“Qİda məhsullarinin texnologiyasi” kafedrasi
Yüklə 0,6 Mb. Pdf görüntüsü
|
- Bu səhifədəki naviqasiya:
- MÜHAZİRƏ 5 ZÜLALLAR VƏ POLİŞƏKƏRLƏRİN SU MÜHİTİNDƏ BİRGƏ MÖVCUDLUĞU VƏ FİZİKİ-KİMYƏVİ VƏ QURULUŞ MEXANİKİ
- MÜHAZİRƏ 6 ZÜLALLAR VƏ POLİŞƏKƏR SİSTEMLƏRİNİN TERMODİNAMİKİ VƏZİYYƏTİ VƏ REOLOJİ XASSƏLƏRİ
- Zülal-polişəkər-su tərkibli ikifazalı duru sistemlər
- Müxtəlif tip zülallar və polişəkərlərin su mühitində birgə mövcud ola bilməməsi şərtləri
- Şəkil 1. Jelatin – dekstran – su sisteminin 42,5°C temperatur şəraitində ikifazalı (a) vəziyyəti və
|
26
ZÜLALLAR VƏ POLİŞƏKƏRLƏRİN SU MÜHİTİNDƏ BİRGƏ MÖVCUDLUĞU VƏ FİZİKİ-KİMYƏVİ VƏ QURULUŞ MEXANİKİ XASSƏLƏRİNİN YARADILMASI HAQQINDA
Bu istiqamətdə aparılan tədqiqatlar zülallar və polişəkərlərdən ibarət maye su sistemlərinin tərkibi, quruluşu, faza vəziyyəti və kompleks xassələrinin tənzimlənməsi məqsədilə aparılır, bu isə son nəticədə həlməşik sistemlərin, başqa sözlə süni qida məhsullarının yaradılması deməkdir. Bunun üçün öyrənilən sistemlərin tədqiqat şəraiti və metodları süni qida məhsulları alınması problemlərinin spesifikliyi nəzərə alınaraq seçilir. Bu spesifiklik isə qida məhsullarında zülallar və polişəkərlərin funksiyalarından asılıdır. Burada onların (zülal və polişəkərlərin) hər ikisinin iki formada olan funksiyaları: quruluş və qida funksiyaları nəzərə alınmalıdır. Zülalların süni qida məhsullarına çevrilməsi prosesləri baxımından burada qida funksiyasına köməkçi, əsas olmayan funksiya kimi nəzər salınır. Onun nəzərə alınması, ilk növbədə yeni formalı məhsula emal olunan ilkin sistemin tərkibinin seçilməsi üçün vacib sayılır. Əksinə, qidanın makromolekulyar komponentlərinin quruluşyaratma funksiyası isə istiqamətverici rola malik olmaqla, tələb olunan kompleks xassələrin alınması imkanlarını şərtləndirir. Çünki zülallar və polişəkərlərin emalı üçün çoxsaylı mürəkkəb fiziki-kimyəvi xarakteristikanın yaradılması, o cümlədən su mühitində müxtəlif pH şəraitində və ion gücündə həllediciliyin təmin olunması, bu komponentlərin qidanın digər komponentləri ilə birgə mövcudluğu, suspenziya, emulsiya yaxud köpükşəkilli quruluşun sabitləşdirmə qabiliyyətinin təminatı vacib əhəmiyyət kəsb edir. Bu kompleks xarakteristika ümumi məfhum altında zülallar və polişəkərlərin
27
süni qida məhsullarına emalı şərtlərini, dəyərini və imkanlarını şərtləndirir (təyin edir). Beləliklə, funksional xassələr bütövlükdə süni qida məhsullarında zülallar və polişəkərlərin quruluşyaratma funksiyası ilə əlaqədardır. Burada əsas mahiyyət ondan ibarətdir ki, yeni formalı qida məhsulları yaratmaq üçün emal olunan zülallar müxtəlif mənbələrdən və müxtəlif metodlarla əldə edilirlər. Məhz buna görə də onlar fiziki-kimyəvi xassələrinə görə, məsələn, su mühitində həllolma qabiliyyətlərinə görə (albuminlər, qlobulinlər və qlütelinlər və s.) yaxud bu və ya digər dərəcədə heterogelinə (tərkiblərində çoxsaylı fraksiyaların olmasına) görə, molekulyar xarakteristikalarının fərqliliyinə görə müxtəlif fiziki-kimyəvi xassələrə malik olurlar. Məhz bu baxımdan, süni qida məhsulları alınmasında zülalların emalı üçün heterogenlik və digər fiziki-kimyəvi xassələrin yaradılması üçün onların emal üsullarına maraq həmişə çox olur. Bu proseslərin işlənib hazırlanması isə hökmən su sistemləri mühitində digər qida komponentləri ilə birgə zülalların necə xassə göstərməsini öyrənməyi tələb edir. Beləliklə, süni qida məhsulları yaradılması problemləri nöqteyi-nəzərincə, zülal-su sistemlərinin özü də müxtəlif fiziki-kimyəvi xassələrə malik zülallarla olan su sistemlərinin öyrənilməsi, turş və neytral polişəkərlərin öyrənilməsi vacib məsələlərdən hesab olunur. D-qlyukan qruplarına aid neytral polişəkərlər (nişasta və onun komponentləri, qlikogen) adətən qidanın əsas quruluş və energetik komponentləri hesab olunurlar. Bir çox mövcud məhsullarda onların miqdarı, xüsusilə süni məhsullarda 10-30%-ə qədər çata bilir. Bu da onu şərtləndirir ki, tərkibində zülal və qlyukan olan qatı sistemlərin öyrənilməsi yeni formalı qida məhsulları üçün çox vacib sayılır. Turşu xassəli polişəkərlər isə həlməşik yaradan birləşmələr olmaqla, qida sənayesində geniş tətbiq olunurlar. Onların ən maraqlı nümayəndələri xətti, zəif polielektrolit xassəsinə malik və molekullarında yan karboksil qrupları olan
bazasına malik olan birləşmələrdir. 28
Alginatlar və pektinlər zəhərli deyillər, allergiya doğurmurlar, hətta qidada çoxlu miqdarda qəbul edildikdə belə zərərsiz sayılırlar. Bununla belə, onlar mədə- bağırsaq sistemlərində həzm olunmurlar. Eyni zamanda, polişəkərlər orqanizmdən sink, qurğuşun, stronsium kimi ağır metalları kənar etməklə vacib fizioloji funksiyaları yerinə yetirirlər. Bu baxımdan, onlar həm də müalicə və profilaktiki qidalanma üçün xüsusi əhəmiyyət kəsb edirlər. Onların qida sistemlərində işlədilməsi imkanlarının genişləndirilməsi həm də bu səbəblərə görə çox aktualdır. Onu da nəzərə almaq lazımdır ki, bu polişəkərlərin qida məhsullarında miqdarı adətən 0,1-2%-dən çox olmasa da, onlar qidanın digər komponentləri ilə, xüsusilə zülallarla aktiv qarşılıqlı təsirə girə bilirlər. Bütün bunlar onu göstərir ki, polişəkərlərin duru məhlullarda zülallarla qarşılıqlı təsirinin öyrənilməsi yeni qida məhsullarının yaradılması istiqamətində çox vacib məsələlərdən biridir. Zülallar və polişəkərlərin polifunksional təbiəti nəzərə alınarsa, onlar bir-biri ilə müxtəlif tip əlaqələr yarada bilərlər. Su sistemlərində onlar elektrostatik və hidrofos qarşılıqlı təsir, həmçinin hidrogen əlaqələri yarada bilirlər. Zülallar özlərinin poliamfolit təbiətinə görə, müəyyən pH mühitində müxtəlif yüklənmə qabiliyyətinə malik ola bilirlər. Su mühitində bu xassə polişəkərlərə də aiddir. Belə bir şəraitdə (yəni müəyyən pH qiymətində) zülal makrokationu ilə turşu xassəli polişəkər makroanionu arasında elektrostatik qarşılıqlı təsir meydana çıxa bilir ki, bu da sistemdə həll olan yaxud həll olmayan komplekslər yaradılmasına gətirib çıxarır. Praktiki nöqteyi-nəzərdən kiçik molekullu elektrolit sayılan xörək duzunun tədqiq edilən zülal və polişəkərli su sisteminə necə təsirinin öyrənilməsi də yeni formalı qida məhsulları yaradılması işində xüsusi maraq doğurur. Çünki xörək duzu qidada 2-5%-ə qədər miqdarda həmişə olur və onun məhsulda varlığı ion gücünü artırır deyə, zülal və polişəkər olan sistemlərdə polielektrolitlərin elektrostatik qarşılıqlı təsirini zəiflədə bilir.
29
Bundan əvvəl qeyd etdiyimiz kimi, süni qida məhsullarının yaradılması, bilavasitə maye sistemlərin formalanması ilə əlaqədar olduğu üçün bu sistemlərin reoloji xassələrinin öyrənilməsi, onların (reoloji xassələrinin) sistemdə faza vəziyyətindən və quruluşundan asılılığının öyrənilməsi və bunların birlikdə tənzimlənməsi faktiki olaraq quruluşun, başqa sözlə qida sistemlərinin öyrənilməsi kimi başa düşülür. Beləliklə, ümumi halda götürdükdə zülalların emalı problemi zülallarla polişəkərlərin su sistemlərində birgə mövcudluğu, faza vəziyyətinin öyrənilməsini və onların qarşılıqlı təsirinin spesifikliyinin öyrənilməsini tələb edir. Bunlar isə onların tərkibinin tənzimlənməsi, quruluş və xassələrinin yeni yaradılacaq qida sistemləri üçün vacibliyindən irəli gəlir. Fizika, kimya elmində olan çoxlu praktiki məlumatlara əsaslanaraq, alimlər makromolekullu birləşmələrin qarışığından ibarət sistemlərin aşağıdakı xarakterik xüsusiyyətlərini fərqləndirirlər: 1) bu qarışıqlar çox zaman heterofazalı (ən azı 2 fazalı) olurlar; 2) onlar burada makromolekulyar komponentlər bir yaxud müxtəlif fazalarda toplana (qatılaşa) bilirlər. Birinci halda onlar kompleks koaservasiya adını daşıyırlar. İkinci halda bu birgə mövcud ola bilməmək hesab olunur. Kompleks koaservasiya müxtəlif yüklü makroionlar olan qarışıqlarda rast gəlinirsə, birgə mövcud ola bilməmək energetik baxımdan eynitipli makromolekul qarışığında meydana çıxır.
30
ZÜLALLAR VƏ POLİŞƏKƏR SİSTEMLƏRİNİN TERMODİNAMİKİ VƏZİYYƏTİ VƏ REOLOJİ XASSƏLƏRİ
Termodinamiki uyğunsuzluq polimer quruluşlu sistemlər üçün xarakterik xüsusiyyətlərdən biridir. Adətən kifayət qədər böyük molekullu polimerlər məhlullarda istilik ayrılması müşahidə olunduğu halda, onlar birfazalı qarışıqlar yaradırlar. Bu, çox nadir hallarda müşahidə olunduğundan, çoxkomponentli polimer qarışıqları həmişə heterofazalı olurlar. Bu hadisənin öyrənilməsi xeyli miqdar xarici ədəbiyyatlarda əsasən sintetik və modifikasiya olunmuş (məsələn, sellüloza üçün) texniki polimerlərlə əlaqədar aparılmışdır. Zülallar və polişəkərlərin termodinamiki baxımdan birgə mövcudluğu isə son 20 il ərzində yeni formalı qida məhsullarının yaradılması ilə əlaqədar tədqiq olunmuşdur. Bununla belə, bu polimerlərin məhlullarda birgə mövcud ola bilməməsi ilə əlaqədar ilkin məlumatlar isə 1896-cı ildə Avropada Beyerink tərə- findən jelatin-aqar-su və jelatin-həll olan nişasta-su sistemlərində tədqiqatlar zamanı müəyyən edilmişdir. Adətən, bu sistemlərdə qatılıq 1%-dən yuxarı olduğu zaman onlar iki maye fazalara ayrılırlar. Bu ayrılma demək olar ki, zülallar və polişəkərlərin bir-birindən tam və təmiz ayrılmasına gətirib çıxarır. Digər bir alim Büçli isə jelatinlə, avtoklavda hazırlanmış nişasta məhlulları qatışıqlarını tədqiq etmişdir. Amerika alimləri Osvald və Hertel isə jelatin, taxıl və kartof nişastası həlməşiyi qarışığı sisteminin fazalara necə ayrılmasını öyrənmişlər. Burada müəyyən edilmişdir ki, taxıl sistemi nişastasından fərqli olaraq, kartof nişastasının iştirakı ilə hazırlanmış qarışıqlar məhlulda turşu və qələvi mühitində (pH-a görə) birfazalı sistem kimi mövcud ola bilirlər. Nəhayət, Dua soyadlı alim jelatin və amilopektindən ibarət su mühiti sistemi qarışığını tədqiq edərkən jelatin həlməşiyində amilopektinin kristallaşmasını müşahidə etmişdir. Bu çox maraqlıdır və bir daha göstərmişdir ki, ədəbiyyatlarda göstərilən zülallar və polişəkərlərlə əlaqədar qarışıq məhlul sistemlərində onların termodinamiki baxımdan birgə 31
mövcudluğu (yəni fazalara ayrılmaması hadisəsi) tədqiqat baxımından geniş öyrənilmə tələb edir və buna müəyyən hallarda fərdi yanaşmaq lazım gəlir. Başqa sözlə, zülalların emalı və istifadəsi ilə əlaqədar yaradılmış çoxkomponentli sistemlərin tərkibində polişəkərlərin mövcud olduğu hallarda baş verən qanunauyğun hadisələr hələ də tam öyrənilməmişdir. Rusiyada (bundan əvvəl SSRİ-də) Akademiyanın Element Üzvi Birləşmələr İnstitutunda zülal-polişəkər-su su sistemlərinin faza vəziyyəti haqqında bu günə qədər aparılmış çoxsaylı tədqiqatlar onu göstərmişdir ki, uyğunsuzluq (yəni birgə mövcud ola bilməmək) hadisəsi ümumi xarakter daşıyır. Aşağıda bir sıra əsas tip zülallar və polişəkərlərin su sistemində olan faza vəziyyəti ilə əlaqədar aparılmış tədqiqatların nəticələri göstərilmişdir (bax. cədvəl 1). Burada aydın görünür ki, bütün tədqiq olunan sistemlər ikifazalıdır. Bununla belə, texniki məqsədlər üçün işlədilən polimer məhlullarının qarışığından fərqli olaraq (onların hər hansı bir miqdarında su sistemi ikifazalı olur), çox durulanma şərtini çıxmaqla, bütün hallarda zülallar və polişəkərlərdən ibarət məhlulların qarışığından ikifazalı su sistemlərinin yaradılması yalnız müəyyən şəraitdə (şərtlər daxilində) baş verir. Bu, ilk növbədə makromolekulların bioloji təbiəti ilə əlaqədar olub, onların su mühitində qarşılıqlı təsirinin spesifikliyi ilə əlaqədardır. Ona görə də bu şərtlər müxtəlif tərkibli sistemlərdə zülalların və polişəkərlərin tipindən asılı olaraq xüsusi olaraq fərqlənir. Aşağıda növbəti cədvəl 2-də tədqiq olunan sistemlərin tipindən asılı olaraq zülallar və polişəkərlərin uyğunsuzluq şərtləri göstərilmişdir. Cədvəl 2-dən göründüyü kimi, I tip albumin – neytral polişəkər – su sistemində onların yüksək qatılığı şəraitində zülalın İEN qiymətində, aşağı ion gücündə fazaların ayrılması baş verir. Daha doğrusu, maye halda olan bütöv qarışıq, məhlul makromolekullardan ibarət olan iki maye fazaya ayrılır. Bu 32
deyilənlər IV sistemə də, II sistemə də, III sistemə də aiddir, fərq yalnız məhlulların ion gücünün yuxarı olmasında və zülal sistemi tipinin fərqli olmasındadır. Cədvəl 1
Zülallar Neytral polişəkərlər Turşu xassəli polişəkərlər A m
ope k ti n
Q li kog
en
D eks tra
n
F ikol l N at ri um al g ina t Q unom i - ara b ik P ekt in
Jelatin
Qaramal qanı zərdabının albumini
Yumurta albumini
Soya paxlası qlobulinləri
Günəbaxan toxumu izolyatı zülalı
Kazein
Zein
Qliadin
Buğda qlüteni
33
Cədvəl 2 Müxtəlif tip zülallar və polişəkərlərin su mühitində birgə mövcud ola bilməməsi şərtləri Sistemin tipləri Birgə mövcud ola bilməmək üçün əlverişli şərtlər 1. Albumin – neytral polişəkər – su sistemi Zülalın izoelektrik qiymətində (nöqtəsində), aşağı ion gücündə 2. Albumin – turşu xassəli polişəkər – su sistemi Zülalın izoelektrik nöqtəsində (İEN), yüksək ion gücündə 3. Qlobulin (yaxud qlütelin) – neytral polişəkər – su sistemi Sistemin pH-nin zülalın İEN nöqtəsi qiymətinə yaxın həddə, yüksək ion gücündə 4. Qlobulin (yaxud qlütelin) – turşu xassəli polişəkər – su sistemi Sistemin pH-nin zülalın İEN nöqtəsi qiymətindən yuxarı olduğu həddə, yüksək ion gücündə.
Başqa bir axtarışlar isə (şəkil 1) onu göstərmişdir ki, qatı jelatin – dekstran – su sistemində komponentlərin makromolekullarının 1%-dən çox olmadığı hallarda onlar birgə mövcud ola bilirlər. Burada tədqiq olunan polişəkərlərin (amilopektin, qlikogen, müxtəlif molekul çəkili dekstranlar və s.) quruluş fərqi onların jelatinlə birgə mövcudluğunda bir o qədər rol oynamır. Bütün tədqiq edilən sistemlər, jelatin məhlulu pH-nın İEN qiymətinin turşu yaxud qələvi istiqamətə dəyişilməsi hallarında ikifazalı sistem vəziyyətindən birfazalı sistem vəziyyətinə keçə bilirlər. Bu hal həm də məhlulda ion gücünün (0,1 q – ion/e) artması zamanı baş verir. Analoji nəticələr süd zərdabı albumini – amilopektin – su mühitinin öyrənilməsi zamanı da əldə edilmişdir. Bütün bunlara əsaslanaraq belə nəticəyə gəlinir ki, zülal – polişəkər – su sistemlərində 2 polimerin birgə mövcudluğu (yəni bir fazada olması) zülalların öz- özünə assosiasiyası səbəbindən izoelektrik şəraitində baş verir.
Birfazalı 34
Şəkil 1. Jelatin – dekstran – su sisteminin 42,5°C temperatur şəraitində ikifazalı (a) vəziyyəti və fazaların çevrilməsi vəziyyəti (məhlulda dekstran 6,4%, jelatin 1,6% olmaqla, pH İET nöqtəsindən dəyişilmiş halda olan zamanı) – (b) vəziyyəti.
Bu da zülal molekullarının çalxalanması hesabına (buna fluktuasiya) onların elektostatik qarşılıqlı təsiri ilə əlaqədardır. Zülal və neytral polişəkərlərin həllolma uyğunluğunun artmasının pH göstəricisinin İEN qiymətindən kənara çıxdığı hallarda baş verməsi isə öz-özünə assosiasiyanın dəf olunması ilə izah olunur. Bu da onunla aydınlaşdırılır ki, öz-özünə assosiasiya nəticəsində zülallarda olan mikroionlar eyniadlı yükə malik olurlar. Birfazalı sistemin vəziyyətinin sabitliyi səbəbi həm də zülal-polişəkər molekulları arasında həll olan komplekslərin əmələ gəlməsi ilə izah edilir. Jelatin-dekstran-su və zərdab albumin-amilopektin-su sistemlərində belə komplekslərin yaranması çoxsaylı tədqiqatlarla təsdiqlənmişdir. Adətən kompleksin əmələ gəlməsi sistemin birfazalı vəziyyətində turş mühitdə baş verir və buraya xörək duzunun əlavə olunması ilə o dəf olunur, yəni pozulur (0,15 mol/l-ə qədər miqdarda NaCl olduqda). Bundan yuxarı hədlərdə sistemdə ayrılma, yəni təbəqələşmə baş verir. 35
Zülal – polişəkər – su sistemlərində kompleksin əmələ gəlməsi, sabit sistemlərin reoloji xassələrinin dəyişilməsini meydana çıxarır. Bu da zülalların funksional xassələrini tənzimləmək baxımından çox maraqlı hesab olunur. Albumin-polişəkər-su sistemləri (bax.cədvəl 2) onların kifayət qədər yüksək qatılığında və yüksək ion gücündə izoelektrik şəraitində fazalara ayrılır və onlardan ikifazalı duru sistem yaranır. O da müəyyən edilmişdir ki, tədqiq olunan turşu xassəli polişəkərlər, polimer turşular olmaqla pH-in 3-13 qiymətlərində bütün hallarda ion yükünə malik olurlar. Bu da onunla izah edilir ki, pH-ın İEN qiymətindən aşağı vəziyyətində zülallar və polişəkərlər müxtəlif ion yüklərinə malik olurlar və onların elektrostatik qarşılıqlı təsiri (yüklərin) mühitdə həll olan və həll olmayan komplekslər əmələ gəlməsinə səbəb olur. Başqa sözlə, onların molekullarının birgə uyğunluğuna yaxud kompleks koaservasiyasına gətirib çıxarır. Əlbəttə, bütün bunlar sistemin müəyyən ion gücündə baş verə bilir (0,1-0,2 q ion/l-dən aşağı həddə). Süni qida məhsulları yaradılması baxımından qlütelinlər və qlobulinlərə aid olan zülallar (qələvi və duz məhlullarında həll olan və izoelektrik şəraitdə həll olmayanlar) daha perspektiv sayılırlar. Bunlar toxum zülalları (taxıl və yağ verənlər), kazein, maya zülalları fraksiyası və başqalarıdır. Albuminlərdən fərqli olaraq, qlobulinlər və qlütelinlər izoelektrik şəraitdə həll olmayandırlar. Onların sistemlərdə faza vəziyyətinin öyrənilməsi göstərir ki, onlar oxşar xassələrə malikdirlər və zülal-polişəkər-su sistemlərində albuminlərlə olduğu uyğunsuzluq şəraitini yaratmaq mümkündür. Üçüncü tip sistemlərdə, yəni qlobulin yaxud qlütelin – neytral polişəkər – su sistemində yüksək ion gücü və pH qiyməti İEN qiymətinə yaxın olan hallarda onlar 2 maye fazasına ayrılır ki, bunların da hər birində bir makromolekul komponentləri olur. 36
Dördüncü tip sistemlərdə isə, yəni qlobulin (yaxud qlütelin – turş polişəkər – su sistemində pH-ın İEN qiymətindən yuxarı həddində və yüksək ion gücündə onlar 2 maye fazasına ayrılırlar. Burada da hadisə polişəkərlərin molekullarının öz- özünə assosiasiya nəticəsində baş verir. Sonuncu isə homopolimer eyniadlı) bloklarının yükləri və miqdarından asılı olaraq baş verir. Yəni pH 3-dən aşağı və makromolekulların yükləri çox az olduqda bu polimerlərin çökməsinə gətirib çıxarır. Bütün bunlar nəzərə alınaraq, yeni formalı qida məhsulları yaradılmasında ikifazalı sistemlərin, zülal-polişəkər-su sistemlərinin reoloji xassələri və quruluşunun öyrənilməsi vacibliyi meydana çıxır. Çünki süni qida məhsulları üçün maye sistemlərin həm özlü (həlməşik) halında, həm də emulsiya halında olması vacibdir. Bunların davamlılığının öyrənilməsi isə dispers və dispersion fazaların fiziki-mexaniki (reoloji) xassələri, deformasiya sürətinin, özlülüyün bu sistemlərdə təyin olunması nəticəsində həyata keçirilir.
|