An'anaviy HLB afsonasini buzish: molekulyar sterik to'siqlar va zaryad xususiyatlari nuqtai nazaridan SSL, CSL va DATEM o'rtasidagi interfeyslararo adsorbsiya farqlari

Pishirish fanlari va oziq-ovqat emulsifikatorlarini qo'llash sohasida HLB qiymati uzoq vaqt davomida emulsifikator skriningi uchun "oltin o'lchagich" sifatida qabul qilingan. Biroq, xamir tizimlarida anion emulsifikatorlarning interfaol xatti-harakatlariga e'tibor qaratilayotganda, HLB qiymatining tushuntirish kuchi aniq etarli emas. Natriy stearoil laktilat (SSL, HLB 8.3), kaltsiy stearoil laktilat (CSL, HLB 5.1) va mono{4}} va diglitseridlarning diatsetil tartarik kislota efirlari (DATEM, HLB 8.0–9.2) HLBda sezilarli farqlarni koʻrsatadi, {7} ikkinchisining quvvati avvalgi ikkitasidan ancha yuqori. Ushbu "HLB etishmovchiligi" hodisasi ortida ko'proq fundamental molekulyar mexanizmlar yotadi. Ushbu maqola ikkita tez-tez e'tibordan chetda qoladigan o'lchovlardan: molekulyar sterik to'siq va zaryad xususiyatlaridan glyuten oqsili interfeysida ushbu uchta emulsifikatorning interfaal adsorbsiya farqlarini muntazam ravishda tahlil qiladi. Tadqiqot shuni ko'rsatdiki, SSL va CSL kleykovina oqsillarining asosiy aminokislota qoldiqlariga ularning anion bosh guruhlari orqali elektrostatik adsorbsiya orqali bog'lanib, "moslashuvchan quyruq ankraj + elektrostatik adsorbsiya" ning molekulyar konfiguratsiyasini hosil qiladi. Bundan farqli o'laroq, DATEM diatsetil tartarik kislota guruhi nafaqat ko'p tishli vodorodni-birlashtiruvchi o'zaro bog'lanish qobiliyatini ta'minlabgina qolmay, balki o'zining sezilarli sterik to'siqlari tufayli interfeysda "xanjar shaklidagi itarilish effektini" ham hosil qiladi, bu esa kleykovina oqsillarini ko'proq gidroksik bog'lanish joylarini ochishga va ochishga majbur qiladi. Bu orqali DATEM ion boʻlmagan oʻzaro taʼsirlar orqali anion emulsifikatorlardan yuqori boʻlgan kleykovina{18}}qayta tuzilish qobiliyatiga erishadi. Ushbu topilma nafaqat "HLB qiymati emulsifikatorning funksionalligini aniqlaydi" degan an'anaviy afsonani yo'q qiladi, balki pishirish emulsifikatorlarini oqilona skrining va molekulyar dizayni uchun yangi interfasial kimyo istiqbolini ham beradi.

1949 yilda Griffin tomonidan kiritilganidan beri Gidrofil{1}}Lipofil muvozanat (HLB) qiymati oziq-ovqat sanoatida emulsifikator skriningi uchun eng universal qo'llaniladigan empirik qoida bo'lib kelgan. Uning nazariy asosiga koʻra, HLB qiymati taxminan 3–6 boʻlgan emulsifikatorlar{5}}yogʻ (S/O) emulsiyalaridagi suvni barqarorlashtirish uchun, HLB qiymati esa taxminan 8–18 boʻlganlar-suvdagi (O/W){10}}emulsiyalar uchun mos keladi. Ushbu oddiy va intuitiv tasniflash usuli so'nggi yetmish yil ichida son-sanoqsiz oziq-ovqat formulalarini ishlab chiqishga yordam berdi.

Biroq, e'tiborimizni emulsiya tizimlaridan-unga asoslangan mahsulot tizimlariga-aytganimizda, ayniqsa, bug'doy xamiridagi emulsifikatorlarning-interfasial harakati HLB nazariyasining cheklovlari paydo bo'la boshlaydi. Bug'doy xamiri oddiy O/W yoki W/O emulsiyasi emas, balki uch o'lchovli kleykovina oqsil tarmog'i, kraxmal granulalari, lipidlar va suvdan tashkil topgan murakkab viskoelastik yarim-qattiq tizimdir. Bu tizimda emulsifikatorlarning asosiy vazifasi neft{7}}suv interfeyslarini barqarorlashtirish emas, balki kleykovina oqsillari bilan maxsus molekulyar ta'sir o'tkazish va shu bilan xamirning reologik xususiyatlarini modulyatsiya qilishdir.

SSL, CSL va DATEM pishirish sanoatida xamirni mustahkamlovchi emulsifikatorlarning-eng keng qoʻllaniladigan uchta toifasidir. SSL va CSL ikkalasi ham anion stearoil laktilat oilasiga tegishli bo'lib, hidrofilik bosh guruhi karboksilat guruhida tugaydigan laktat zanjiridan va C18 stearik kislota zanjirining hidrofobik dumidan iborat. Boshqa tomondan, DATEM ion bo'lmagan organik kislota monogliseridlari toifasiga kiradi, u monogliserid magistraliga ester bog'lari orqali biriktirilgan katta hajmli diatsetil tartarik kislota guruhiga ega. Barcha uchta emulsifikatorning asosiy funksionalligi glyutenni kuchaytirishga qaratilgan, ammo ularning samaradorligi DATEM > SSL > CSL ning aniq gradientidan keyin kuzatiladi.

Aynan shu erda HLB nazariyasi ichki izchillikni saqlab qolish uchun kurashadi. SSL ning HLB qiymati 8,3, CSL 5,1 va DATEM qiymati taxminan 8,0-9,2. HLB mantig'iga ko'ra, o'xshash HLB qiymatlariga ega bo'lgan SSL va DATEM, taqqoslanadigan xamir xatti-harakatlarini ko'rsatishi kerak. Biroq, aslida, DATEM kleykovina mustahkamlash va non hajmini oshirish bo'yicha SSLdan ancha ustundir. Bundan ham hayratlanarlisi shundaki, SSL va CSL{7}}ikkalasi ham stearoil laktilatlar faqat qarshi ionlari (natriy va kaltsiy)-bir-biridan farq qiladigan HLB qiymatini ko'rsatadi, u 8,3 dan 5,1 gacha keskin pasayib, mos ravishda funktsional quvvatning pasayishi bilan birga keladi.

Ushbu "anomal" hodisalar xamir tizimlarida emulsifikatorlarning samaradorligi, hech bo'lmaganda, klassik HLB shkalasi bo'yicha tavsiflangan gidrofil{0}}lipofil muvozanat bilan emas, balki chuqurroq molekulyar o'zaro harakat-va, xususan, molekulyar zaryadning sterik xususiyatlari bilan boshqarilishini aniq ko'rsatadi. Shunga qaramay, bugungi kungacha ushbu uchta emulsifikatorning adsorbsion konfiguratsiyalari, elektrostatik o'zaro ta'sirlari va sterik repulsiya ta'sirining tizimli qiyosiy tahlili mavjud emas.

Ushbu maqola emulsifikatorlar sifatida SSL, CSL va DATEM dan foydalangan holda molekulyar darajadagi tushunish tizimini qayta qurish, "HLB etishmovchiligi" ortidagi haqiqiy fizik-kimyoviy mantiqni uch o'lchovli molekulyar sterik to'siqlar, zaryad xususiyatlari va emulsiyalarning interfeysi konfiguratsiyasidan{0}}ochib berishga qaratilgan. pishirish sanoatida skrining va formulani optimallashtirish.

1 SSL ning molekulyar tuzilishi

Natriy stearoil laktilat (SSL) anion emulsifikator bo'lib, stearin kislotasi va sut kislotasining esterifikatsiyasi, so'ngra natriy gidroksidi bilan neytrallash natijasida hosil bo'ladi. Uning HLB qiymati taxminan 8,3 ni tashkil qiladi. Molekulyar strukturasi klassik "bosh{2}}quyruq" amfifil konfiguratsiyasini namoyish etadi: hidrofobik dum C18 to'yingan stearin kislota zanjiri bo'lib, oqsillarning hidrofobik hududlariga yaqinlikni ta'minlaydi va gidrofil bosh guruhi laktat takroriy birligidir (polimerlanish darajasi taxminan 2 sodium kartil bilan yakunlanadi). (–COO⁻Na⁺), bu anion xarakterini beradi. SSL ning molekulyar og'irligi taxminan 400-500 Da ni tashkil qiladi va molekula umumiy chiziqli konfiguratsiyani qabul qiladi. SSL issiq suvda tarqatilishi va issiq yog'lar va yog'larda eritilishi mumkin, u ko'p maqsadli emulsifikator, stabilizator va un konditsioneri sifatida xizmat qiladi.

2 CSL ning molekulyar tuzilishi

Kaltsiy stearoil laktilatning (CSL) molekulyar skeleti SSL-nikiga deyarli oʻxshaydi, gidrofob dumi stearin kislotasi, gidrofil bosh guruhi esa karboksilat tuzi bilan tugaydigan laktat zanjiridir. Yagona farq qarshi ionda yotadi: SSL uchun neytrallashtiruvchi asos NaOH (natriy ioni), CSL uchun esa Ca(OH)₂ (kaltsiy ioni) dir. Ushbu "ion almashinuvi" ikkita muhim oqibatni keltirib chiqaradi: birinchidan, Ca²⁺ ikki laktat zanjiri molekulalarini o'zaro bog'lash qobiliyatiga ega bo'lgan ikki valentli ion bo'lib, CSL molekulyar og'irligini SSLdan taxminan ikki baravar oshiradi; ikkinchidan, CSL ning HLB qiymati keskin ravishda 5,1 ga tushadi, bu SSL qiymatining atigi 60% ni tashkil qiladi. Bu shuni anglatadiki, faqat qarama-qarshi ionni o'zgartirish emulsifikatorni O/W hududidan W/O hududiga "tortib qo'yishi" mumkin. CSL havoda barqaror va lipofil emulsifikator sifatida tasniflanadi; birdan uchtagacha laktil guruhi bo'lgan mahsulotlar pishirilgan mahsulotlarda samarali bo'ladi, o'rtacha ikkita laktil guruhiga ega bo'lganlar eng mos keladi.

3 DATEM ning molekulyar tuzilishi

Mono- va diglitseridlarning diatsetil tartarik kislota efirlari (DATEM) mono{1}} va diglitseridlarni (E471) diatsetil tartarik angidrid bilan esterifikatsiya qilish natijasida hosil boʻlgan anion emulsifikatorlar boʻlib, HLB qiymati taxminan 8.0–9.2. Molekulyar struktura uch qismdan iborat: bir yoki ikkita yog 'kislotasi hidrofobik quyruq zanjirlariga (odatda C16-C18 stearik yoki palmitik kislota) biriktirilgan glitserin magistral va katta hajmli diatsetil tartarik kislota gidrofil bosh guruhi. Ushbu gidrofil bosh guruhi DATEM ni boshqa emulsifikatorlardan ajratib turadigan asosiy tuzilmaviy xususiyatdir-u ikki asetil guruhini (–OCOCH₃), ikkita ester guruhini (–COO–), bir yoki bir nechta erkin karboksil guruhini (–COOH) va bir nechta karbonil guruhlarini (C=O) o'z ichiga oladi. Misol tariqasida 1-stearil-3-diatsetil tartarik kislota glitserini olsak, uning molekulyar formulasi C₂₉H₅₀O₁₁, nisbiy molekulyar og'irligi 574,71. DATEM 3–9 pH oralig'ida barqaror va 200 darajadan yuqori pishirish haroratiga bardosh bera oladi. DATEM tez va to'liq gidratlangan kleykovina iplari bilan birlashishi mumkin, bu esa kleykovina tarmog'ini kuchliroq, kengaytiriladigan va elastikroq qiladi va shu bilan gazni yaxshi ushlab turishga hissa qo'shadi.

4 HLB qiymatini taqqoslash

Jadvaldan ko'rinib turibdiki, SSL va DATEM ning HLB qiymatlari deyarli to'liq mos keladi, CSL esa ancha past. Agar HLB qiymati kleykovina{1}}mustahkamlash qobiliyatini belgilovchi omil bo'lsa, SSL va DATEM taqqoslanadigan samaradorlikka ega bo'lishi kerak va ikkalasi ham CSLdan sezilarli darajada ustun bo'lishi kerak. Biroq, keng pishirish amaliyoti shuni ko'rsatadiki, DATEM kleykovina mustahkamlash va non hajmini oshirish bo'yicha uchta emulsifikatorning eng kuchlisi bo'lib, u HLB qiymatiga o'xshash bo'lgan SSL dan ancha yuqori. Shubhasiz, HLB-ayniqsa, sterik to'siq va zaryad xususiyatlaridan tashqari molekulyar strukturaviy omillar-fazalararo adsorbsiya harakatida muhimroq rol o'ynaydi.

1 Sterik to'siqning fizik-kimyoviy tabiati

Sterik to'siq effekti klassik HLB nazariyasidan ustun bo'lgan interfaal adsorbsiya xatti-harakatlarida mustaqil tartibga soluvchi rol o'ynaydi. Kleykovina oqsillarining hidrofobik interfeysida sterik to'siq emulsifikator molekulasi oqsilning ma'lum bir hududiga muvaffaqiyatli "interkalatsiya" qila oladimi yoki tashqi tomondan "qaytarilishi" ni aniqlaydi. Umuman olganda, emulsifikatorlar interfasial to'siqlarni hosil qilish orqali emulsiyalarni barqarorlashtirishi va mexanizmlar elektrostatik repulsiya, "bog'langan" suv qatlamini yaratish va sterik to'siqni o'z ichiga oladi.

2 SSL va CSL ning chiziqli konfiguratsiyasi

SSL ham, CSL ham chiziqli molekulyar konfiguratsiyaga ega. SSL molekulasining asosiy tanasi qisqa laktat zanjiriga (taxminan 0,5–0,8 nm) bog'langan, karboksilat bosh guruhining o'lchami taxminan 0,3 nm bo'lgan to'g'ri zanjirli stearin kislotadan (cho'zilgan uzunligi taxminan 2,4 nm) iborat. Ushbu nozik, chiziqli struktura SSL molekulalarining interfeysda minimal lateral bo'shliqni egallashiga olib keladi va molekulalarning oqsil yuzasiga yaqinroq joylashishiga imkon beradi.

CSL ning asosiy molekulyar skeleti SSL bilan bir xil, biroq Ca²⁺ ikkita laktat zanjiri molekulasini oʻzaro bogʻlaydi va “ikkita dumli” tuzilmani-bir kaltsiy-koʻprikli bosh guruhini birlashtiradigan ikkita stearin kislota zanjirini hosil qiladi. Hali ham chiziqli deb tasniflanishi mumkin bo'lsa-da, CSL ning molekulyar kesma- maydoni SSLdan taxminan ikki baravar ko'p.

3 DATEM ning "Tanoz{1}}shaklidagi" katta hajmli bosh guruhi

DATEM ning diatsetil tartarik kislota bosh guruhi aniq sterik to'siq ta'sirini ko'rsatadi. Diasetil tartarik kislota qismi bir nechta atsetil, ester va karboksil guruhlarini o'z ichiga oladi, ular birgalikda kosmosda SSL yoki CSL karboksilat bosh guruhlari hajmidan ancha ko'p hajmni egallaydi. Tadqiqotlar shuni ko'rsatdiki, DATEM molekulasidagi diatsetil guruhlari sterik to'siq orqali emulsiya tomchilarining agregatsiyasini oldini oladi.

Kleykovina oqsillari yuzasida DATEM ning katta hajmli bosh guruhi interfeysga passiv moslashmaydi, lekin interfatik tuzilishga faol ta'sir qiladi. Uning sterik to'siqlari interfeysda "xanjar{1}}simon" itarish effektini hosil qiladi. DATEM ning hidrofobik quyruq zanjiri oqsilning hidrofobik hududiga qo'shilganda, katta hajmli diatsetil tartarik kislota bosh guruhi bevosita oqsil yuzasidan chiqariladi, ammo uning katta hajmi tufayli u SSL usulida oqsil yuzasiga mahkam moslasha olmaydi. Ushbu "xanjar shaklidagi itarilish" qo'shni oqsil zanjirlariga lateral ta'sir ko'rsatadi va mahalliy oqsil zanjirlarini ochishga majbur qiladi va ko'proq yashirin hidrofobik o'zaro bog'lanish joylarini ochib beradi. Ushbu mexanizm tizimli ravishda DATEM ning kleykovina tarmog'ini yaxshilash rejimi boshqa ikkita emulsifikatordan tubdan farq qilishini aniqlaydi.

1 Kleykovina oqsillarining zaryad taqsimoti va izoelektrik nuqtasi

Kleykovina oqsillari asosan glutenin va gliadindan iborat. Glutenin yuqori{1}}molekulyar{2}}ogʻirlikdagi polipeptid zanjiri boʻlib, glutamin (taxminan 35%) va prolinga boy boʻlib, asosiy aminokislotalarning (lizin, arginin, gistidin) past, ammo juda muhim taqsimlangan tarkibiga ega. Gliadin bitta zanjirli, past{6}}molekulyar-og'irlikdagi oqsil, shuningdek, glutamin va prolinga boy. Umuman olganda, kleykovina oqsillari ozgina kislotalilik tendentsiyasi bilan elektr neytraldir va ularning izoelektrik nuqtasi taxminan pH 5-6 ni tashkil qiladi.

Xamir tizimlarida (pH taxminan 5,5-6,2) kleykovina oqsillari o'zlarining izoelektrik nuqtasi yaqinida joylashgan bo'lib, aniq zaryad nolga yaqin. Shunga qaramay, mahalliy asosiy aminokislota qoldiqlari-ayniqsa, lizinning e-aminokislotalari-bu pHda musbat zaryadni saqlaydi va anion emulsifikatorlarning elektrostatik biriktirilishi uchun "issiq nuqta" bo'lib xizmat qiladi.

2 SSL va CSL ning anion ankraj mexanizmi

Anion emulsifikatorlar sifatida SSL va CSL ning kleykovina oqsillari bilan o'zaro ta'siri asosan elektrostatik adsorbsiya orqali amalga oshiriladi. Ularning gidrofil guruhlari bug'doy kleykovinasida gliadin bilan bog'lanadi, hidrofobik guruhlari esa glyutenin bilan bog'lanib, kleykovina{1}}protein komplekslarini hosil qiladi, bu esa kleykovina tarmog'ini yanada toza va elastik qiladi. CSL/SSL ning anion tuzilishi ularni turli komponentlar yuzalarida osongina to‘planib, adsorbsiyadan o‘tishga imkon beradi, yuzalar va interfeyslarda yo‘nalish bo‘yicha hizalanadi va shu bilan sirt va oraliq kuchlanishni kamaytiradi.

SSL ning karboksilat guruhi (–COO⁻) va lizin qoldiqlarining e-amino guruhi (–NH₃⁺) o'rtasidagi elektrostatik tortishish taxminan 10–20 kJ/mol (o'rtacha ion kuchiga ega eritmalarda) ni tashkil qiladi, bu qattiq bir nuqtani bog'lash uchun etarli. CSLda kaltsiy ionlari ko'prigi har bir CSL molekulasiga ikkita karboksilat guruhini olib o'tishga imkon beradi, bu esa nazariy jihatdan "bidentat elektrostatik ankraj" ni ta'minlaydi, ammo bu bir vaqtning o'zida ikkita kamchilikni keltirib chiqaradi: birinchidan, Ca²⁺ endogen xelatlashtiruvchi moddalar bilan raqobatlasha oladi, masalan, flour, rexodu konsentratsiyasi; ikkinchidan, ikki valentli ion oqsil yuzasida lokalizatsiyalangan zaryad skriningini ishlab chiqaradi va aniq elektrostatik tortishishni kamaytiradi.

SSL va CSL o'rtasidagi 3 ta asosiy farq

Xamir tizimlarida SSL va CSL farqlangan funktsional xatti-harakatlarni namoyish etadi. SSL ning natriy tuzi shakli suvda yaxshi eruvchanlikka ega va turli oziq-ovqat tizimlarida kengroq qo'llanilishini namoyish etadi. CSL, tarkibida kaltsiy ionlari mavjudligi tufayli xamirturush faolligini minimal darajada inhibe qiladi, yumshoq va sof ta'mga ega va past{2}}shakar yoki shakarsiz- nonlarga mos keladi, SSL esa, lazzat tashuvchisi sifatida shakar bo'lmasa, sezilarli yog'li yoki achchiq ta'mga moyil bo'ladi.

Bu farqni CSL ning molekulyar hajmi SSL dan taxminan ikki baravar ko'p bo'lishi bilan bog'liq bo'lishi mumkin, buning natijasida oqsil interfeysida diffuziya tezligi sekinlashadi va kraxmal granulalari yuzasida raqobatbardosh adsorbsiyaning kamchiliklari mavjud. Kichikroq molekulyar og'irligi va kuchliroq suvda eruvchanligi bilan SSL xamirni aralashtirishning qisqa vaqt oralig'ida etarli darajada interfaol ankrajni amalga oshirishga qodir va shu tariqa umumiy kleykovina{1}} mustahkamlash samaradorligi bo'yicha CSL dan oshib ketadi.

1 SSL va CSL ning elektrostatik ankraj adsorbsiyasi

Kleykovina oqsili interfeysida SSL va CSL ning adsorbsiyasi klassik elektrostatik ankraj-hidrofobik sinergiya modeliga amal qiladi. Molekula birinchi navbatda stearin kislotasi quyruq zanjirining hidrofobik o'zaro ta'siri orqali oqsilning hidrofobik mintaqasi bilan aloqa qiladi, shundan so'ng laktat zanjiri karboksilat lizin qoldiqlari bilan elektrostatik ankraj hosil qiladi. Adsorbsiyadan so'ng, emulsifikator molekulalari oqsil yuzasiga deyarli perpendikulyar bo'lgan "tik" konfiguratsiyada, stearik kislota zanjirlari oqsil yuzasiga mahkam mos tushadi. Kleykovina va kraxmal o'rtasida SSL va CSL silliq plyonkaga o'xshash qatlam tuzilishini hosil qilishi mumkin{3}}bu xamirning yopishqoqligini pasaytiradi, kleykovina oqsil tarmog'ining kengayishini oshiradi va mahsulotni yumshoqroq va oson shakllantiradi.

Kichik molekulyar og‘irligi va ixcham chiziqli konfiguratsiyasi tufayli SSL oqsil yuzasida yuqori-zichlikdagi adsorbsiyaga erisha oladi. CSL, molekulyar og'irlikning ikki baravar oshishi va kaltsiyning o'zaro bog'lanishi natijasida yuzaga keladigan sterik to'siqning kuchayishi tufayli, SSLga qaraganda sezilarli darajada past adsorbsiya zichligini namoyish etadi, bu SSLga nisbatan past kleykovina{2}}kuchlanish qobiliyatini bevosita hisoblaydi.

DATEM ning -Ion boʻlmagan koʻp-Dentat muvofiqlashtiruvchi adsorbsiyasi

DATEM ning interfaol harakati stearoil laktilatlardan tubdan farq qiladi. Anion sirt faol moddalar (SSL/CSL) oqsillar bilan oʻzaro bogʻlanish adsorbsiyasi orqali, ion boʻlmagan sirt faol moddalar (DATEM) esa vodorod bogʻlanish orqali oqsillar bilan bogʻlanadi.

DATEM kleykovina oqsillarining amid guruhlari bilan vodorod ko'priklarini hosil qilish qobiliyatini namoyish etadi, uning hidrofobik qismi oqsillarning qutbsiz yon zanjirlari bilan kuchli tarmoq hosil qiladi. Ko'p sonli diatsetil va tartarik kislota guruhlarini o'z ichiga olgan DATEM molekulasi ko'p{2}}tishli vodorod-bog'lovchi ligand rolini o'ynashi va bir vaqtning o'zida oqsilning bir nechta joylari bilan vodorod bog'lanish tarmog'ini hosil qilishi mumkin. Ushbu ko'p nuqtali sinergik ta'sir bitta DATEM molekulasini oqsil bilan bog'lanish kuchiga ega bo'lib, u bitta ion juftidan ancha yuqori bo'ladi.

DATEM ning yana bir muhim vazifasi oqsil molekulyar zanjirlarining ochilishi va o'zaro bog'lanishini rag'batlantirishdir. DATEM kleykovinaning hidrofobik qismlari bilan oʻzaro taʼsirlashib, uning oqsillarini ochish va oʻzaro{1}}bogʻlangan tuzilmalarni shakllantirishga yordam beradi. Xamirni aralashtirish jarayonida DATEM molekulalari gidratlangan kleykovina iplariga tez kirib boradi va ularning katta bosh guruhlarining sterik to'siq ta'siri orqali "molekulyar takozlar" kabi harakat qilib, mahkam o'ralgan oqsil zanjirlarini ajratib, ichki hidrofobik guruhlar va sistein qoldiqlarini ochib beradi. Ushbu "ochilish-qayta{4}}o'zaro bog'lanish" jarayoni etarli darajada sterik to'siqlarga ega bo'lmagan SSL va CSL-ni ishga tushira olmaydi.

3 Adsorbsiyalangan qatlam strukturasining kleykovina tarmog'iga differentsial ta'siri

Uchta emulsifikatorning adsorbsiyasidan keyin hosil bo'lgan kleykovina tarmoq tuzilmalari sezilarli darajada farqlanadi. Yuqori darajadagi SSL (1,0%) yanada tartibsiz va ochiq kleykovina matritsasiga olib keladi, DATEM esa laminar va bir hil kleykovina tarmog'ini ishlab chiqaradi. Bu molekulyar darajadagi ularning tegishli ta'sir qilish usullariga juda mos keladi: SSL, anion bosh guruhining elektrostatik biriktirilishi orqali "bir{3}} nuqtali" adsorbsiyani hosil qiladi, molekulalar oqsil yuzasida zich joylashgan bo'lib, kleykovina oqsillari orasidagi ishqalanishni kamaytiradigan silliq moylash qatlami hosil qiladi; DATEM o'zining katta hajmli bosh guruhining sterik to'siqlari orqali oqsil zanjirlarini ochishga majbur qiladi va oqsil zanjirlari o'rtasida yangi molekulalararo o'zaro bog'lanishlarning paydo bo'lishiga yordam beradi, natijada zich, tartibli uch o'lchovli-tarmoqni yaratadi.

Makroskopik darajada DATEM eng samarali xamir konditsioneri bo'lib, gazni maksimal darajada ushlab turish va non hajmi uchun kleykovina tarmog'ini mustahkamlashga bag'ishlangan; SSL o'zida kleykovina mustahkamlash va kraxmalning eskirishiga qarshi funksiyalarni o'zida mujassam etgan bo'lib, yaxshi hajmni ta'minlab,-uzoq muddatli yumshoqlik va yangilikni saqlashga erishadi; CSL past -harorat, uzoq{3}} fermentatsiyani talab qiluvchi muzlatilgan xamir kabi maxsus ilovalar uchun ko'proq mos keladi.

1 Klassik HLB nazariyasining qo'llanilishi chegarasi

SSL va DATEM (8,0–9,2 va . 8.3) HLB qiymatlarining-to'liq o'xshashligi o'z-o'zidan HLB qiymati ularning kleykovina-mustahkamlash qobiliyatidagi aniq farqni tushuntirib bera olmasligidan dalolat beradi. Bundan ham chuqurroq qarama-qarshilik shundaki, CSL (5.1) ning HLB qiymati SSL (8.3) ning atigi 60% ni tashkil qiladi, ammo ularning kleykovina{9}} mustahkamlash qobiliyatidagi farq bu nisbatda taxmin qilinganidan ancha kichikdir. Shubhasiz, HLB nazariyasi oqsil emulsifikatorlari interfeysi tizimlarida uning tushuntirish kuchi chegarasiga duch keladi{11}}.

2 Uch oʻlchovli{1}}interfeza adsorbsiyasini baholash modelining qurilishi

Yuqoridagi tahlilga asoslanib, ushbu maqola glyuten oqsili interfeysidagi emulsifikatorlarning harakatini yanada kengroq tavsiflash va bashorat qilish uchun molekulyar sterik to'siq, zaryad xarakteristikalari va fazalararo adsorbsiya konfiguratsiyasini o'z ichiga olgan uch o'lchovli fazalararo adsorbsiyani baholash modelini taklif qiladi.

I o'lchov: Molekulyar sterik to'siq.Sterik to'siq molekula oqsilning ma'lum bir hududiga "interkalatsiyalanishi" mumkinligini aniqlaydigan asosiy geometrik parametrdir. SSL va CSL ning past sterik to'siqlari ularni oqsil yuzasida yuqori zichlikda to'plash imkonini beradi, silliq soqol qatlamini hosil qiladi; DATEM ning yuqori sterik to'siqlari uning "molekulyar xanjar" sifatida harakat qilishiga olib keladi, oqsil tuzilishini ochadi va o'zaro bog'lanish joylarini ochadi.

II o'lchov: Zaryad xususiyatlari.Zaryad xususiyatlari oqsil bilan molekulyar bog'lanish rejimi va kuchini aniqlaydi. SSL va CSL anion karboksilat guruhlari va asosiy aminokislota qoldiqlari o'rtasidagi elektrostatik tortishish orqali ankrajga erishadi, bu bitta nuqta yoki ikki-nuqtani tashkil qiladi; DATEM koʻp{3}}tishli vodorod-bogʻlanish koordinatsiyasi orqali oqsil bilan koʻp nuqtali sinergik oʻzaro taʼsirlarni hosil qiladi va u hech qanday aniq zaryadga ega boʻlmasa-da, uning umumiy bogʻlanish kuchi aslida avvalgi ikkitasinikidan oshib ketadi.

III o'lchov: Interfaal adsorbsiya konfiguratsiyasi.Interfasial adsorbsion konfiguratsiya molekulyar geometrik tuzilmani va kimyoviy bog'lanish rejimini birlashtiradi, adsorbsiyalangan qatlamning mikro tuzilishini va natijada paydo bo'ladigan makroskopik reologik ta'sirlarni aniqlaydi. SSL kleykovina oqsillari orasidagi ishqalanishni kamaytiradigan "moslashuvchan dumli ankraj + elektrostatik adsorbsiya" dan iborat yuqori{1}}zichlikdagi moylash qatlamini hosil qiladi; CSL "ikki tomonlama-dumli ankraj" bilan bo'shashgan qoplama qatlamini hosil qiladi; DATEM zich, tartibli tarmoq qatlamini "xanjar shaklidagi- ochiladigan + koʻp nuqtali vodorod-bogʻlovchi oʻzaro bogʻlash orqali hosil qiladi.

3 Non pishirish sanoati uchun oqibatlari

Pishirish sanoatida xamirni yaxshilashni tanlash uchun klassik HLB nazariyasi cheklovlaridan oshib ketishi va molekulyar sterik to'siq va zaryad xususiyatlariga asoslangan yangi baholash tizimini yaratish kerak.Maksimal non hajmiga intilayotganda, yuqori sterik to'siq va kuchli vodorod{0}}bog'lanishni muvofiqlashtirish qobiliyatiga ega (masalan, DATEM) emulsifikatorlarga ustunlik berish kerak, bunda kleykovina tarmog'ini mustahkamlash uchun ularning interfaal ochish va o'zaro bog'lanishni qayta qurish imkoniyatlaridan foydalanish kerak.Muvozanatli umumiy sifatga intilayotganda, DATEM/SSL kompozit tizimi-kleykovina tarmog'ini tizimli qo'llab-quvvatlash va hajmni maksimallashtirish uchun mas'ul bo'lgan DATEMning yuqori sterik to'siqlari va yumshoqlikni saqlash va kraxmalning raf umrini-uzayish uchun javob beradigan SSLning yuqori{1}}zichlikdagi moylashi bilan qabul qilinishi mumkin.Muzlatilgan xamir kabi maxsus jarayonlarni amalga oshirayotganda, CSL, uning kaltsiy ionining xamirturushga qulayligi va o'rtacha kleykovina{0}} mustahkamlovchi qobiliyatidan foydalangan holda ko'rib chiqilishi mumkin.

Ushbu tadqiqot molekulyar sterik to'siq va zaryad xususiyatlarining ikki o'lchovidan kleykovina oqsili interfeysida SSL, CSL va DATEM o'rtasidagi fazalararo adsorbsiya farqlarini va ularning klassik HLB nazariyasidan ustunligini muntazam ravishda ochib berdi. Asosiy xulosalar quyidagilardan iborat:

Birinchidan,sterik to'siq interfasial funksionallikning chuqurligini belgilaydi. SSL va CSL ning past sterik to'siqlari ularni oqsil yuzasida yuqori zichlikda to'plash imkonini beradi, soqol qatlamini hosil qiladi; DATEM ning yuqori sterik to'siqlari, aksincha, uning kleykovina oqsili tuzilishiga kirib borishiga va ochilishiga imkon beradi, bu esa chuqur{1}}darajadagi tarmoqni qayta qurishni boshlaydi.

Ikkinchidan,zaryad xususiyatlari ankraj rejimi va bog'lanish kuchini aniqlaydi. SSL va CSL interfaal adsorbsiyaga erishish uchun elektrostatik ankrajga tayanadi; DATEM koʻp-koʻp tishli vodorod-bogʻlanish koordinatsiyasi orqali oqsil bilan koʻp nuqtali sinergik oʻzaro taʼsirga erishadi.

Uchinchidan,Fazalararo adsorbsion konfiguratsiya xamirning makroskopik sifatini belgilovchi molekulyar asosdir.. SSL tomonidan hosil qilingan yuqori{1}}zichlikdagi moylash qatlami kleykovinaga egiluvchanlik va elastiklik beradi, DATEM tomonidan hosil qilingan takoz shaklidagi- ochiladigan oʻzaro bogʻlovchi qatlam esa yuqori-kuchli tarmoqni beradi. Ushbu konfiguratsion farqni tushunish maqsadli funksiyalarga ega kompozit{5}}emulsifikator tizimlarini molekulyar darajada loyihalash imkonini beradi.

Oldinga qarab, quyidagi yo'nalishlarga ko'proq e'tibor qaratish lozim: birinchidan, in situ va real vaqt sharoitlarida glyuten oqsili interfeysidagi uchta emulsifikatorning adsorbsion konfiguratsiyasi va qatlam strukturasi evolyutsiyasini tavsiflash uchun atom kuch mikroskopiyasi va neytron reflektometriyasidan foydalanib, uch-evaluatsiya modeli uchun bevosita eksperimental tasdiqlash; ikkinchidan, molekulyar mexanika nuqtai nazaridan sterik to'siq energiyasi va elektrostatik bog'lanish energiyasining tegishli hissa og'irliklarini miqdoriy aniqlash uchun emulsifikator-kleykovina oqsili interfeyslarini o'rganishga molekulyar dinamika simulyatsiyalarini kiritish; uchinchidan, uch oʻlchovli baholash modeliga asoslanib, sozlanishi mumkin boʻlgan sterik toʻsiqlarga ega boʻlgan yashil pishirish emulsifikatorlarining yangi avlodini (masalan, ferment-modifikatsiyalangan fosfolipidlar va polisaxarid{4}}asosidagi sirt faol moddalar) ishlab chiqish, shu tariqa “empiral” dizayndan texnologik sakrashga erishish.