BIAŁKA A

Białko pełnowartościowe lub wysokowartościowe, mające odpowiednie ilości wszystkich aminokwasów niezbędnych, może być w pełni wykorzystane do budowy białek ustrojo­wych. Białka niskowartościowe lub niepełnowartościowe mające deficyt jakiegoś aminokwasu egzogennego są w ograniczonym stopniu wykorzystywane jako materiał budulcowy. Aminokwas egzogenny, którego podaż z pokarmem jest najmniejsza w stosunku do ilości wymaganej dla biosyntezy białek w ustroju i który ogranicza wykorzystanie innych aminokwasów, nazywa się aminokwasem ograniczającym.

Zwykle nie jest to ten aminokwas egzogenny, którego zawartość bezwzględna w danym białku jest najmniejsza, ale ten, którego jest najmniej w stosunku do zapotrzebo­wania organizmu. Ilości poszczególnych aminokwasów egzogennych, jakie powinno zawierać białko idealne (w pełni odpowiadające potrzebom organizmu), są zróżnicowane i niełatwe do jednoznacznego ustalenia. Dla niemowlęcia najlepszy jest skład aminokwasowy mleka kobiecego. Znacznie trudniej określić skład aminokwasowy optymalny dla człowieka dorosłego. Ustalono, że dla niego najbardziej zbliżony do ideału jest skład aminokwasowy całego jaja kurzego. Białko to uznaje się powszechnie za wzorcowe i do niego porównuje skład aminokwasów egzogennych innych białek, pomimo pewnych niedoskonałości (np. za duża wartość aminokwasów siarkowych),

W ocenie wartości odżywczej białek wykorzystuje się wzorzec aminokwasowy opracowany przez FAO.

Ogólnie przyjmuje się, że białka produktów zwierzęcych, takich jak: mięso, ryby, mleko, sery i jaja mają wysoką wartość odżywczą (wyjątek stanowi żelatyna całkowicie pozbawiona tryptofanu). Natomiast białka produktów roślinnych (zbóż, strączkowych, warzyw) mają z reguły skład aminokwasowy mniej odpowiadający potrzebom organizmu (mniej zbilansowany) i często są deficytowe w jeden lub więcej aminokwasów egzogennych, przez co ich wartość odżywcza jest relatywnie mała. Jedynie niektóre produkty roślinne, jak soja, zawierają białko zbliżone wartością odżywczą i właściwościami funkcjonalnymi do białek zwierzęcych, dlatego w żywieniu są uznawane za zamienniki mięsa. Wegetarianie nie jedzący mięsa i nabiału muszą odżywiać się w sposób urozmaicony i tak łączyć spożywane pokarmy roślinne (zboża, strączkowe, nasiona oleiste, orzechy, warzywa, grzyby), aby zawarte w nich białka były komplementarne pod względem składu aminokwasowego.

Białka komplementarne - to dwa lub więcej białek, których skład aminokwasów egzogennych wzajemnie się uzupełnia w taki sposób, że aminokwas brakujący w jednym białku występuje w nadmiarze w drugim białku i odwrotnie.

Przykładem białek komplemen­tarnych są białka produktów zbożowych i białka produktów mlecznych. Dla pierwszych zawierających stosunkowo dużo metioniny i cysteiny aminokwasem ograniczającym jest lizyna, drugie obfitują w lizynę, przy jednoczesnym niedostatku aminokwasów siarkowych.

Wartość odżywczą białka można też podnosić, dodając doń deficytowy aminokwas egzogenny w formie syntetycznej, na przykład lizynę do produktów zbożowych. Metodę tę stosuje się w rejonach świata, gdzie wobec braku dostatecznej ilości białka pełnowartościowego spożywa się w większości przetwory zbożowe.

Białko pożywienia, nawet o najodpowiedniejszym składzie aminokwasowym, nie może zostać wykorzystane przez organizm, jeśli najpierw enzymy trawienne żołądka, trzustki i jelit nie rozłożą jego polipeptydów do wolnych aminokwasów, które następnie zostaną wchłonięte do krwi i rozniesione do komórek. Stopień, w jakim białka ulegają procesom trawienia, nazywa się strawnością białka. ( wyraża się procentowym stosunkiem strawionej i wchłoniętej ilości białka do jego ilości spożytej z pożywieniem). Strawność białek pożywienia wynosi przeciętnie 92% i waha się w dość dużych granicach, zależnie od budowy przestrzennej samego białka i wielu różnych czynników związanych zarówno z rodzajem żywności (np. obecność inhibitorów, zawartość błonnika, sposób obróbki technologicznej, stopień rozdrobnienia itp.), jak i z organizmem konsumenta (stan uzębienia, sprawność przewodu pokarmowego itp.).

Białka zwierzęce są z reguły bardziej strawne aniżeli większość białek roślinnych. Spośród wszystkich białek występujących w żywności najbardziej strawne i kompletne pod względem składu aminokwasowego jest białko całego jaja kurzego. Uznaje się je za wzorcowe i porównuje się do niego wartość odżywczą innych białek.

Do oceny wartości odżywczej białek produktów żywnościowych stosuje się różne mierniki, z których najważniejsze, to:

• wskaźnik aminokwasu ograniczającego

• wartość biologiczna białka

• wydajność wzrostowa białka

Wskaźnik Aminokwasu Ograniczającego -

WAO polegający na oznaczeniu w laboratorium jego składu aminokwasowego i porównaniu go ze składem aminokwasowym białka jaja kurzego lub wzorcem FAO. Ten aminokwas egzogenny, którego w danym białku będzie najmniej i w porównaniu do białka jaja lub wzorca, jest aminokwasem ograniczającym wartość odżywczą tego białka, zaś wartość procentowa wspomnianego stosunku określa poziom wykorzystania aminokwasów danego białka do budowy białek ustrojowych. Wskaźnik WAO nie bierze pod uwagę strawności białka.

Wartość Biologiczna Białka -

WBB jest mierzona efektywnością zaspokajania potrzeb budulcowych organizmu zwierząt doświadczalnych (lub ludzi) otrzymujących w pożywieniu badane białko. Na podstawie tzw. bilansu azotu określa się, jaka część aminokwasów uwolnionych z danego białka w przewodzie pokarmowym zostaje w organizmie zatrzymana pod postacią nowo zbudowanych białek, a jaka jest wydalana z kałem i moczem. Wartość biologiczna białka jest tym większa im więcej wchłoniętego azotu pozostanie w ustroju.

Pewną odmianą WBB jest tzw. Wykorzystanie Białka Netto -

WBN - wyrażające odsetek dostarczonego z pożywieniem azotu, który został zatrzymany w organizmie zwierzęcia żywionego badanym białkiem.

Wskaźnik ten jest niższy od WBB, gdyż uwzględnia również strawność danego białka. Innym sposobem oceny jakości białka jest podawanie go młodym zwierzętom i mierzenie przyrostu masy ciała, który w okresie wzrostu jest głównie wynikiem budo­wania nowych białek i komórek.

Miernikiem jest też Wydajność Wzrostowa Białka -

WWB, która wyraża wielkość przyrostu masy ciała zwierząt w stosunku do ilości spożytego białka.

Białka żywności różnią się budową prze­strzenną, masą cząsteczkową. Ukształtowanie przestrzenne białek, od którego zależą ich uniwersalne właściwości, jest wrażliwe na: odczyn środowiska (kwasy, zasady), ogrzewanie, promieniowanie jonizujące itp. Pod wpływem tych czynników łańcuchy polipeptydów zmieniają swoje położenie względem siebie, rozplatają się i prostują, a także mogą się ponownie splatać, chociaż w przypadkowy nieuporządkowany sposób. Zmiany w naturalnym ukształtowaniu i funkcji biologicznej (denaturacja) zależą od czasu i intensywności działania czynnika destabilizującego strukturę białka.

Konsekwencją budowy białek są ich właściwości fizykochemiczne, które decydują o funkcjach, jakie białka pełnią w żywności, stąd określa się je mianem

właściwości funkcjonalnych, w tym o szczególnym znaczeniu dla przetwórstwa żywności i technologii gastronomicznej takich jak:

wodochłonność, czyli zdolność zatrzymywania w strukturze białka wody własnej i chłonięcia wody dodanej (wyrażana w gramach H₂O na 1 g białka),

zdolność utrzymywania wody po ogrzewaniu,

zdolność absorpcji tłuszczu - zależna od zawartości bocznych rodników hydrofobowych na powierzchni białka,

zdolność żelowania, polegająca na tworzeniu z substancji rozpuszczonej i rozpuszczalnika uporządkowanej przestrzennie struktury (galarety) - uzależniona od zawar­tości w białku bocznych rodników hydrofilowych,

zdolność tworzenia i stabilizacji emulsji, czyli umożliwianie powstawania względ­nie trwałego układu nie mieszających się cieczy, na przykład oleju i wody, w którym jedna jest rozproszona w drugiej pod postacią małych kropelek o średnicy 1-50μm (zależy od stosunku bocznych rodników hydrofilowych do hydrofobowych na powierzchni białka),

zdolność tworzenia piany - czyli rozpraszania powietrza w roztworze lub półpłynnej masie zawierającej białko, dzięki zmniejszaniu przez nie napięcia powierzchniowego na granicy faz gaz-ciecz i otaczaniu pęcherzyków powietrza cienką błonką białkową.

Ze względu na budowę chemiczną i rozpuszczalność białka klasyfikujemy jako:

Proste - składające się wyłącznie z aminokwasów

• albuminy - rozpuszczalne w wodzie

• globuliny - rozpuszczalne w roztworach soli

• prolaminy - rozpuszczalne w roztworach alkoholi

• gluteliny - rozpuszczalne w roztworach rozcieńczonych kwasów i zasad.

• Skleroproteiny - nierozpuszczalne w wodzie i w powyższych rozpuszczalnikach

Złożone (nazywane też proteidami) -w których poza aminokwasami możemy wykryć związki nieaminokwasowe, mocniej lub słabiej wbudowane w cząsteczkę białka :

1. metaloproteiny (np. insulina)

2. chromoproteiny (np. hemoglobina)

3. fosforoproteiny (np. kazeina)

4. glikoproteiny (np. mukoproteid śluzu)

5. lipoproteiny (np. chylomikrony)

6. nukleoproteiny

BIAŁKA POCHODZENIA ROŚLINNEGO

CHARAKTERYSTYKA I ZNACZENIE W ŻYWNOŚCI

Do pokarmów roślinnych dostarczających białka należą zboża i przetwory zbożowe.

W światowej produkcji dominują zboża: pszenica, kukurydza, ryż i jęczmień. Mniej ważne w skali globalnej są żyto, owies, proso i sorgo. W różnych rejonach świata udział przetworów zbożowych w diecie człowieka wynosi od 50 do 65% jego pożywienia. W Polsce największe znaczenie ma pieczywo (średnie dzienne spożycie 250-300 g na osobę), które stanowi 70-80% spożywanych produktów zbożowych.

Rośliny strączkowe i oleiste są najważniejszym po zbożach roślinnym źródłem białka w diecie człowieka. Wśród 49 gatunków roślin strączkowych największe znaczenie ma soja, a w dalszej kolejności: różne gatunki fasoli, groch, bób i bobik oraz orzech ziemny, a także soczewica i ciecierzyca. Soję i orzech ziemny zalicza się jednocześnie do roślin oleistych. Spośród innych roślin oleistych, nie należących do rodziny strączkowych, na szczególną uwagę jako potencjalne źródło białka zasługuje rzepak oraz słonecznik.

Spożycie strączkowych jest bardzo zróżni­cowane. W Ameryce Łacińskiej strączkowe stanowią około 10% lokalnej diety, podczas gdy w niektórych regionach Indii 30-50% diety (dzienne spożycie sięga 140 g na osobę).

W Polsce, podobnie jak w wielu innych krajach europejskich, spożywanie strączkowych, w postaci potraw przyrządzanych z całych nasion lub puree, systematycznie spada (dzienne spożycie rzędu 3-6 g osobę). Nie dotyczy to wegetarian.

W Europie rośnie natomiast produkcja koncentratów i izolatów białka roślin strączkowych, które stosuje się jako dodatki podnoszące wartość odżywczą lub korygujące właściwości funkcjonalne wielu produktów spożywczych.

Warzywa i owoce, a także grzyby, ze względu na małą zawartość białka, mają niewielkie znaczenie jako źródło tego składnika w żywieniu ludzi. W większości warzyw udział białka jest mniejszy niż 3%, w owocach jest jeszcze mniejsza; rzadko przekracza 1,5%, a często poniżej 1%. Grzyby zależnie od gatunku zawierają od 2,7 do 4,9% białka przy czym ma ono niezbyt wysoką wartość odżywczą. Z kolei orzechy, które charakteryzuje wysoka wartość odżywcza (zawierają 20-40% białka i 20% tłuszczów), są spożywane na ogół w niewielkich ilościach i z tego względu także nie mogą uchodzić za istotne źródło białka.

Białka roślin zbożowych

Białka, obok lipidów i węglowodanów, należą do podstawowych składników występujących w ziarnie zbóż.

Ziarno zbóż uprawiane w warunkach klimatu kontynentalnego zwykle zawiera więcej białka niż ziarno uprawiane w klimacie umiarkowanym czy morskim.

Odmiany jare pszenicy są zasobniejsze w substancje białkowe niż odmiany ozime, które dzięki dłuższemu okresowi wegetacji odkładają większe ilości skrobi.

W ziarnie różnych gatunków zbóż zawartość białka może wahać się w granicach od 5% do 20% w suchej masie. Dużo białka zawiera ziarno pszenicy, pszenżyta i owies obłuszczony, a znacznie mniej - ziarno kukurydzy i ryżu. W produktach zbożowych zawartość białka jest mocno zróżnicowana, co wiąże się z procesem przetwarzania ziarna, na przykład rodzajem przemiału, przy czym straty białka mogą wynosić ponad 25%. Najwięcej białka ma warstwa aleuronowa oraz zarodek. W bielmie zawartość białka jest mniejsza w porównaniu z jego ilością w całym ziarniaku, a zewnętrzne warstwy bielma zawierają więcej białka niż jego część środkowa zasobna w skrobię.

Charakterystyka białek zbożowych - biologicznie czynne (enzymy- występują głównie w warstwie aleuronowej) i białka biologicznie nieczynne (białka zapasowe - są odkładane w bielmie).

Białka ziarna zbóż dzielimy na:

• albuminy - rozpuszczalne w wodzie;

• globuliny - rozpuszczalne w roztworach soli;

Albuminy i globuliny, zwane białkami rozpuszczalnymi lub cytoplazmatycznymi, stanowią około 20% całkowitej zawartości białka w ziarnie. Występują w zarodku i war­stwie aleuronowej ziarniaków. Cechą charakterystyczną tych białek jest ich rozpusz­czalność w wodzie i roztworach soli. Są to białka proste; masa cząsteczkowa albumin ziarna zbóż kształtuje się na poziomie 12-25 kDa, a globulin na poziomie 20-200 kDa. Albuminy zbóż zawierają stosunkowo duże ilości aminokwasów egzogennych: lizyny, treoniny, metioniny, izoleucyny i tryptofanu. Glo­buliny mają znacznie mniej tryptofanu i metioniny. Obie wspomniane grupy białek denaturują w temperaturze 70-80°C i tworzą kompleksy z polisacharydami zawierającymi w cząsteczce reszty glukozy, arabinozy i ksylozy. Globuliny zbóż zawierają dużą liczbę grup hydrosulfidowych i disulfidowych.

Białka rozpuszczalne zbóż są kompleksową mieszaniną zawierającą enzymy metaboliczne, trawienne (np. amylazy, proteinazy, fosfatazy) oraz inhibitory enzymów. Z inhi­bitorów enzymów trawiennych należy wymienić inhibitory hamujące aktywność enzymów proteolitycznych, np. inhibitor trypsyny w ziarnie pszenicy, żyta i jęczmienia.

• prolaminy - rozpuszczalne w 50-80-procentowych roztworach alkoholi alifatycznych i aromatycznych

• gluteliny - rozpuszczalne w rozcieńczonych roztworach kwasów i zasad.

Białka zapasowe - prolaminy i gluteliny - dominują w większości białek zbóż, z wyjątkiem ziarna owsa, które jest najbogatsze w białka typu globulin.

Prolaminy stanowią jedną z dwóch ważnych grup białek zapasowych ziarna zbóż. Białka te są skoncentrowane w bielmie ziarniaków. Najwięcej prolamin występuje w ziarnie pszenicy, jęczmienia, prosa i kukurydzy. Natomiast w ziarnie owsa i ryżu ich zawartość jest zdecydowanie mniejsza.

Dla prolamin występujących w różnych gatunkach zbóż przyjęto następujące nazwy:

• gliadyny w pszenicy,

• sekaliny w życie,

• hordeiny w jęczmieniu,

• aweniny w owsie,

• panicyny w prosie,

• kafiryny w sorgo,

• zeiny w kukurydzy,

• oryzyny w ryżu.

Cechą charakterystyczną prolamin jest ich rozpuszczalność w 50-70-procentowych roztworach alkoholi (etanolu, metanolu, propanolu). Prolaminy nie są białkami jednorodnymi. Charakteryzują się niezwykłym składem aminokwasowym, który rzutuje na ich rozpuszczalność, są bowiem bogate w kwas glutaminowy i glutaminę, prolinę i aminokwasy hydrofobowe. Prolaminy cechuje stosunkowo mała zawartość lizyny, histydyny i asparaginy, a także treoniny i tryptofanu. Wartości punktu izoelektrycznego prolamin mieszczą się w granicach pH 6,2-6,5.

Ważne są również inne białka o małej masie cząsteczkowej, wykazujące duże powinowactwo do specyficznych lipidów i tworzące z nimi kompleksy lipoproteinowe. Ziarno pszenicy, jęczmienia, żyta i owsa zawiera tioniny, które tworzą kompleksy z galaktozylodiglicerydami. Przykładem takiego białka może być purotionina występująca w bielmie ziarna pszenicy. W skład części lipidowej purotioniny wchodzą fosfolipidy i glikolipidy. Białko to cechuje się dużą zawartością lizyny, argininy seryny, leucyny i cystyny oraz małą zawartością kwasu glutaminowego i proliny.

W ziarnie pszenicy stwierdzono również obecność innych lipoprotein: ligoliny i lipoproteiny S, które uczestniczą w wiązaniu lipidów podczas tworzenia struktury ciasta. Przypuszczalnie ligolina jest odpowiedzialna za wiązanie triacylogliceroli w cieście, a lipoproteina S za wiązanie fosfolipidów.

Najlepiej poznano prolaminy ziarna pszenicy - gliadyny. W gliadynach stwierdzono obecność około 46 różnych białek. Elektroforetyczny rozdział tych białek pozwolił na wy­różnienie czterech frakcji określanych jako: a-, β-, γ- i co-gliadyny. Pierwsze trzy, mające postać pojedynczych łańcuchów polipeptydowych, cechują się podobną masą cząstecz­kową (30-45 kDa) i składem aminokwasowym. Czwarta frakcja - co-gliadyny - ma większy ciężar cząsteczkowy (65-80 kDa) i całkowicie odmienny skład aminokwasowy.Prolaminy innych zbóż nie są tak dokładnie poznane jak prolaminy pszenicy. Gluteliny stanowią drugą ważną grupę białek zapasowych ziarna zbóż, są białkami niejednorodnymi, obfitującymi w glutaminę, prolinę i aminokwasy hydrofobowe.

Występują w postaci wysokocząsteczkowych polimerów złożonych z podjednostek (pojedynczych łańcuchów polipeptydowych) połączonych wiązaniami disulfidowymi i wodorowymi, masa cząsteczkowa waha się od około 40 kDa do około 3500 kDa. W glutelinie pszenicy, zwanej gluteniną, wyodrębniono około 17 podjednostek o masie cząsteczkowej w granicach od 12-134 kDa. Punkt izoelektryczny różnych glutenin przypada na wartości pH od 4,0 do 7,0.

Białka pszenicy, gliadyna i glutenina, po dodaniu wody tworzą gluten. Gluten można wyodrębnić z ciasta przez wymywanie innych składników mąki, jest silnie uwodnionym żelem zawierającym ok. 65% wody. Gluten surowy jest substancją białkową o dużej spoistości, rozciągliwości i sprężystości. W przeliczeniu na suchą substancję zawiera ok.75-86% białka, 8% lipidów, do 10% polisacharydów (pentozany, skrobia) i około 2% składników mineralnych. Jego zdolność hydratacyjna waha się w granicach od 160-200%. W białku glutenowym występują głównie globularne gliadyny (40-50%) i włókniste gluteniny (35-45%), albuminy i globuliny (3-7%).

Gliadyna nadaje glutenowi spójność i rozciągliwość, natomiast glutenina, która jest mniej rozciągliwa i ma dużą sprężystość sprawia, że gluten pochłania więcej wody, staje się bardziej sprężysty i stawia większy i opór przy rozciąganiu. Na ocenie ilości i jakości glutenu opiera się jakościowa klasyfikacja ziarna pszenicy. Podczas mieszenia (wyrabiania) ciasta pszennego gliadyny i gluteniny uczestniczą w tworzeniu struktury glutenowej, która jest stabilizowana przez różne typy wiązań. Naj­ważniejszymi z nich są wiązania disulfidowe. Z udziałem enzymów lipooksydaz powstają nadtlenki lipidów obecnych w mące, które następnie utleniają wolne grupy hydrosulfidowe glutenu, tworząc nowe wiązania disulfidowe, a tym samym wpływają na wzmocnienie struktury glutenowej. Podczas obróbki mechanicznej ciasta zachodzą ponadto interakcje białek z innymi jego składnikami, na przykład węglowodanami (głównie pentozanami) czy lipidami.. Ze względu na duże powinowactwo do specyfi­cznych lipidów w tworzeniu struktury glutenowej ciasta uczestniczą także lipoproteiny: ligolina i lipoproteina S. Po zbyt długim mieszaniu ciasta następuje rozrywanie istniejących wiązań disulfidowych, co wpływa niekorzystnie na właściwości reologiczne ciasta, które staje się mniej sprężyste, bardziej ciągliwe i maziste. Białka zapasowe typu prolamin i glutelin, które w pszenicy tworzą gluten, występują również w innych zbożach, na przykład życie i jęczmieniu. Białka tych zbóż w normalnych warunkach nie tworzą glutenu, czego przyczyną jest inny niż w pszenicy stosunek wspo­mnianych grup białek (w pszenicy i życie stosunek gliadyny do gluteniny wynosi odpowiednio 1:1 i 2:1) oraz obecność substancji śluzowych, które utrudniają jego wyod­rębnienie. Po usunięciu tych substancji można wprawdzie uzyskać gluten żytni, ale jest on miękki, mało sprężysty i bardzo rozciągliwy, a przy tym ma dużą zdolność hydratacyjną (wchłania do 300% wody).

Z obecnością białek glutenowych, w życie wiąże się szczególna choroba jelit, zwana celiakią występująca głównie u dzieci.

Z punktu widzenia technologii piekarstwa układ białkowo-enzymatyczny jest jednym z głównych składników określających wartość technologiczną mąki chlebowej. Przy wytwarzaniu ciasta pszennego lub żytniego zróżnicowane warunki środowiska i zabiegi tech­nologiczne (stosowanie dodatków, fermentacja, obróbka mechaniczna, wypiek) w istotny sposób wpływają na właściwości białek występujących w surowcach zbożowych. Właściwości hydratacyjne białek zmieniają się w zależności od warunków panujących w środowisku ciasta. Na przykład w cieście żytnim podwyższenie kwasowości do pH 4,4 sprzyja peptyzacji białek i polepsza ich pęcznienie. Większość białek mąki żytniej pęcznieje wówczas bez ograniczeń i przechodzi w koloidalny roztwór stanowiący fazę płynną ciasta żytniego. W fazie tej są zawieszone ziarenka skrobi, częściowo napęczniałe białka oraz cząstki otrębiaste. Na zmianę właściwości funkcjonalnych białek ciasta mają także wpływ: substancje o charakterze utleniającym lub redukującym, np.chlorek sodu czy środki spulchniające. Podczas wypieku pieczywa zachodzą procesy denaturacji termicznej białek, reakcje enzymatycznego brązowienia, inaktywacja enzymów itp., które w znacznym stopniu kształtują cechy jakościowe pieczywa oraz wartość żywieniową.

Wartość odżywcza białek zbożowych

W wielu regionach świata zboża i produkty zbożowe, jako najważniejsze pożywienie człowieka. pokrywają około 50% zapotrzebowania kalorycznego i około 45% zapotrzebo­wania na białko. Białka roślinne, w odróżnieniu od białek zwierzęcych, są gorzej wykorzystywane przez organizm człowieka, co jest związane nie tylko z ich składem aminokwasowym, lecz także z mniejszą strawnością spowodowaną obecnością błonnika pokarmowego i substancji hamujących działanie enzymów trawiennych. Białka zbożowe, podobnie jak inne białka roślinne, nie dorównują białkom zwierzęcym pod względem zawartości aminokwasów egzogennych i zrównoważenia ich proporcji. W roślinach zbożowych jakość białek jest zróżnicowana w poszczególnych tkankach ziarniaka, a wartość odżywczą białka ograniczają przede wszystkim lizyna i w następnej kolejności treonina oraz metionina, a u kukurydzy - również tryptofan. Białka występujące w bielmie, głównie prolaminy i gluteliny, zawierają mało lizyny a dużo kwasu glutaminowego i proliny, natomiast białka zarodka i warstwy aleuronowej charakteryzują się stosunkowo dużą zawartością lizyny, a także argininy i kwasu asparaginowego.

Wśród białek zbożowych zwraca uwagę grupa prolamin, stanowiąca około 60% ogólnej ilości białka, która cechuje się bardzo małą zawartością lizyny. Na przykład gliadyna ziarna pszenicy ma średnio około 45% glutaminy i kwasu glutaminowego, 25% proliny, do 7% fenyloalaniny, około 2,3%; cystyny, 1% metioniny i tylko 0,1-0,7% lizyny. Podobnie mała zawartość lizyny występuje w prolaminach żyta, kukurydzy, prosa czy sorga. Duży udział prolamin w białku i mała zawartość w nich lizyny są główną przyczyną braku zrównoważenia składu aminokwasów egzogennych wielu gatunków zbóż.

Ziarno żyta zawiera mniej białka niż ziarno pszenicy, ale ze względu na korzystniejszy jego skład aminokwasowy ma wyższą wartość odżywczą.

Także jęczmień, owies i ku­kurydza wykazują wyższą wartość odżywczą białek w porównaniu z pszenicą. Wartość odżywczą, mierzoną wskaźnikami biologicznymi, można uszeregować następująco : owies > żyto > jęczmień > kukurydza > pszenica

Szczególnie wysoka wartość odżywcza białek występujących w ziarnie owsa jest związana z dominacją w nich białek typu globulin (ok. 60%), przy jednocześnie małej zawartości białek typu prolamin.

Skład aminokwasowy przetworów zbożowych z ziarna zbóż jest zależny od stopnia ich przetworzenia. Ponieważ procentowa zawartość lizyny - głównego aminokwasu ograni­czającego wartość odżywczą białka zbóż - zwiększa się od bielma (1,9-2,6%) do otrąb (3,9%), będąc najwyższą w zarodku (5,4%), sposób przemiału i udział poszczególnych części ziarniaka ma istotny wpływ na wartość odżywczą przetworów zbożowych. Wartość odżywcza białek całego ziarna zbóż jest wyższa niż produktów pochodzących z przemiału. Mąki jasne, otrzymywane głównie z części środkowej bielma ziarniaka, cechują się niższą wartością odżywczą niż mąki ciemne, zawierające większą ilość rozdrobnionych ze­wnętrznych części ziarna (okrywy owocowo-nasiennej, warstwy aleuronowej, zarodka). Mąki żytnie jasne charakteryzują się wyższą wartością odżywczą białka niż mąki pszenne jasne, co jest związane z obecnością w tych pierwszych większej ilości białka rozpuszczalnego o bardziej zrównoważonym składzie aminokwasowym. Wskaźnik amino­kwasu ograniczającego (WAO) jest dla mąki żytniej jasnej (50,8%) wyższy niż dla mąki pszennej jasnej (30,5%). Różnice w składzie aminokwasowym obu mąk (w szczególności w zawartości lizyny) znajdują odzwierciedlenie w różnej wartości biologicznej białka. Współczynnik wykorzystania białka netto (NPU) wynosi 51% dla mąki pszennej jasnej, a 63% dla mąki żytniej jasnej. Wartość odżywcza kaszy jęczmiennej jest zbliżona do mąki żytniej jasnej.

Wartość odżywcza białek zależy nie tylko od ich składu aminokwasowego, lecz także od strawności białka i przyswajalności aminokwasów.

Przeciętna przyswajalność aminokwasów białek pochodzenia roślinnego wynosi około 80% lub mniej, o tyle białka pochodzenia zwierzęcego są przyswajane w około 90%.Strawność białka z produktów roślinnych waha się w szerokich granicach. Dla mąki jasnej jest ona zdecydowanie wyższa niż dla mąki razowej, a dla otrąb najniższa, wyka­zując tendencję spadkową ze wzrostem zawartości błonnika pokarmowego. Wartość odżywczą białek roślin zbożowych zwiększa się przez stoso­wanie zabiegów hydrotermicznych, ponieważ zachodzą wówczas procesy częściowej denaturacji białek oraz inaktywacja inhibitorów enzymów, dzięki czemu rośnie efektywność trawienia białek i wchłaniania aminokwasów. Wymienione procesy wpływają ko­rzystnie z jednej strony na walory smakowe i przedłużenie trwałości produktu, z drugiej zaś przyczyniają się do zwiększenia strawności białka, na przykład w preparowanym ziar­nie pszenicy, żyta, owsa, płatkach owsianych i jęczmiennych. Zwiększa się dostępność aminokwasów siarkowych, a także treoniny i tryptofanu. Korzystny wpływ wy­pieku pieczywa uwidacznia się także w tym, że aminokwasy: metionina, tryptofan i treonina są łatwiej przyswajalne w chlebie niż w ziarnie pszenicy. Wpływ procesów technologicznych na dostępność innych aminokwasów nie jest jednoznaczny. Dostępność izoleucyny wzrasta z 73% do 91% pod wpływem przemiału ziarna pszenicy, spada jednak do 70% w czasie wypieku. Natomiast efekt odwrotny obserwuje się w przypadku leucyny, przez przemiał jej dostępność zmniejsza się z 94% do 75%, a wzrasta w procesie wypieku nawet do 100%. Jest to spowodowane tym, że podczas obróbki termicznej zachodzą różne reakcje, np. grup aminowych z grupami karbonylowymi cukrów (reakcje Maillarda), reakcje utleniania aminokwasów siar­kowych, wskutek czego aminokwasy mogą stawać się nieprzyswajalne. Te zmiany dotyczą jednak przede wszystkim lizyny, aminokwasu ograniczającego wartość odżywczą białka produktów zbożowych. Niską wartość odżywczą białka produktów zbożowych można zwiększać przez dodatek, np. odtłuszczonego mleka w proszku, białkowych produktów sojowych, mąki amarantusa, koncentratów białkowych z grochu, siemienia lnianego itd. To samo uzyskuje się przez urozmaicenie pożywienia, na przykład spożywając chleb i inne produkty zbożowe z mięsem, nabiałem i warzywami.

Białka roślin strączkowych i oleistych

Nasiona roślin strączkowych i oleistych są obfitym źródłem białka (zawierają od 20-50%)

Obserwowany w XX wieku w krajach wysoko rozwiniętych odwrót od spożywania potraw z roślin strączkowych wiąże się z występowaniem w nich licznych substancji uciążliwych, antyodżywczych, a nawet szkodliwych. Do substancji uciążliwych zalicza się przede wszystkim oligocukry - rafinozę, stachiozę i werbaskozę. Nie będąc trawione, ulegają one fermentacji w przewodzie pokarmowym i są główną przyczyną wzdęć wy­stępujących po spożyciu strączkowych.

Substancje antyodżywcze i szkodliwe dzielimy na dwie grupy:

• związki białkowe (termolabilne, tj. ulegające denaturacji pod wpływem zabiegów cieplnych)

• związki niebiałkowe (termostabilne).

Do pierwszej grupy należą białka biologicznie czynne, przede wszystkim inhibitory enzymów proteolitycznych i amylolitycznych oraz fitohemaglutyniny (inaczej lektyny), które w przewodzie pokarmowym zachowują się podobnie jak inhibitory proteaz.

To właśnie obecność tych związków sprawia, iż strączkowe muszą być moczone i poddawane przed spożyciem długotrwałej i drastycznej obróbce cieplnej. Nie należy jednak zapominać, iż przy niewłaściwie prowadzonych zabiegach hydrotermicznych można spowodować pogorszenie wartości biologicznej produktu, a nawet doprowadzić do powstania niepożądanych peptydów (lizyloalanina).

Antyodżywcze i szkodliwe związki niebiałkowe, to m.in. garbniki, kwas fitynowy (ogranicza przyswajalność pierwiastków śladowych), saponiny, substancje wolotwórcze, (powodują przerost tarczycy) oraz substancje wywołujące specyficzne choroby: fawizm i latyryzm. Zawartość tych substancji jest bardzo zróżnicowana. Niektóre, jak na przykład groch, większości z nich nie zawierają wcale, inne, na przykład fasole lub rzepak, zawierają ich dużo. Stale poszukuje się sposobu wykorzystania tych białek bez wprowadzania do organizmu wspomnianych substancji antyodżywczych i szkodliwych. Najlepszą drogą do tego celu jest wykorzystywanie strączkowych i oleistych do produkcji izolatów i kon­centratów białkowych, które można traktować jak preparaty białkowe całkowicie lub w znacznym stopniu pozbawione substancji szkodliwych. Stosuje się je jako dodatki poprawiające właściwości funkcjonalne, cechy sensoryczne i wartość odżywczą różnych produktów o wysokim stopniu przetworzenia, a także jako zamienniki białek zwierzęcych. Szczególne miejsce zajmują wśród nich handlowe preparaty białek sojowych, ale zaczynają pojawiać się również konkurencyjne w stosunku do nich preparaty białek grochu, bobiku, rzepaku czy słonecznika, orzecha ziemnego i bawełny, a także białko liści (lucerny). Preparaty białek strączkowych i oleistych znajdują zastosowanie jako: zamienniki części masy mięsa (nawet do 30%) w wyrobach wędliniarskich i garmażeryjnych, dodatki do ciasta chlebowego, makaronów i klusek, dodatki stabi­lizujące do zup, sosów, majonezów i kremów oraz jako namiastki wyrobów mięsnych i mlecznych („sztuczne" mleko dla dzieci i dorosłych uczulonych na mleko krowie, namiastki śmietanki do kawy, śmietany itp.). Odrębną grupę zabiegów stanowią modyfikacje enzymatyczne, zwłaszcza kontrolowana hydroliza białkowa. Potrawy dalekowschodnie są przyrządzane z białek strączkowych w postaci twarogu sojowego i jego pochodnych (tofu) oraz produktów powstających w wyniku fermentacji całych nasion strączkowych (lub twarogu sojowego). W czasie tych zabiegów związki antyodżywcze ulegają rozkładowi lub unieczynnieniu.

Charakterystyka białek roślin strączkowych i oleistych

Większość białek zalicza się do grupy rozpuszczalnych w roztworach soli globulin, które stanowią 60-90% masy białek, podczas gdy albuminy stanowią jedynie 10-20%. Wyjątek stanowi rzepak, w którym dominują albuminy (do 50% wszystkich białek).

Globuliny roślin strączkowych i oleistych wykazują daleko idące podobieństwo i składają się z dwóch głównych frakcji, które nazywa się ogólnie globulinami typu leguminy (330-400 kDa) i wicyliny (140-180 kDa). Globuliny rzepaku i słonecznika, które zalicza się do białek typu leguminy, wykazują znaczne podobieństwo budowy i właściwości do globulin strączkowych. Cząsteczkę leguminy cechuje znaczna sztywność, na jej powierzchni są wyeksponowane głównie hydrofilowe fragmenty podjednostek, podczas gdy odcinki hydrofobowe są ukryte we wnętrzu cząsteczki. Struktura białek typu wicyliny jest znacznie mniej poznana niż struktura legumin, cechuje je niejednorodność genetyczna.

Albuminy strączkowych są frakcją składająca się z kilku grup białek o masach cząsteczkowych rzędu 6-100 kDa, w której skład wchodzą m.in. enzymy, inhibitory enzymów i fitohemaglutyniny (lektyny). Albuminy strączkowych w odróżnieniu od globulin zawierają znaczne ilości aminokwasów siarkowych, zwłaszcza cysteiny. Są one znacznie bardziej reaktywne od globulin i cechują się dobrymi zdolnościami pianotwórczymi, podobnymi do białka jaja kurzego. Obecność białek biologicznie czynnych (soi, bobiku), sprawia, iż dla celów spożywczych frakcja albumin powinna być bezwzględnie zdenaturowana termicznie, aby nie oddziaływała szkodliwie na organizm konsumenta.

Wartość odżywcza białka nasion roślin

strączkowych i oleistych

Jak wszystkie białka roślinne, również białka strączkowych i oleistych są niepełnowartościowe, gdyż nie zawierają w dostatecznej ilości niektórych aminokwasów egzo­gennych. W białkach roślin strączkowych głównym aminokwasem ograniczającym jest metionina. W sło­neczniku aminokwasem ograniczającym jest lizyna. Białko sojowe ma najwyższą wartość odżywczą spośród roślinnych źródeł białka. Wartość tę ogranicza przede wszystkim metionina, a w dalszej kolejności treonina. Wartość biologiczna białka sojowego sięgająca 80% została potwierdzona w licznych obserwacjach klinicznych i testach żywieniowych na ludziach. Najbliższa soi pod względem wartości biologicznej białka jest ciecierzyca. Wyraźnie gorsza wartość odżywcza charakteryzuje białko soczewicy i grochu. W grochu drugim po metioninie aminokwasem ograniczającym jest tryptofan. Najprostszym sposobem podwyższenia wartości biologicznej białek omawianych gatunków roślin jest stosowanie w żywieniu ludzi i zwierząt diety mieszanej, strączkowo-zbożowej (zwłaszcza z pszenicą), gdyż białka tych gatunków mają komplementarny (dopełniający się) skład aminokwasowy. Praktykuje się też stosowanie dodatku odpo­wiedniego aminokwasu ograniczającego do preparatów białkowych przeznaczonych na cele paszowe, co zwykle powoduje znaczne podniesienie wartości biologicznej takiego preparatu.

BIAŁKA JAJA

Białka występują we wszystkich elementach strukturalnych jaja (12,1%): skorupie, części białkowej i żółtku, lecz ich ilość i jakość w każdym z nich jest różna.

Białka skorupy i błon podskorupowych stanowią około 6% ogólnej masy białek jaja i spełniają zadania wytrzymałościowe oraz barierowe. Białka skorupy (3,2%) są zawarte w jej wewnętrznej powłoce, zwanej kutikulą, i należą do grupy mucyn, czyli glikoprotein. Są odporne na denaturację cieplną. Błony podskorupowe składają się w 70% z białek, głównie nierozpuszczalnych w wodzie i roztworach soli. W treści jaja, na którą składa się część białkowa i żółtko, białka są po wodzie największym ilościowo składnikiem(12,8%). Białka w części białkowej jaja (10%) spełniają głównie funkcje enzymatyczne i odpornościowe, podczas gdy białka występujące w żółtku (16,6%) są przede wszystkim materiałem odżywczym dla zarodka. Otrzymywane w wyniku odwodnienia treści jaj, metodą suszenia rozpryskowego, różne przetwory zawierają od 30 do 80% białka, np.masa jajowa (45,2%), białko (81,3%) lub żółtko (31,0%)

Charakterystyka białek jaja

Białkowa część jaja - jest złożonym systemem włókien owomucynowych otoczo­nych wodnym roztworem mieszaniny różnorodnych białek globularnych. Zidenty­fikowano w części białkowej jaja ponad 40 białek, w tym wiele enzymów, min. peptydazy, fosfoesterazy i katalazy.

Owoalbumina - główne białko części białkowej jaja (fosfoglikoproteina zawierająca w cząsteczce reszty kwasu fosforowego, cukier - mannozę oraz acetyloglukozoaminę, łatwo krystalizuje co ułatwia badania właściwości i struktury białek. Ponieważ dominuje jako główny składnik białek, punkt izoelektryczny jest taki jak dla albuminy (w zakresie 4,5-4,6). Owoalbumina rozpuszcza się łatwo w wodzie oraz w rozcieńczonych roztworach soli, zasad i kwasów. Ścina się w temp. 72°C. Z białek jaja (owoalbuminy) można uzyskać dużą objętość stabilnej piany, która podczas ogrzewania działa spulchniająco, np. w wyrobach cukierniczych, ale niewielkie zanieczyszczenie żółtkiem znacznie obniża właściwości pianotwórcze białka. W żelowaniu części białkowej jaja główną rolę odgrywa owoalbumina. Proces żelowania rozpoczyna się podczas ogrzewania w temperaturze 60-70°C, a twardość żeli wzrasta wraz ze wzrostem temperatury ogrzewania do 85°C.

Stąd też wyroby mięsne z dodatkiem białek jaja powinny być ogrzewane do wyższej temperatury niż wyroby bez ich udziału. Twardość żeli zmniejsza się wraz ze wzrostem kwasowości środowiska. W kwaśnym śro­dowisku owoalbumina ma również dobre właściwości emulgujące.

Owotransferyna (konalbumina) tworzy kompleks z żelazem i innymi metalami. Ko­aguluje w temp.około 58°C ogra­niczając zastosowanie wyższych temperatur w procesie pasteryzacji podczas otrzymywania mrożonego lub suszonego białka w proszku.

Owomukoid, podobnie jak owoalbumina, należy do białek o charakterze kwaśnym, tj. odznacza się znaczną przewagą grup karboksylowych nad aminowymi. Nie koaguluje on jednakże w tych samych temperaturach co owoalbumina i ma właściwości unieczynnienia enzymu trawiennego trypsyny.

Owomucyna łatwo wytrąca się podczas rozpuszczania lub rozcieńczania białka jaja wodą. Roztwory owomucyny są gęste i lepkie oraz odporne na ogrzewanie. Poprzez wiązania elektrostatyczne owomucyna może tworzyć nierozpuszczalne kompleksy z lizozymem, nie koaguluje podczas ogrzewania w temperaturze poniżej 100°C.

Lizozym - enzym - stanowi bardzo ważną ochronę treści jaja przed zakażeniem mikrobiologicznym. Jest odporny na cieplną i kwasową koagulację. Przy ogrzewaniu jaja w temperaturze do 65°C lizozym nie traci aktywności enzymatycznej pod warunkiem, że pH białka nie przekracza wartości 8,5. Lizozym koaguluje w temperaturze 81-82°C. Jaja są podstawowym surowcem do produkcji lizozymu do celów farmaceutycznych i analitycznych, ma także praktyczne zastosowanie w produkcji serów twardych, odżywek dla dzieci i rekonwalescentów, jako dodatek do wyrobów mięsnych i sałatek oraz do powlekania zewnętrznego niektórych warzyw.

Owoinhibitor, podobnie jak owomukoid, hamuje aktywność trypsyny, a także chymotrypsyny oraz proteinaz bakteryjnych i pleśniowych (ochrona przed rozwojem pleśni).

Poniżej 1 % występuje owoflawoproteina (odgrywa istotną rolę wiążąc witaminę B₂ (ryboflawinę) znajdującą się w części białkowej jaja, nadaje białku jaja żółtawozielonkawe zabarwienie) i awidyna (białko jaja zawierające w cząsteczce kwasy nukleinowe (nukleoproteina), która wiąże biotynę (witaminę H) - substancja antyodżywcza, ponieważ kompleks awidyny z biotyną jest odporny na działanie trypsyny i chymotrypsyny. W jaju gotowanym ulega inaktywacji. Spełnia funkcję naturalnego czynnika przeciwbakteryjnego.

BIAŁKA ŻÓŁTKA JAJA

- należą do białek złożonych i są mieszaniną wielu glikoprotein, fosfoglikoprotein oraz fosfoglikolipoprotein.

Stosując metodę wirowania przy dużych obrotach, żółtko można rozfrakcjonować na tzw. granulki i część nazywaną plazmą. Granulki stanowią do 22% suchej substancji żółtka i zawierają około 60% białek.

Głównymi białkami granulek o charakterze Iipoprotein są lipowiteliny alfa i beta , stanowiące około 70% ogółu tych białek, w przeliczeniu na suchą substancję, zawierają do 22% lipidów. Łączą się one w większe cząsteczki z innym białkiem obecnym w granulkach - fosfowityną, która występuje w ilości ponad 20% ogółu białek znajdu­jących się w żółtku jaja i należy do białek kwaśnych, bardzo bogatych w fosfor. Fosfowityna tworzy rozpuszczalne kompleksy z wapniem i magnezem, a ponadto prawie całe żelazo zawarte w żółtku wiąże w kompleks, który pozostaje nienaruszony nawet podczas ogrzewania żółtka, skutecznie ogranicza utlenianie fosfolipidów występujących w żółtku jaja.

Z kolei plazma stanowi około 78% masy żółtka, a jej sucha substancja zawiera około 18% białek. W plazmie znajdują się liwetyny należące do białek kwaśnych, nie związane z lipidami oraz lipoproteiny o małej gęstości, zawierają około 88% lipidów, a resztę oprócz białka stanowi azot i fosfor. Lipidy żółtka są bardzo odporne na utlenianie.

Białka żółtka jaja zaczynają denaturować już w temperaturze 65°C, a jedynie fosfowi­tyna jest odporna na cieplną koagulację. Lipoproteiny o małej gęstości zaczynają koagulować w temperaturze 50°C, ale wytrącają się całkowicie dopiero w temperaturze 85°C.

Emulga­torami w żółtku, obok lecytyny i cholesterolu, są niektóre lipoproteiny

Wartość odżywcza białek jaja. Popularność spożywania jaj wynikała i nadal wynika nie tylko ze stosunkowo łatwego ich pozyskiwania, lecz również z ich bardzo wysokiej wartości odżywczej, związanej m.in. z zawartością i składem białek. Białka jaja zawierają metioninę, lizynę i treoninę, które są deficytowe w białkach zbożowych.

BIAŁKA

Wymagana jest znajomość następujących zagadnień:

1. Budowa, właściwości i podział aminokwasów. Aminokwasy kwasowe i zasadowe.

2. Rola biologiczna aminokwasów; aminokwasy egzogenne i endogenne.

3. Zasady budowy i nomenklatury białek: charakterystyka wiązania amidowego (ugrupowania peptydowego). Nazewnictwo peptydów

4. Budowa przestrzenna białek. Kształtowanie i zachowanie struktury. Struktury drugorzędowe (helisa, harmonijkowa, pętle). Białka strukturalne i globularne - oddziaływania stabilizujące natywną konformację.

5. Funkcje biologiczne i właściwości peptydów oraz białek.

Poznanie właściwości i struktury aminokwasów stanowi podstawę zrozumienia budowy białek i ich znaczenia dla procesów biochemicznych determinujących zjawiska życiowe. Aminokwasy (kwasy 2-aminokarboksylowe), związki stałe, krystaliczne, o dość wysokiej temperaturze topnienia, nierozpuszczalne w rozpuszczalnikach niepolarnych, są przede wszystkim składnikami peptydów i białek. Tylko 20 aminokwasów ma odpowiedniki trójnukleotydowe w kodzie genetycznymi i te właśnie występują powszechnie w białkach w każdym żywym organizmie. Wszystkie aminokwasy, znalezione w produktach hydrolizy białek zbudowane są wg tego samego schematu (grupa aminowa i grupa karboksylowa związane są z tym samym atomem węgla). Aminokwasy i ich pochodne mogą wchodzić w skład lipidów (np. fosfatydyloseryna), a niektóre pełnią funkcje neuroprzekaźników lub są wykorzystywane do syntezy neuroprzekaźników czy hormonów. Określone aminokwasy stanowią substraty np. glukozy w glukoneogenezie, puryn, pirymidyn czy hemu. Aminokwasy nieproteogenne są związkami pośrednimi w metabolizmie aminokwasów proteogennych i w cyklu mocznikowym. Łańcuchy zawierające ponad 100 reszt aminokwasów określamy jako białka i są to wielkocząsteczkowe związki o masie cząsteczkowej od ok. 13000 do kilku milionów. Białka, nawet różnego pochodzenia, mają podobny skład pierwiastkowy (50-55% węgla, 6,6-7,3% wodoru, 25-19% azotu, 19-21% tlenu), ale różnią się znacznie właściwościami fizycznymi, chemicznymi i biologicznymi. Budowa, funkcje, oraz specyficzne właściwości białek są określone poprzez skład i sekwencję aminokwasów w łańcuchu, a także poprzez ukształtowanie cząsteczki w przestrzeni. Wszystkie białka są makrocząsteczkami, wykazują cechy koloidów (nie dializują), wywierają ciśnienie koloido-osmotyczne, mają zdolność wiązania jonów, dzięki ładunkowi elektrycznemu cząsteczki wędrują w polu elektrycznym. Białka w roztworach silnych elektrolitów ulegają wysoleniu, są wrażliwe na czynniki denaturujące. Roztwory białek skręcają płaszczyznę światła spolaryzowanego w lewo (są zbudowane z aminokwasów (z wyjątkiem glicyny) optycznie czynnych), Cechuje je duży współczynnik załamania światła, którego wzrost jest proporcjonalny do stężenia białka w roztworze , co wykorzystuje się do ilościowego oznaczania białka metodą refraktometryczną. Białka zawierające tyrozynę lub tryptofan pochłaniają światło nadfioletowe (maksimum przy λ=280 nm), a istnienie wiązań peptydowych warunkuje pochłanianie przy λ=230 nm.

Białka pełnią rolę transportową (hemoglobina czy białka osocza). Kanały jonowe i inne białka błonowe pośredniczą w transporcie jonów oraz metabolitów przez błony biologiczne. W biochemicznych szlakach transdukcji sygnału białka są cząsteczkami sygnałowymi (hormony, cytokiny) jak i receptorami wiążącymi cząsteczki sygnałowe.

Immunoglobuliny są ważnymi składnikami układu immunologicznego. Najliczniejszymi białkami są enzymy ( około 2000), bardzo różniące się wielkością cząsteczki. Białka strukturalne są odpowiedzialne za mechaniczną stabilność narządów i tkanek.

BIAŁKA ŻYWNOŚCI - roślinne i zwierzęce

Zawartość białka w niektórych produktach spożywczych.

Rodzaj produktu	Zawartość białka
Mięso kurcząt	20-23
Mięso wieprzowe	9-20
Ryby	17-21
Sery dojrzewające	23-27
Sery twarogowe	9,5-18
Jajka	12
Mleko	3-4
Nasiona roślin strączkowych	18-40
Zboża	6(ryż)-12(pszenica)
Owoce	1

Białka są źródłem egzogennych aminokwasów, mogą też być wykorzystywane jako materiał energetyczny. Komórka musi dysponować jednocześnie wszystkimi potrzeb­nymi aminokwasami i to w odpowiednich ilościach by mogła zajść biosynteza białka. Komórki roślinne w obecności azotu mają zdolność syntezy aminokwasów we własnym zakresie. Natomiast komórki ludzi i zwierząt są zdolne wytwarzać na własne potrzeby jedynie niektóre aminokwasy, inne muszą otrzymać z zewnątrz.

Aminokwasami, których organizm człowieka nie jest zdolny wytwarzać, są:

egzogenne (niezbędne)		względnie egzogenne
				niezbędne dla dzieci	niezbędne dla dzieci i osób chorych
lizyna	walina	histydyna	histydyna i arginina
treonina	metionina			cysteina
leucyna	fenyloalanina			tyrozyna
izoleucyna	tryptofan

Aminokwasy te, nazywane egzogennymi lub niezbędnymi, muszą być w odpowiednich ilościach dostarczane z pożywieniem, w przeciwnym razie organizm będzie musiał dla ich pozyskania rozkładać swoje własne białka. Dwa dalsze aminokwasy, tzw. względnie egzogenne, są niezbędne jedynie dla dzieci i osób chorych (histydyna i arginina), których organizm aminokwasy te wy­twarza w zbyt małych ilościach. Pozostałe 8 aminokwasów, które noszą nazwę aminokwasów endogennych lub ami­nokwasów nie niezbędnych, organizm człowieka może sam wytworzyć wykorzystując do tego związki dostarczające grup aminowych oraz fragmenty cząsteczek tłuszczów i węglowodanów. Dwa z tych aminokwasów, określane mianem względnie endogennych, wyróżniają się tym, iż mogą powstawać w ustroju wyłącznie z określonych aminokwasów egzogennych. Są to: tyrozyna -tworzona z fenyloalaniny oraz cysteina - powstająca z przekształcenia metioniny. Przy braku wystarczającej ilości tych aminokwasów wzrasta zapotrzebowanie na określone aminokwasy egzogenne, stąd przy ocenie wartości odżywczej białek cysteinę traktuje się łącznie z metioniną jako aminokwasy siarkowe, a tyrozynę łącznie z fenyloalaniną jako aminokwasy aromatyczne. Jeśli podczas biosyntezy białka zabraknie jakiegoś aminokwasu endogennego, komórka sama go wytwarza i syntezę kontynuuje. Przy braku aminokwasu egzogennego synteza zostaje zatrzymana, a niewykorzystane aminokwasy (których komórka nie może magazynować) - usunięte i „spalone".

Wartość odżywcza białek

Białka występujące w żywności ze względu na skład aminokwasowy w rozmaitym stopniu zaspokajają potrzeby organizmu człowieka związane z syntezą białek ustrojowych.

Do oceny jakości białek pod kątem możliwości wykorzystywania na cele budulcowe zawartych w nich aminokwasów wprowadzono pojęcie wartości odżywczej białka. Jeśli wartość tę odnosi się do ludzi mówimy o wartości biologicznej białka.

Wartość odżywcza białka zależy przede wszystkim od:

• ilości i wzajemnych proporcji aminokwasów egzogennych

• stopnia uwolnienia podczas procesów trawienia w przewodzie pokarmowym i wchłonięcia aminokwasów czyli tzw. strawności białka.

Białko pożywienia, nawet o najodpowiedniejszym składzie aminokwasowym, nie może zostać wykorzystane przez organizm, jeśli najpierw enzymy trawienne żołądka, trzustki i jelit nie rozłożą jego polipeptydów do wolnych aminokwasów, które następnie zostaną wchłonięte do krwi i rozniesione do komórek. Stopień, w jakim białka ulegają procesom trawienia, nazywa się strawnością białka. ( wyraża się procentowym stosunkiem strawionej i wchłoniętej ilości białka do jego ilości spożytej z pożywieniem). Strawność białek pożywienia wynosi przeciętnie 92% i waha się w dość dużych granicach, zależnie od budowy przestrzennej samego białka i wielu różnych czynników związanych zarówno z rodzajem żywności (np. obecność inhibitorów, zawartość błonnika, sposób obróbki technologicznej, stopień rozdrobnienia itp.), jak i z organizmem konsumenta (stan uzębienia, sprawność przewodu pokarmowego itp.).

Białka zwierzęce są z reguły bardziej strawne aniżeli większość białek roślinnych. Spośród wszystkich białek występujących w żywności najbardziej strawne i kompletne pod względem składu aminokwasowego jest białko całego jaja kurzego. Uznaje się je za wzorcowe i porównuje się do niego wartość odżywczą innych białek.

Białka rozpuszczają się w wodzie lub w roztworach soli, tworząc tzw. roztwory ko­loidalne (w postaci ciekłej -zol i w postaci zestalonej - żel), w których cząsteczki białka są rozproszone w cieczy. Roztwory takie są przezroczyste, rozpraszają światło lekko przy tym opalizując, mają niskie ciśnienie osmotyczne i wykazują zdolność zmiany stanu skupienia. W zetknięciu z wodą białka ulegają hydratacji, któ­ra jest konsekwencją powstawania wiązań wodorowych między cząsteczkami wody a mającymi ładunek elektryczny grupami funkcyjnymi aminokwasów kwaśnych i zasa­dowych. Uwodnienie białka jest najmniejsze tzn. białka mają najmniejszą rozpusz­czalność i najłatwiej je wytrącić z roztworu w tzw. punkcie izoelektrycznym.

Amfoteryczność białek

Większość białek dobrze rozpuszcza się w wodzie, niektóre rozpuszczają się tylko w rozcieńczonych roztworach soli, kwasów i zasad. O rozpuszczalności białek decyduje ich zdolność do hydratacji, budowa, obecność soli w środowisku oraz pH roztworu. Peptydy i białka mają również swoje punkty izoelektryczne, ale są one istotnie zróżnicowane w zależności od składu aminokwasowego tych cząsteczek. Ze względu na amfoteryczny charakter białek można je miareczkować zarówno rozcieńczonym roztworem zasad, jak i kwasów i w ten sposób określić ich punkt izoelektryczny. Punkt izoelektryczny będzie powyżej pH 7 dla białek zawierających aminokwasy zasadowe (arginina, histydyna, lizyna) i poniżej pH 7 dla białek zawierających aminokwasy kwaśne (kw.asparaginowy, glutaminowy).

Większość białek globularnych ma punkty izoelektryczne w przedziale pH 4,5-6,5 (ale np. pepsyna przy pH 1 czy trypsyna przy pH 10,5). Znajomość pI ma znaczenie przy rozdzielaniu i charakteryzowaniu białek. W punkcie izoelektrycznym można białka najłatwiej wytrącić i wykrystalizować (najmniejsza rozpuszczalność), wykazują najmniejsze ciśnienie osmotyczne, najsłabiej pęcznieją, mają najmniejszą lepkość i nie reagują z anionami czy kationami. Białka wykazują różnice w rozpuszczalności w zależności od pH roztworu, temperatury, rozpuszczalnika, stężenia jonów soli w roztworze (siły jonowej). Niewielkie stężenia jonów wpływają dodatnio na rozpuszczalność, przy większym stężeniu soli białko wytrąca się. Przyczyną tego zjawiska jest odciąganie cząsteczek wody od cząsteczek białka przez jony soli. Zjawisko to zostało wykorzystane do rozdziału mieszaniny białek, ponieważ wysalanie nie zmienia rodzimych właściwości białek, tzn. białko wytrącone siarczanem amonu nie ulega denaturacji i po oddializowaniu soli otrzymujemy czysty roztwór białka o pełnej aktywności biologicznej. Sole metali ciężkich w połączeniu z białkami są trudno rozpuszczalne (małe wartości stałych dysocjacji) i np. sole rtęci, ołowiu, miedzi, wykorzystywane są do wytrącania białek z roztworów. Połączenia z niektórymi anionami, zwłaszcza kwasów organicznych (kwas sulfosalicylowy, pikrynowy, trichlorooctowy), są nierozpuszczalne. Zjawisko to wykorzystuje się do odbiałczania roztworów (białka wtedy jednak najczęściej ulegają denaturacji). Alkohole i inne substancje organiczne (eter, aceton) niszczą warstwę wodną otaczającą cząsteczki białek i powodują wypadanie ich z roztworu (efekt podobny do wysalania) ale białka wytrącane w ten sposób w niskiej temperaturze (-5°C do -15°C) nie ulegają denaturacji. Ogrzanie białka powyżej 60°C powoduje również ich denaturację (niezależnie od innych czynników). W środowisku kwaśnym i zasadowym, mimo denaturacji cieplnej, białko nie wytrąca się.

1. Wykazanie właściwości amfoterycznych białek

1.1. Wykazanie właściwości amfoterycznych białka jaja kurzego i żelatyny

Wykonanie:

Przygotować 6 probówek i dodawać odczynniki wg schematu.

Próba	Woda destylowana	1% roztwór białka jaja	0,5 % r-r żelatyny	Błękit bromotymolowy	Zieleń bromokrezolowa
1.	2 ml	-	-	-	1 kropla
2.	-	2 ml		-	1 kropla
3.	2 ml	-	-	1 kropla	-
4.	-	2 ml	-	1 kropla	-
5.	-	-	2 ml	-	1 kropla
6.	-	-	2 ml	1 kropla	-

Do prób 1. 2.i 5. dodawać kroplami z pipety 0,01M HCl, aż do wystąpienia barwy żółtej (zanotować ilość kwasu solnego dodanego do każdej z prób). Do prób 3. i 4.i 6. dodawać po kropli z pipety 0,01M NaOH, aż do wystąpienia barwy niebieskiej (zanotować ilość wodorotlenku sodowego dodanego do każdej z prób).

Porównać wyniki miareczkowania wody, roztworu białka jaja i żelatyny.

2. Rozpuszczalność i wysalanie białek.

2.1.Wpływ pH na rozpuszczalność białek.

Wykonanie:

1 ml białka jaja kurzego dodawać kroplami 0,1M HCl, aż do zmętnienia roztworu. Sprawdzić pH papierkiem uniwersalnym. Następnie dodawać kroplami 1M NaOH, aż do rozpuszczenia się osadu. Omówić wynik.

2.2.Rozpuszczalność globulin w wodzie i rozcieńczonych roztworach soli.

Globuliny w wodzie są nierozpuszczalne z powodu skłonności do tworzenia agregatów. Kationy i aniony soli zobojętniają ładunki dipola białkowego i uniemożliwiają agregację. Albuminy są dobrze rozpuszczalne w wodzie (moment dipolowy mniejszy od globulinowego) wykazują też większe powinowactwo do wody.

Wykonanie:

Do 1 ml nierozcieńczonego białka jaja kurzego dodać 5 ml wody, zmieszać i odstawić na kilka minut.

Pojawia się zmętnienie, które znika po dodaniu kilku kryształków NaCl.

2.3.Wysalanie białka - oddzielenie albumin od globulin.

Zawartość białka w surowicy wynosi średnio 70 g/litr, z czego albuminy stanowią około 60%, α-globuliny-12%, β-globuliny-10%, γ-globuliny-18%. Zawartość białka zwiększa się rzadko (np. w szpiczaku pojawia się białko patologiczne), zmniejsza się częściej np. przy dużej utracie białka z ustroju w nerczycach. Często przy prawidłowym poziomie białka ogólnego zachodzą przesunięcia w obrębie poszczególnych frakcji. Zmniejszenie frakcji albuminowej na korzyść frakcji globulinowej powoduje zmniejszenie współczynnika albuminowo-globulinowego (A/G - normalnie wynosi 1,5). Zmniejszenie ilości albumin może wiązać się z niedostateczną ich podażą, nadmierną ich utratą z ustroju (białkomocz, wysięki), lub zahamowaniem syntezy (choroby wątroby). Zwiększenie frakcji globulin występuje w stanach zapalnych, w przewlekłych chorobach zakaźnych lub schorzeniach wątroby. Albuminy można oddzielić od globulin wykorzystując ich różną rozpuszczalność w stężonych roztworach soli. Globuliny tracą wodę hydratacyjną już przy 50% nasyceniu siarczanem amonu. Albuminy wysalają się dopiero przy całkowitym nasyceniu roztworu.

Wykonanie:

1. 0,5 ml surowicy krwi rozcieńczyć solą fizjologiczną (2,5 ml), dodać 3 ml nasyconego siarczanu amonu. Po wymieszaniu (półnasycenie) odsączyć wytrącone globuliny. Do przesączu dodawać powoli kryształki siarczanu amonu tak długo, aż na dnie probówki pojawią się wytrącone albuminy.

2. Do 3 ml roztworu białka jaja dodać 3 ml nasyconego siarczanu amonu. Po dokładnym wymieszaniu (półnasycenie) odsączyć wytrącone globuliny. Do przesączu dodawać powoli kryształki siarczanu amonu tak długo, aż na dnie probówki pojawią się wytrącone albuminy.

2.4.Ekstrahowanie białek roślinnych rozcieńczonymi roztworami soli.

Wykonanie:

1. 0,5 g mączki z ciecierzycy zalać 10 ml 0,9% NaCl i ekstrahować około 15 minut często wytrząsając. Odwirować osad. 1 ml supernatantu rozcieńczać powoli wodą do pojawienia się zmętnienia (wytrącanie globulin). Dodać parę kryształków NaCl. Osad białka rozpuszcza się ponownie.

2. w otrzymanym ekstrakcie oznaczyć zawartość białka rozpuszczalnego metodą biuretową. Przeliczyć na zawartość białka w mączce.

3. Denaturacja białek

3.1.Wytrącanie albumin i globulin etanolem.

W środowisku o pH ok. 5 globuliny wytrącają się przy 15%, a albuminy przy 40% stężeniu etanolu. Przy innych wartościach pH konieczne jest większe stężenie etanolu. Białka wytrącane etanolem lub acetonem w temp. około -15°C nie ulegają szybkiej denaturacji, co wykorzystuje się do wydzielania frakcji białek.

Wykonanie:

Do 1 ml białka jaja kurzego dodać 3 ml 0,9% NaCl, oziębić w łaźni lodowej, dodać 1ml wyziębionego 96% etanolu. Pojawia się zmętnienie, które znika po rozcieńczeniu.

3.2. Denaturacja termiczna białek.

Denaturacja białek to zmiany w konformacji łańcucha z utratą rodzimych właściwości pod wpływem czynników fizycznych (ogrzewanie, wysychanie, ultradźwięki, promieniowanie krótkofalowe, wytrząsanie wodnych roztworów białka w atmosferze powietrza) lub chemicznych (kwasy, zasady, jony metali ciężkich, mocznik, detergenty, fenol, chloroform, etanol, aceton). Ulega zniekształceniu lub zniszczeniu struktura białka bez hydrolitycznej degradacji łańcucha. Zagotowanie stężonych roztworów białek powoduje natychmiastowe wytrącanie się osadu zdenaturowanego białka. By wytrącić białko z rozcieńczonych roztworów konieczne jest zakwaszenie. Ciepło powodując zrywanie wiązań wodorowych w cząsteczkach prowadzi do nieodwracalnej denaturacji białek. Proces denaturacji - między 40°C a 100°C. Tylko nieliczne białka wytrzymują krótkie gotowanie

Wykonanie:

Do probówki wlać 2 ml roztworu białka jaja zagotować i dodać 2 krople 2M CH₃COOH. Wytrąca się denaturowane białko.

4. Ochronne działanie koloidów

Białka wykazują właściwości koloidów ochronnych, co ma duże znaczenie biologiczne. Związki źle rozpuszczalne są utrzymywane przez koloidy w postaci delikatnej zawiesiny.

Wykonanie:

Do 3 probówek wlać po 1ml 0.01M AgNO₃, dodać po parę kropli 2 M HNO₃.

Do pierwszej dodać 1 ml 0,5% żelatyny, do drugiej 1 ml roztworu białka jaja kurzego a do trzeciej wody. Po wymieszaniu do każdej dodać 2 ml 0.01M NaCl. Opisać wynik.

5. Białka pszenicy - izolacja glutenu z mąki

Białka pszenicy, gliadyna i glutenina, po dodaniu wody tworzą gluten. Gluten pełni ważną rolę w procesie przygotowywania ciasta chlebowego na etapie zarabiania mąki z wodą.

Wykonanie:

1. Odważyć 5 g mąki pszennej i w moździerzu zagnieść z wodą (uwaga na ilość dodanej wody) na twarde ciasto. Pozostawić na około 30 min. w celu pęcznienia białka i uzyskania maksymalnej ilości glutenu. Następnie wymywać ciasto wodą, aż do zaniku barwnej reakcji z płynem Lugola.

Otrzymany gluten rozpuścić (czas rozpuszczania - około godziny) w 10 ml 0,2 M NaOH. Roztwór przesączyć.

2. W przesączu wykonać ilościowe oznaczenie białka metodą biuretową.

Wynik podać w g na 100 g użytej mąki pszennej.

6. Białka żółtka jaja

Wykonanie:

0,2 g wysuszonego i roztartego w moździerzu preparatu żółtka jaja otrzymanego po izolacji lecytyny rozpuścić w 5 ml 0.2M NaOH.

Wykonać ilościowe oznaczenie białka metodą biuretową.

Wynik podać w g na 100 g suchej masy białek znajdujących się w żółtku jaja.

7. Ilościowe oznaczanie białka metodą biuretową

Aby ilościowo oznaczyć białko w próbie, wykonujemy reakcję biuretową. Intensywność zabarwienia roztworu jest wprost proporcjonalna do liczby wiązań peptydowych. Ze względu na traktowanie próby NaOH (co zapewnia utrzymanie białka w roztworze) metoda jest szczególnie przydatna do zawartości białka w płynach biologicznych, homogenatach tkankowych, zawiesinach podstruktur komórkowych itp.

Wykonanie:

Do 0,5 ml roztworu białka roślinnego dodać 3,0 ml 0,2M NaOH. Po wymieszaniu dodać 4 ml odczynnika biuretowego i odstawić na 30 min.

Zmierzyć absorbancję przy długości fali λ = 550 nm wobec próby odczynnikowej (0,5 ml wody + 3,0 ml 0,2M NaOH + 4 ml odczynnika biuretowego).

Wartość absorbancji jest wprost proporcjonalna do stężenia białka. Posługując się wykresem kalibracyjnym należy odczytać stężenie białka w analizowanej próbie.

• Odczynniki

0,2M NaOH (wodorotlenek sodu)

Odczynnik biuretowy: 0,9 g winianu sodowo potasowego i 0,3 g siarczanu miedzi (CuSO₄ x 5 H₂O) rozpuścić w 40 ml 0,2M NaOH. Dodać 0,5 g KJ i uzupełnić wodą do 100ml.

A
		0,6
		0,5
		0,4
0,3
		0,2
		0,1

1 2

g białka/100ml roztworu badanego

8. Oznaczanie białka metodą pomiaru absorbancji w nadfiolecie.

Dzięki obecności tyrozyny i tryptofanu białka mogą wykazywać maksimum absorbancji przy λ = 280 nm. Zakłócają pomiar kwasy nukleinowe mające maksimum pochłaniania przy λ = 260 nm. Metoda jest obarczona znacznym błędem, ale ze względu na szybkość oznaczenia w małej ilości materiału w obecności dużych stężeń soli jest szeroko stosowana.

Wykonanie:

Dokonać pomiaru absorbancji próby badanej (rozcieńczony roztwór albuminy- białka jaja kurzego) wobec próby odczynnikowej ( rozpuszczalnik) przy λ = 280 nm i λ = 260 nm i obliczyć orientacyjną zawartość białka ze wzoru:

C białka = 1,55 · A(λ280nm) ─ 0,76 ·A(λ260nm)

20

---