ее качество и потенциальное применение [20]. Структурные свойства растворов и гелей желатины изучались различными методами, такими как многолучевое лазерное рассеяние света [21], вязкоупругость [22], сканирующая и просвечивающая электронная микроскопия [23, 24], электрофоретический анализ [25], инфракрасная спектроскопия с преобразованием Фурье (БИЯ) [26, 27], рамановская спектроскопия [28] и другими.

Анионные полисахариды каррагинаны получают из красных морских водорослей (в основном это виды Kappaphycus alvarezii, Kappaphycus striatum и Eucheuma denticulatum). Под названием каррагинаны объединена группа неразветвлённых анионных полисахаридов. По химической природе макромолекулы каррагинанов представляют собой неразветвленные сульфатированные гетерогликаны, молекулы которых построены из остатков производных D-галактопиранозы со строгим чередованием а-(1-3) и Р-(1-4)-связей между ними, то есть из повторяющихся дисахаридных звеньев (каррабиозных единиц), включающих остатки P-D-галактопиранозы и 3,6-ангидро-а-Э-галактопиранозы. Каррагинаны включают в свой состав сложноэфирные солевые группы, типа R-OSO3Me могут содержать катионы Na+, K+, Mg2+, Ca2+ [29 - 31].

В зависимости от особенностей строения дисахаридных повторяющихся звеньев различают три основных типа каррагинанов - к-, i- и ^-каррагинан, содержащие соответственно одну, две и три сульфатных группы на одну каррабиозную группу. Кроме того к- и i-каррагинан сохраняют остатки ангидрогалактозы, эти типы каррагинанов способны формировать термообратимые гели [32].

Взаимодействие белков и полисахаридов в водных растворах в зависимости от условий (концентрация, температура, pH), может проходить с образованием полиэлектролитных комплексов (ПЭК) [33, 34], которые в свою очередь определяют свойства дисперсий и гелей смесей биополимеров. Образование ПЭК при совместном использовании желатины и к-каррагинана открывает новые перспективы развития пищевых технологий. Важным фактором, определяющим характер взаимодействия белков и полисахаридов, является химическая природа макромолекул. Она влияет на совместимость биополимеров в смеси, определяя интенсивность межмолекулярных взаимодействий.

Многие работы посвящены изучению взаимодействия между белком и полисахаридом, которые одновременно являются биополимерами и

полиэлектролитами, например, таких как желатина-гуммиарабик [35], изолят соевого белка-пектин [36, 37], белковый изолят канолы- (к-, I- и 1-) каррагинан [38], и другие. Взаимодействие белка с полисахаридом, в том числе образование ПЭК подробно рассмотрено в обзорах [39 - 41]. Только при строго определенных условиях (концентрационное соотношение компонентов, рН) формируются хорошо растворимые в воде полиэлектролитные комплексы [42, 43].

Полиэлектролитные комплексы белок-полисахарид образуются при электростатических взаимодействиях противоположно заряженных групп белка и полисахарида [41]. Структура ПЭК определяется условиями взаимодействия и молекулярным строением компонентов, как схематически показано на рис. 1.

Рис. 1. Схема формирования полиэлектролитных комплексов полисахарид-белок.

По мнению ряда авторов [44 - 46] при смешивании растворов белка и полисахарида возникает два различных типа взаимодействия: термодинамическая несовместимость или термодинамическая совместимость (коацервация) [44]. Тип взаимодействия зависит в основном от зарядов обоих биополимеров, и, следовательно, от факторов, влияющихна заряды, таких как рН и ионная сила растворов.

Белок

+ противоположно

заряженный

полисахарид

Адаптировано из [42].

Термодинамическая совместимость биополимеров (ассоциативное разделение фаз или комплексная коацервация) обычно происходит при относительно низких концентрациях (< 3 - 4% мас), низких ионных силах (< 0,4 М), и когда обе молекулы несут противоположные электрические заряды [47]. Это происходит при рН в диапазоне между изоэлектрической точкой белка (р1) и рКа полисахарида. В таких условиях, молекулы спонтанно притягиваются друг к другу и разделяются на две фазы, одна богата белком и полисахаридом, а другая обеднена биополимерами (практически чистый растворитель). Белок и полисахарид взаимодействуют электростатически и фаза, насыщенная поиэлектролитами, может принимать форму коацервата или осадка [4, 44, 45, 48].

В зависимости от нескольких факторов, главным образом от плотности молекулярного заряда и конформации макромолекула, а также контурной длины, гибкости цепи и молекулярной массы белка авторы обзора [45] различают следующие типы структур, возникающих при взаимодействии белка с полисахаридом (рис. 2): коацерваты, растворимые комплексы, нерастворимые комплексы.

При смешении двух полимеров в растворе, часто наблюдается явление их термодинамической несовместимости, в частности, при смешении незаряженных полимеров. За исключением очень разбавленных растворов, несовместимость может привести к разделению фаз, на макроскопическом или микроскопическом уровне. В последнем случае разделение двух сосуществующих фаз может быть затруднено.

На основании фазовых диаграмм различают два типа несовместимости. Несовместимость называется сегрегационной, когда каждая фаза обогащена одним из двух компонентов, характерно для некоторых смесей двух неионных полимеров, двух одинаково заряженных полиэлектролитов или полиэлектролита и неионного полимера [46]. Сегрегативное фазовое разделение происходит при высоких концентрациях и высоких ионных силах, когда обе макромолекулы имеют одинаковые заряды, в результате чего

происходит электростатическое отталкивание между молекулами, что приводит к образованию двух различных фаз: богатую белком и богатую полисахаридом [41, 49]. Смеси анионного полисахарида с желатиной при рН выше ее р1 [50], желатины и мальтодекстрина [51] относятся к этому типу несовместимости.

взаимодействие полимеров

/ I \

коацерваты нерастворимые комплексы растворимые комплексы

Р-1д - ЕРЗ р-1д - Рисо!с1ап 32А- ХашЬап

Рис. 2. Схематичное изображение различных структур по классификации [45].

Тем не менее, при изменении условий такие смеси полимеров образуют термообратимые гели, прозрачные смеси могут быть получены за пределами температуры гелеобразования в широком диапазоне состава, но, при низких температурах, макроскопическое разделение фаз предотвращается гелеобразованием, что характерно, например, для смесей желатины и 1-каррагинана [52].

При другом типе несовместимости, называемой ассоциативной, одна из разделенных фаз богата обоими полимерами, а другая фаза состоит из чистого растворителя. Коацерваты на схеме представлены как плотные сферические капли, которые являются жидкой дисперсной фазой (рис. 2). Коацерваты могут перейти в состояние ассоциативного разделения фаз биополимерных, коллоидных или полиэлектролитных систем при подходящих условиях. Взаимодействие между каплями коацервата может привести к коалесценции

и формированию нестационарных многопузырьковых структур, которые будут сливаться до выделения отдельной коацерватной фазы [53, 54].

Полиэлектролитные комплексы белок-полисахарид отделяются в отдельную фазу в виде твердого осадка (рис. 2). Эти агрегаты могут быть растворимыми или нет, в зависимости от общего заряда. По мнению авторов обзора [40], растворимые комплексы образуются при низком содержании белка в отношении к полисахариду и при умеренных ионных силах, то есть когда биополимеры имеют низкие плотности заряда или когда рН системы является относительно далеко от р1 белка. В таких условиях, несколько заряженных фрагментов доступны на каждой макромолекуле, следовательно, когда происходят взаимодействия, сформированные комплексы состоят из одиночных полисахаридных цепей, несущих лишь несколько белковых молекул. Такие комплексы еще имеют отрицательный заряд и остаются растворимыми. При определенных условиях белок может связываться с полисахаридом до нейтрализации заряда. Впоследствии, растворимые комплексы могут взаимодействовать друг с другом с образованием нерастворимых комплексов. Исследования методом рассеяния света показали, что растворимые ПЭК имеют различную внутреннюю структуру [55, 56].

Было обнаружено [45], что при определенных условиях растворы комплексов белок-полисахарид могут образовывать гели. Трехмерная структура этого типа геля стабилизируется за счет электростатических взаимодействий [40, 45]. Кроме того, было изучено [57], что внутреннюю структуру и упругость гелей ПЭК можно регулировать путем выбора белка и полисахарида различного происхождения или путем регулирования параметров смешивания (например, соотношение биополимеров 7, ионная сила, концентрация). Принципиальное отличие геля, сформированного ПЭК, от других белок содержащих гелей является то, что он может быть сформирован при чрезвычайно низких концентрациях, < 0,5 %. Этот тип геля имеет потенциальное применение в качестве текстурирующего агента.

Растворимые комплексы сильно гидратированы, в зависимости от стехиометрии (количество белковых макромолекул, связанных с единицей полимерной цепи полисахарида, п), 5 - 15 % от гидродинамического объема ПЭК может быть занято белком. Заряд ПЭК в первом приближении ЪК = Ъп + пЪб, где индексы (п) и (б) соответствуют полисахариду и белку. Когда 7К приближается к нулю (в случае анионных полисахаридов это может произойти только при рН < р1 белка) удерживание противоионов снижается, и нерастворимые ПЭК могут объединяться с образованием менее гидратированных коацерватов.

В условиях более высокой взаимодополняемости и сильных взаимодействий возрастает плотность заряда полимеров, при рН далеком от изоэлектрической точки и низком содержании соли происходит разделение фаз на жидкость - твердое тело, т.е. выпадение осадка. Этот тип разделения фаз исследован и описан профессором Эцуо Кокуфута [58], который также поясняет, что активность полимера может быть сохранена даже в условиях выпадения осадка.

Белок может участвовать в процессе гелеобразования с амфифильными полимерами, в которых гидрофобные белковые домены действуют в качестве сшивающих участков. Например, в литературе достаточно данных по результатам исследования смешанных гелей Р-лактоглобулина и каррагинана, сформированные при рН ниже изоэлектрической точки, описано, что непрерывная сетка геля в данном случае формируется за счет электростатических сил [59]. Шмидт [39], также утверждает, что белок-полисахарид ПЭК в основном образуются за счет электростатических взаимодействий между противоположно заряженными группами макромолекул. Для дальнейшего уменьшения свободной энергии системы, растворимые комплексы агрегируют с выделением обогащенной коацерватной фазы [60, 61]. Различные термодинамические, физико-химические, структурные и функциональные аспекты ПЭК белок-полисахарид обобщены в нескольких обзорных статьях и монографиях [40, 48, 62, 63].

В случае сильных полиэлектролитов, образование полисахарид-белок ПЭК (и их коацерватов) в основном обусловлено сокращением полной свободной энергии системы из-за освобождения противоионов при образовании комплекса [64]. Для слабых полиэлектролитов предполагается, что более благоприятное снижение энтальпии за счет электростатического притяжения представляет собой движущую силу образования ПЭК [65]. Наиболее важные параметры взаимодействия - это рН, ионная сила, массовые соотношения белка и полисахарида, а также общая концентрация биополимеров. Такие параметры, как молекулярный вес и гибкость полимеров, плотность заряда макромолекул, давление или температура также влияют на образование ПЭК. Влияние всех перечисленных параметров были подробно описаны для различных пар белок-полисахарид, например [40].

В многочисленных исследованиях основное внимание уделяется исследованию комплексообразования белок-полиэлектролит [48, 60].

Часто исследователи изучают ассоциативное фазовое поведение во время турбидиметрического рН-титрования, при котором можно наблюдать поэтапное формирование структуры при изменении рН. Важный шаг в понимании кинетики ассоциативного взаимодействия белка с полисахаридом произошел в 1980-е годы, когда экспериментальные результаты по рН-индуцированному взаимодействию подтвердили существование четко дифференцированных переходов при разных критических значениях рН (рис. 3) [40]. Измерения мутности и светорассеяния позволили установить, что взаимодействие белка с полисахаридом начинается при критической рН, характеризуется медленным ростом мутности, что связано с образованием растворимых ПЭК. Этот переход происходит на молекулярном уровне и называется первичным или интраполимерным комплексообразованием (образуются растворимые комплексы) [33, 40]. Растворимые комплексы все еще несут общий отрицательный заряд, и, возможно, остаются заряженными до рНс ниже р1 белка, позволяя им оставаться растворимым [66]. При дальнейшем уменьшении рН заряд макромолекулы белка увеличивается, количество белка

взаимодействующего с полисахаридом растет вплоть до второго критического рНФ (рис. 3). В этой точке растворимые полиэлектролитные комплексы обладают нулевым зарядом и имеют тенденцию к самоассоциации, что может сопровождаться выпадением осадка (рис. 3). Этот шаг отображается как промежуточный процесс, прежде чем система претерпевает обширную агрегацию более высокого порядка и происходит объемное разделение фаз [56, 67].

В системе Р-лактоглобулин-ксантановая камедь, например, было обнаружено [67], что полиэлектролитные комплексы могли связывать избыток белка только до определенной степени, после чего снижались силы отталкивания, вызванные надагрегацией белка в ПЭК, это индуцировало экстенсивную вторичную агрегацию. Соответственно, конечный размер комплексов можно регулировать путем изменения соотношения макромолекул [56]. Если рН снижается еще больше, то достигается критическая рНф2, которая связана с достижением рКа заряженных групп полисахаридов; ниже этого значения рН, ПЭК не образуются, поскольку полисахарид будет положительно заряженным (рис. 3, пунктирная кривая) [68]. Для сильных полиэлектролитов, таких как сульфатированные полисахариды и, например, ксантановая камедь, рНф2 отсутствует (рис. 3, сплошная линия), поскольку диссоциации этих полисахаридов не подавлена при низком рН (то есть они остаются незаряженными до рН = 1 или ниже) [40].

В настоящее время установлено для ряда систем, что значение рН нечувствительно к соотношению биополимеров при смешении, а также к средней молекулярной массе М№ биополимеров [56, 69 - 71]. Это подтверждает, что комплексообразование начинается при присоединении одной макромолекулы белка к одному сегменту полисахарида. Как следствие, этот процесс не зависит от эффекта движения масс, а зависит только от локальных плотностей зарядов и гибкости взаимодействующих макромолекул, на что, в свою очередь влияют только рН и ионная сила.

Рис. 3. Схематическое изображение изменения мутности в процессе подкисления для гипотетической системы, содержащей белок, взаимодействующий с сильным полиэлектролитом (сплошная кривая), или с полиэлектролитом с рКа, фиксированным при рН = 2 (пунктирная кривая) [40].

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Маклакова Александра Александровна, 2018 год

Библиография

[1] Технический регламент Таможенного союза «О безопасности пищевой продукции», утвержденный Решением Комиссии Таможенного союза от 9 декабря 2011 г № 880.

[2] Технический регламент Таможенного союза «Пищевая продукция в части ее маркировки», утвержденный Решением Комиссии Таможенного союза от 9 декабря 2011 г № 881.

[3] Технический регламент Таможенного союза «О безопасности упаковки», утвержденный Решением Комиссии Таможенного союза от 16 августа 2011 г № 769.