Исследование влияния транглутаминазы на механические характеристики биодеградируемого съедобного полимерногопокрытия

2. Бида Г.В., Ничипурук А.П. Магнитные свойства термообработанных сталей. Рос. акад. наук, Урал. отд-ние, Ин-т физики металлов. Екатеринбург,2005.

3. Горынин В.И., Кондратьев С.Ю., Оленин М.И., Рогожкин В.В. Концепция карбидного конструирования сталей повышенной хладостойкости // МиТОМ. 2014. № 10. С. 32-38.

4. Горынин В.И., Кондратьев С.Ю., Оленин М.И. Повышение сопротивляемости хрупкому разрушению перлитных и мартенситных сталей при термическом воздействии на морфологию карбидной фазы // МиТОМ. 2013. № 10. С. 22-29.

5. Пахаруков Ю.В., Оксенгендлер Б.Л., Юну-сов М.С. и др. Элементарные атомные процессы и электронная структура дефектов в полупроводниках. Ташкент: Фан - 1986, 174 с.

6. Пахаруков Ю.В., Оксенгендлер Б.Л., Лапина Н.А. и др. Теоретические аспекты радиационной физики неупорядоченных сред // Радиационные дефекты в гетерогенных многокомпонентных системах. Ташкент: Фан - 1986, с. 3-56.

7. Титова Т.И., Цеменко В.Н., Ратушев Д.В. Структура и свойства высокохромистой стали мартен-ситного класса после термической обработки. // МиТОМ. 2013. № 10. С. 48-52.

УДК 637.5.04

ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ТРАНГЛУТАМИНАЗЫ НА МЕХАНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ БИОДЕГРАДИРУЕМОГО СЪЕДОБНОГО ПОЛИМЕРНОГО

ПОКРЫТИЯ

Шаталова Александрина Сергеевна

магистрант

Университет ИТМО, г. Санкт - Петербург Шаталов Иван Сергеевич

аспирант,

Университет ИТМО, г. Санкт - Петербург Шлейкин Александр Герасимович

доктор медицинских наук, профессор, заведующий кафедрой химии и молекулярной биологии Университет ИТМО, г. Санкт - Петербург Бурова Татьяна Евгеньевна кандидат технических наук, доцент Университет ИТМО, г. Санкт - Петербург

INFLUENCE OF TRANSGLUTAMINASE ON MECHANICAL PROPERTIES BIODEGRADABLE EDIBLE POLYMER COATING

Alexandrina Shatalova Master of Science ITMO University

Ivan Shatalov

Candidate of Science

ITMO University

Alexander Shleikin

Dr Med Sc, Head of the Department of Chemistry and Molecular Biology ITMO University Tatyana Burova

Candidate of Technical Science, docent

ITMO University

Аннотация:

В работе исследовано влияние микробной трансглутаминазы (ТГ) на механические свойства (разрывное усилие и удлинение при разрыве) гороховых плёнок. Установлено, что внесение в рецептуру образцов исследуемого материала препарата ТГ увеличивает их прочность. Одновременно выявлено снижение эластичности пленок, полученных из материала, модифицированного с помощью ТГ. ABSTRACT.

The influence of microbial transglutaminase (mTG) on the mechanical properties (tensile strength and elongation at break) of gelatin films was investigated. The addition of mTG into the samples' composition lead to increase in tensile strength. On the other hand the decrease in elasticity of the samples modified with mTG was noticed.

Ключевые слова: пленочный материал, трансглутаминаза, разрывное усилие, удлинение при разрыве. Keywords: plant origin protein, transglutaminase, tensile strength, elongation at break.

Введение

В настоящее время остро стоит проблема переработки вторичного белок-содержащего сырья, образующегося при производстве пищевых продуктов. Это послужило предпосылкой к изучению применения ма-

лоценных белков путём включения их в состав биоде-градируемых и съедобных упаковочных материалов для пищевых продуктов. Для улучшения структурно -механических свойств белковых плёнок используются различные способы, в том числе сшивка полимерных

цепей белка. Внутри- и межмолекулярные сшивки белков осуществляются как химическими агентами, так и путём биокатализа.

Одним из перспективных подходов для модификации структуры белковых компонентов упаковочного материала может служить использование ферментных препаратов, среди которых особое место занимает ТГ. ТГ (протеин-глутамин-у-глутамилтрансфераза, (КФ 2.3.2.13), - распространённый в живой природе фермент, участвующий в жизненно важных биологических функциях [1]. ТГ катализирует реакции ацильно-гопереноса между у-карбоксиамидной группой пептид-связанных остатков глутамина (ацильный донор) и различными первичными аминами, в том числе е-ами-ногруппой остатков лизина (ацил-акцептор). Это сшивание может быть как внутри-, так и межмолекулярным, что в последнем случае приводит к увеличению молекулярной массы белковых молекул. Реакция протекает по схеме:

Rl-Glu-CO-NH2 + -ТГ-> ^^1и-ТО-ЫН-

R2 + NHз.

Получаемые в промышленных масштабах препараты микробной ТГ применяют в технологиях переработки молока, мяса и других видов пищевого сырья [4]. Имеются сведения об использовании препаратов ТГ в технологии производства пищевых плёнок. В зависимости от используемого белка в составе пленок, а также наличия в них таких композитных материалов как, например, хитозан, катализ с участием ТГ приводил к различнымизменениям свойств исследуемых образцов. Однако практически во всех случаях наблюдалось повышение барьерных и механических характеристик плёнок, а также снижение их прозрачности.

Так, в случае использования концентрата сывороточного белка, соевого изолята и их смесей в различных соотношениях, наблюдалось снижение проницаемо-стиплёнок как для кислорода, так и для водяного пара, однако удлинение образцов при разрыве в этих условиях увеличивалось [5]. Паропроницаемость модифицированного с помощью ТГ материала в некоторых случаях снижалась при использовании смеси желатина и казеина [3]. Снижение паропроницаемости, а также уплотнение полимерной структуры наблюдались и при обработке препаратом ТГ пленок, созданных на основе казеината натрия [2].

В настоящей работе проведено исследование влияния ТГ на прочность и эластичность материала для изготовления пищевых пленок на основе горохового белка.

Состав пленок

В работе использован состав плёночного материала, содержащий гороховый белок и глицерин. На предварительном этапе было апробировано несколько сочетаний компонентов, из которых впоследствии был отобран состав, обеспечивший наиболее высокие орга-нолептические (прозрачность, прочность, эластичность) и механические характеристики материала. Фермент вносился в соответствии с технологическими рекомендациями компании-поставщика (1,075 ед./г белка). Поскольку белковые пленки обладают повышенной хрупкостью, для придания эластичности в их составы вносят пластификаторы, чаще всего полиолы. В настоящей работе в качестве такого пластификатора использовался глицерин. Состав исследуемого материала приведен в табл. 4.

Таблица 4

Состав исследуемого материала

Компонент Опыт Контроль

Изолят горохового белка 6 6

Глицерин 2 2

ТГ, ед. 6,45^10-2 0

Вода до 100 мл

Приготовление пленок

Изолят горохового белка тщательно растворяется в воде при температуре 35.. .40 оС, после чего выдерживается в термостате в течение 90 минут при 37 оС. После этого полученный раствор центрифугируется при 6000 об/мин, затем в полученный супернатант вносят глицерин в качестве пластификатора. Смесь тщательно перемешивается. После этого в опытные образцы вносится препарат мТГ, смесь перемешивается и помещается в термостат на 60 минут при 37 оС. Полученный раствор объемом 40 мл равномерно распределяется по поверхности, покрытой полиэтиленом, S = 17х17 см. Пленки сушатся при комнатной температуре и относительной влажности 50.60 % в течение 18 часов.

Исследования механических характеристик

Перед испытанием проводились измерения толщины пленки не менее чем в 10 точках общей площади с точностью до 1 мкм.

Исследования механических характеристик пленок, а именно разрывного усилия и удлинения при

разрыве, выполняли на разрывной машине ИР 5071-01С (ООО «Точприбор-Сервис») в стандартных условиях:

- расстояние между зажимами 50 ± 1мм;

- размер образцов: ширина 15±1мм, длина 100.150мм;

- скорость движения подвижного зажима относительно неподвижного составила 250 мм/мин;

- предел измерения от 0 до 10 кг (100Н).

Испытания проводились в сухом состоянии образца, разрывное усилие определялось в продольном направлении образца. Разрывное усилие ^тах) и удлинения при разрыве ^тах) рассчитывалось по следующим формулам:

Qr>

5'

где Б - приложенная нагрузка, S - площадь сечения образца.

I _ !к-1Н Т _ ^к ^И

^-шах 1 ^тах , ,

Ан 1Н

где 1н и 1к - начальная и конечная длины образ-

цов

Результаты и их обсуждение

В ходе экспериментов были получены данные о разрывном усилии и удлинении при разрыве для пленок различных составов. Результаты измерения были

сравнены, изменения механических характеристик в процентном соотношении приведены на рис. 1.

Рис. 1. Изменение механических характеристик желатиновых пленок, вызванных применением мТГ. 1 - контрольный образец; 2 - образец с мТГ

Результаты и их обсуждение

Наблюдается увеличение разрывного усилия, определяемого удлинением при разрыве в случаях применения фермента, наряду со снижением эластичности. На наш взгляд, данные изменения происходят как раз из-за образования сшивок между полимерными цепями белка, вследствие чего их подвижность относительно друг друга внутри полимерной сетки снижется, отсюда происходит падение эластичности и увеличение прочности.

Литература

1. Шлейкин А.Г., Данилов Н.П. Эволюционно-биологические особенности трансглутаминазы. Структура, физиологические функции, применение //Журнал эволюционной биохимии и физиологии, 2011. Т. 47, № 1, с. 3 - 14.

2. Bruno M. et al. Engineering Properties of Edible Transglutaminase Cross-Linked Caseinate-Based Films // Food and Biopr. Tech., 2008. № 1 (4). pp. 393-404

3. Chambi H., Grosso C. Edible films produced with gelatin and casein cross-linked with transglutaminase // J. Food Res. Int., 2006. № 39 (4). pp. 458-466

4. Shleikin A.G., Krasnikova L.V., Danilov N.P. Substrate specificity of transglutaminase. Influence of transglutaminase on milk whey proteins cross-linking. In: Food technology operations. New Vistas. Monography, ed. W. Kopec, M. Korzeniowska, Wroclaw, 2009, 317 p.

5. Su G. et al. Formation of Edible Soybean Films //Food Technol. Biotechnol, 2007. № 45 (4) p. 381-388

БЕСЦЕМЕНТНОЕ ВЯЖУЩЕЕ ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ АРБОЛИТА

Шевченко Валентина Аркадьевна

к.т.н., профессор Сибирского Федерального Университета, г. Красноярск

Лебедева Татьяна Геннадьевна

соискатель Сибирского Федерального Университета, г. Красноярск

WITHOUT BINDER FOR BRICKS MANUFACTURING WOOD

Shevchenko Valentina Arkadyevna

c.t.s. professor Siberian federal university, Krasnoyarsk

Lebedeva Tatyana Gennadyevna

Competitor Siberian federal university, Krasnoyarsk

АННОТАЦИЯ