Вестник МГТУ. 2016, №3.

Вестник МГТУ. 2016. Т. 19, № 3. С. 569–576. DOI: 10.21443/1560-9278-2016-3-569-576 569 УДК 664.41+546.02+66.063.8 А. А. Борисенко Квантово-химическое исследование влияния дисперсионной среды на эмульгирующую способность молочных белков В настоящее время в пищевой промышленности широко используются продукты, включающие молочные белки. Благодаря их применению стабилизируются белково-жировые эмульсии, улучшается консистенция, сочность и товарный вид готовой продукции. С целью исследования влияния электрохимически активированной воды на эмульгирующую способность молочных белков проведено молекулярное компьютерное моделирование и квантово-химические расчеты фрагмента молекулы α s1 -казеина в питьевой воде и католите в присутствии триацилглицерина линолевой кислоты. Выявлено, что исследуемый белок в присутствии молекулы жира располагается в воде отрицательно заряженной областью к полярному компоненту системы, а неполярным участком – к гидрофобному компоненту. Установлено, что величина дипольного момента исследуемого фрагмента молекулы α s1 -казеина в католите уменьшилась на 10,55 Дебай, количество водородных связей с молекулами католита возросло в 1,3 раза, а количество внутримолекулярных водородных связей белка увеличилось в 1,7 раза по сравнению с результатами моделирования системы на основе питьевой воды. На фрагменте молекулы α s1 -казеина в католите зафиксирована концентрация мощного электростатического потенциала со смещением центра с высокой электронной плотностью в область фосфосеринового аминокислотного остатка, по сравнению с питьевой водой установлено увеличение эмульгирующей способности белка за счет усиления гидрофильных и гидрофобных свойств соответствующих участков пептидной цепи. На основании проведенных исследований установлено, что белковые молочные продукты, гидратированные электрохимически активированной водой (католитом), более эффективны в качестве эмульгаторов и водосвязывающих компонентов, чем при использовании питьевой воды, что позволяет рекомендовать их при производстве различных мясных изделий. Ключевые слова: молекулярное моделирование, квантово-химические расчеты, казеин, эмульгирующая способность, электрохимически активированная вода. Введение В настоящее время в пищевой промышленности при получении эмульсии на основе растительного или животного жира широко используются продукты, включающие молочные белки. На поверхности раздела фаз "жир – вода" белок адсорбируется, при этом вокруг капли жира формируется устойчивая и эластичная пленка, которая препятствует коалесценции – слиянию мелких жировых шариков в более крупные [1]. Эластические свойства и механическая прочность межфазной пленки определяют стабильность эмульсии и, как следствие, качество готовых изделий. Результаты исследований эмульгирующей способности различных молочно-белковых концентратов, представленные во многих научных работах, позволяют считать, что молочные белки обладают более высокими эмульгирующими свойствами, чем растительные и другие виды немясных белков [2]. Целью работы являлось исследование влияния электрохимически активированной воды (католита) на эмульгирующую способность молочных белков (на примере α s1 -казеина) путем молекулярного моделирования и квантово-химического анализа механизма взаимодействий молекул белка, жира и дисперсионной водной среды. Материалы и методы Молекулярное моделирование и квантово-химические расчеты проводили с использованием инструментария программного продукта HyperChem (разработчик Hypercube, Inc.). Оптимизацию геометрии молекул проводили в соответствии с рекомендациями [3]. Для основной казеиновой фракции – α s1 -казеина – использовали метод молекулярной механики AMBER, разработанный специально для белков и нуклеиновых кислот. При моделировании триацилглицерина линолевой кислоты последовательно применяли основной метод молекулярной механики MM+, а затем полуэмпирический метод АМ1 (Austin Model 1), который позволяет получать достаточно точные результаты для органических молекул, содержащих в своем составе атомы кислорода [4]. Для установления распределения электростатического потенциала на поверхности молекулы α s1 -казеина выполняли расчет частичных зарядов на атомах исследуемого фрагмента белка, используя полуэмпирический квантово-химический метод PM3 (modified neglect of diatomic overlap Parametric Method 3) [3]. Результаты расчета более простыми методами, такими как CNDO, оказались недостаточно точными, видимо, вследствие специфического распределения зарядов, связанного с выраженным чередованием гидрофильных и гидрофобных