44 Глава вторая

сов. В практическом отношении интересно также влияние низко­молекулярного электролита — поваренной соли на все исследуе­мые системы, так как она присутствует в пище в значительных количествах (2—5%), учитывая, что повышение ионной силы способно подавлять электростатическое взаимодействие поли­электролитов. |

Ввиду того что переработка белков и полисахаридов в искус­ственные продукты питания связана с формованием жидких си­стем, большое практическое значение имеют реологические свой­ства таких систем, их зависимость от фазового состояния и струк­туры в потоке, а также возможность регулирования этих свойств, равно как и структуры, пищевых систем.

Таким образом, проблема переработки белка выдвигает на первый план задачу изучения совместимости, фазового состояния и специфики взаимодействия белков и полисахаридов в водных средах, с целью изыскания путей регулирования состава, струк­туры и свойств этих перерабатываемых систем.

Опираясь на богатый опыт физической химии полимеров [30— 34], можно выделить в этой связи следующие характерные осо­бенности смесей макромолекулярных веществ. Такие смеси часто бывают гетёрофазными (в простейшем случае двухфазными), причем макромолекулярные компоненты могут концентрировать­ся в одной или разных фазах. Первый случай известен как ком­плексная коацервация *, второй — как несовместимость. Комплекс­ная коацервация обычно наблюдается в смесях разноименно за­ряженных макроионов. Несовместимость присуща смесям, в ко­торых взаимодействие однотипных макромолекул с энергетической точки зрения предпочтительнее взаимодействия разнотипных.

Термодинамическая совместимость белков и полисахаридов

Термодинамическая несовместимость является одним из наи­более характерных свойств смесей полимеров. При достаточно высоких молекулярных весах полимеры дают однофазные смеси только в том случае, если смешение сопровождается выделением тепла. Подобные системы встречаются крайне редко. Найдено лишь несколько пар полимеров, образующих во всем интервале концентраций термодинамически устойчивые однофазные смеси. Как правило же, многокомпонентные смеси полимеров гетеро-

* Согласно определению Бунгенберг де Йонга [35, 36], понятие комплексной коацервации охватывает лишь случай жидкофааного расслоения. С тем чтобы не вводить новых терминов, мы будем применять этот термин к любому случаю фазового расслоения растворов смеси полимеров с кон центрированием макромолекулярных компонентов в одной из фаз, вне за­висимости от ее агрегатного состояния.

Физико-химические основы переработки белка в ИПП 45

фазны. Результаты исследования этого явления и взгляды на его природу суммированы в ряде обзоров и монографий [32, 34, 37—40]. Подавляющее большинство работ в этой области посвя­щено, однако, поведению синтетических и модифицированных природных (производные целлюлозы) полимеров технического назначения'[37, 41, 42].

Сведения о термодинамической совместимости белков и поли­сахаридов весьма ограниченны. Первые данные, указывающие на несовместимость этих биополимеров, были получены в 1896 г. Бейеринком [43] при исследовании систем желатина—агар—вода и желатина—растворимый крахмал—вода. При концентрации выше 1 % эти системы расслаивались на две жидкие фазы. Рас­слоение приводило к почти полному разделению белка и полиса-харида. Аналогичное явление наблюдал Бючли [44] при исследо­вании смесей водных растворов желатины и автоклавированного крахмала. Позднее Оствальд и Хертель [45] изучали фазовое расслоение смесей растворов желатины с золями крахмалов зер­новых и картофеля. В отличие от крахмала зерновых системы, содержащие картофельный крахмал, были однофазны в кислой и' щелочной областях рН. Наконец, Дуа [46] исследовал фазовое состояние системы желатина—амилопектин—вода в связи с инте-•^ ресным явлением — кристаллизацией амилопектина в студнях же­латины.

Таким образом, до последнего времени имеющиеся в литера­туре сведения о термодинамической совместимости белков и поли­сахаридов носили частный и описательный характер. Уровень научных исследований в этой области был явно недостаточен для суждения об общих закономерностях явлений, возникающих при переработке и использовании белков в составе многокомпонентных систем, содержащих полисахариды.

В результате систематических исследований фазового состоя­ния систем белок—полисахарид—вода, выполненных в последние годы в ИНЭОС АН СССР, показано [47—54], что явление несов­местимости имеет общий характер. В табл. 9 суммированы резуль­таты изучения фазового состояния систем белок—полисахарид— вода, содержащих основные типы белков и полисахаридов. Как следует из приведенных данных, все исследованные системы яв­ляются двухфазными [52—54]. Однако, в отличие от растворов полимеров технического назначения, дающих двухфазные смеси при любых комбинациях компонентов, за исключением сильных разбавлений, белки и полисахариды образуют двухфазные вод­ные системы лишь в определенных условиях. Последние опреде­ляются природой биологических макромолекул и отражают спе­цифику их взаимодействия в водных средах. Эти условия поэтому характерным образом различаются для систем разного состава в зависимости от типа белка и полисахарида. В табл. 10 приведены