Казеин - Casein

Казеин ( / к с я п / KAY -см-н , от латинского Caseus "сыра") представляет собой семейство родственных фосфопротеинам (αS1, αS2, β, κ). Эти белки обычно содержатся в молоке млекопитающих , составляя около 80% белков коровьего молока и от 20% до 60% белков грудного молока . В молоке овец и буйволов содержится более высокое содержание казеина, чем в других типах молока, при этом грудное молоко имеет особенно низкое содержание казеина.

Казеин находит широкое применение: от основного компонента сыра до пищевой добавки. Самая распространенная форма казеина - казеинат натрия . В молоке казеин подвергается фазовому разделению с образованием коллоидных мицелл казеина , типа секретируемого биомолекулярного конденсата .

Мицеллярный казеин

В качестве источника пищи казеин содержит аминокислоты , углеводы и два основных элемента: кальций и фосфор .

Состав

Казеин содержит большое количество аминокислот пролина , которые препятствуют образованию общих вторичных структурных мотивов белков. Также отсутствуют дисульфидные мостики . В результате он имеет относительно небольшую третичную структуру . Он относительно гидрофобен , поэтому плохо растворяется в воде . Он содержится в молоке в виде суспензии частиц, называемых мицеллами казеина , которые имеют лишь ограниченное сходство с мицеллами поверхностно-активного вещества в том смысле, что гидрофильные части находятся на поверхности и имеют сферическую форму. Однако, в отличие от мицелл поверхностно-активного вещества, мицелла казеина изнутри сильно гидратирована. Казеины в мицеллах удерживаются вместе ионами кальция и гидрофобными взаимодействиями. Любая из нескольких молекулярных моделей может объяснить особую конформацию казеина в мицеллах. Один из них предполагает, что мицеллярное ядро ​​образовано несколькими субмицеллами, периферия которых состоит из микроволн из κ-казеина. Другая модель предполагает, что ядро ​​образовано фибриллами, соединенными между собой казеином. Наконец, самая последняя модель предлагает двойную связь между казеинами, чтобы произошло гелеобразование. Все три модели рассматривают мицеллы как коллоидные частицы, образованные агрегатами казеина, заключенными в растворимые молекулы κ-казеина.

Изоэлектрической точкой казеина составляет 4,6. Поскольку pH молока составляет 6,6, казеин имеет в молоке отрицательный заряд. Очищенный белок не растворим в воде. В то время как это также не растворим в нейтральных растворах солей, она легко диспергируется в разбавленных щелочей и солевых растворов , таких как водный раствор оксалата натрия и ацетата натрия .

Фермент трипсин может гидролизовать в фосфатный отработанный пептон . Он используется для образования типа органического клея .

Использует

Покрасить

Приготовление казеина в старой травильной операции в Мюльхайме

Казеиновая краска - быстро сохнущая водорастворимая среда, которую используют художники. Казеиновая краска использовалась с древних египетских времен как форма темперной краски и широко использовалась коммерческими иллюстраторами в качестве предпочтительного материала до конца 1960-х годов, когда с появлением акриловой краски казеин стал менее популярным. Он по-прежнему широко используется художниками-сценографами, хотя акрил также широко используется в этой области.

Клей

Клеи на основе казеина, состоящие из казеина, воды, гашеной извести и гидроксида натрия, были популярны для деревообработки, в том числе для самолетов, еще на авиалайнере de Havilland Albatross в 1939 году. Казеиновый клей также используется в производстве трансформаторов (особенно трансформаторных плит). к его маслопроницаемости. Несмотря на то, что клеи на основе казеина в значительной степени заменены синтетическими смолами, они все еще используются в определенных нишах, таких как ламинирование огнестойких дверей и этикетирование бутылок. Elmer's Glue-All, Elmer's School Glue и многие другие клеи Borden изначально изготавливались из казеина. Многие думали, что так поступили, потому что он нетоксичен и смывается с одежды, но его использовала экономия продукта. К концу 20 века компания Borden заменила казеин во всех своих популярных адгезивах на синтетические материалы, такие как ПВА.

Еда

Некоторые продукты, сливки и начинки содержат различные казеинаты. Казеинат натрия действует как лучшая пищевая добавка для стабилизации обработанных пищевых продуктов, однако компании могут использовать казеинат кальция для увеличения содержания кальция и снижения уровня натрия в своих продуктах.

Присутствие и функции казеината в различных продуктах
Продукт Казеинат% Функция
Мясо 2–20 Текстура и питание
Сыр 3–28 Формирование матрицы, связывание жира и воды
Мороженое 1–7 Текстура и стабилизатор
Взбитые начинки 2–11 Стабилизация жира
Макаронные изделия 2–18 Текстура, питание и вкус
Выпечка 1–15 Связывание воды

Основное применение казеина в пищевых продуктах - это порошки, требующие быстрого диспергирования в воде, от кофейных сливок до быстрорастворимых крем-супов. В начале 1920-х годов Мид Джонсон представила продукт под названием Casec для облегчения желудочно-кишечных расстройств и проблем с пищеварением у младенцев, которые в то время были частой причиной смерти детей. Считается, что он нейтрализует капсаицин , активный (острый) ингредиент перца, перца халапеньо , хабанеро и других перцев чили .

Сыроделия

Сыроделия

Сыр состоит из белков и жира из молока , обычно молока коров , буйволов , коз или овец . Он возникает в результате коагуляции , вызванной дестабилизацией мицеллы казеина, которая запускает процессы фракционирования и селективного концентрирования. Обычно молоко подкисляют, а затем коагулируют путем добавления сычужного фермента , содержащего протеолитический фермент, известный как реннин ; традиционно получают из желудков телят , но в настоящее время чаще производят из генетически модифицированных микроорганизмов. Затем твердые частицы отделяются и прессуются до окончательной формы.

В отличие от многих белков казеин не коагулирует под действием тепла. В процессе свертывания крови протеазы свертывания молока действуют на растворимую часть казеинов , κ-казеин , вызывая , таким образом, нестабильное мицеллярное состояние, которое приводит к образованию сгустка. При коагуляции с химозином казеин иногда называют параказеином . Химозин (EC 3.4.23.4) представляет собой аспарагиновую протеазу, которая специфически гидролизует пептидную связь в Phe105-Met106 κ-казеина, и считается наиболее эффективной протеазой для сыродельной промышленности (Rao et al., 1998). Британская терминология, с другой стороны, использует термин казеиноген для некоагулированного белка и казеин для коагулированного белка . Как она существует в молоке, это соль из кальция .

Протеиновые добавки

Привлекательным свойством молекулы казеина является ее способность образовывать гель или сгусток в желудке, что делает ее очень эффективной в снабжении питательными веществами. Сгусток способен обеспечить продолжительное медленное высвобождение аминокислот в кровоток, иногда продолжающееся несколько часов. Часто казеин доступен в виде гидролизованного казеина , в результате чего он гидролизуется с помощью протеазы , таких как трипсин . Отмечено, что гидролизованные формы имеют горький вкус, и младенцы и лабораторные животные часто отказываются от таких добавок в пользу интактного казеина.

Пластмассы и волокна

Пуговицы из белого галалита RAAF до 1953 г.

Некоторые из самых ранних пластмасс были основаны на казеине. В частности, галалит был известен тем, что его использовали в пуговицах . Волокно можно производить из экструдированного казеина. Ланитал , ткань из казеинового волокна (известная как аралак в Соединенных Штатах), была особенно популярна в Италии в 1930-х годах. Последние инновации, такие как QMILK , предлагают более изысканное использование волокна для современных тканей.

Медицинское и стоматологическое использование

Производные казеина используются в продуктах для реминерализации зубов для стабилизации аморфного фосфата кальция (ACP) и высвобождения ACP на поверхности зубов, где он может способствовать реминерализации.

Диеты, исключающие казеин и глютен , иногда используются в альтернативной медицине для детей с аутизмом . По состоянию на 2015 год доказательства того, что такие диеты оказывают какое-либо влияние на поведение, когнитивные и социальные функции у аутичных детей, были ограниченными и слабыми.

Нанотехнологическое использование

Белки казеина имеют потенциал для использования в качестве наноматериалов из-за их легкодоступного источника (молока) и их склонности к самоорганизации в амилоидные фибриллы.

Возможные проблемы со здоровьем и побочные эффекты

Бета-казеины A1 / A2 в молоке

Бета-казеин А1 и А2 представляют собой генетические варианты молочного белка бета-казеина, которые отличаются одной аминокислотой ; пролин происходит в положении 67 в цепи аминокислот , которые составляют A2 бета-казеина, в то время как в A1 бета-казеина гистидин происходит в этой позиции. Из - за способа , что бета-казеина взаимодействует с ферментами , найденными в пищеварительной системе, A1 и A2 обрабатываются по- разному пищеварительных ферментов , а также семь-амино пептид , бета- казоморфин -7, (БЦМ-7) может быть освобожден путем расщепления A1-бета-казеина.

Бета-казеин типа A1 является наиболее распространенным типом коровьего молока в Европе (за исключением Франции), США, Австралии и Новой Зеландии.

Интерес к различию между белками бета-казеина A1 и A2 возник в начале 1990-х годов благодаря эпидемиологическим исследованиям и исследованиям на животных, первоначально проведенным учеными из Новой Зеландии, которые обнаружили корреляцию между преобладанием в молоке белков бета-казеина A1 и различными хроническими заболеваниями. Исследование вызвало интерес в средствах массовой информации, среди некоторых представителей научного сообщества и предпринимателей. Компания A2 Corporation была основана в Новой Зеландии в начале 2000-х годов с целью коммерциализации теста и продвижения «A2 Milk» как более полезного для здоровья молока из-за отсутствия пептидов из A1. A2 Milk даже подала прошение в регулирующий орган по пищевым стандартам Австралии и Новой Зеландии с требованием сделать предупреждение о вреде для здоровья на обычном молоке.

В ответ на общественный интерес, маркетинг молока А2 и опубликованные научные данные Европейское агентство по безопасности пищевых продуктов (EFSA) провело обзор научной литературы и опубликовало обзор в 2009 году, который не обнаружил никакой связи между хроническими заболеваниями и употреблением молока Белок A1. В независимом обзоре, опубликованном в 2005 году, также не было обнаружено заметной разницы между употреблением молока A1 и A2 по риску заражения хроническими заболеваниями.

Аллергия на казеин

У небольшой части населения есть аллергия на казеин. Непереносимость казеина , также известная как «непереносимость молочного белка», возникает, когда организм не может расщеплять белки казеина. Распространенность аллергии или непереносимости казеина у детей младшего возраста колеблется от 0,25 до 4,9%. Цифры для детей старшего возраста и взрослых неизвестны. Значительная часть людей с аутизмом в зрелом возрасте страдает непереносимостью или аллергией на казеиновый белок. Это может быть использовано клиницистами и диетологами для выявления аутизма у тех, у кого нет традиционных аутистических черт . Диеты известные как безказеиновый, глютен (CFGF) обычно практикуются этими лицами после обнаружения их непереносимости или аллергии.

Было показано, что казеин, подвергнутый термообработке, более аллергенен и труднее переваривается при кормлении младенцами. Детские смеси с минимальной обработкой могут использоваться вместо традиционных смесей, а также альтернативных смесей, если грудное вскармливание недоступно. Грудное молоко, как правило, не вызывает аллергической реакции, но его следует вводить младенцу с осторожностью каждый раз в случае нежелательной реакции от чего-то, что потребляло кормящий родитель, содержащее казеин. Было показано, что соблюдение диеты без казеина улучшает результаты у младенцев, находящихся на грудном вскармливании с аллергией или непереносимостью молочного белка. Было доказано, что грудное молоко является лучшей пищей для грудного ребенка, и его следует сначала попробовать, если возможно.

Было показано, что добавление фермента протеазы помогает людям с непереносимостью казеина переваривать белок с минимальной побочной реакцией.

Смотрите также

использованная литература

дальнейшее чтение

внешние ссылки