Предвиждане на денатурацията на протеините по време на пастьоризация със софтуера NETZSCH Kinetics Neo

Научете как NETZSCH Kinetics Neo прогнозира денатурацията на протеините по време на пастьоризация и помага за оптимизиране на обработката на храните, като същевременно запазва функционалността им.

Защо денатурацията на протеините е от значение при термичната пастьоризация

Пастьоризацията е една от най-важните технологии за преработка на храни, която осигурява микробна безопасност и удължава срока на годност. Въпреки че термичната обработка е замислена като щадяща, тя неизбежно засяга чувствителни към температурата компоненти, най-вече протеини. Тъй като белтъците осигуряват жизненоважни функционални свойства, като разтворимост, желиране и емулгиране, от съществено значение е да се разбере как те реагират на топлината, за да се разработят висококачествени хранителни съставки. Денатурирането на протеините може да повлияе на посочените свойства.

Традиционните техники за пастьоризация варират в широки граници по отношение на температурата и продължителността. Пакетните или LTLT (нискотемпературни, дълготрайни) обработки бавно нагряват продуктите в продължение на няколко минути, докато HTST (високотемпературни, краткотрайни) процеси, ултрапастьоризация и UHT (ултрависока температура) излагат храните на по-високи температури за няколко секунди. Всеки метод осигурява различен баланс между микробния контрол и качеството на продукта. Прекомерната топлина обаче може да доведе до денатурация на протеините, загуба на хранителна стойност и промени в текстурата или външния вид. Въпреки появата на нетермични алтернативи, като обработка под високо налягане и импулсни електрически полета, термичната пастьоризация остава доминираща в много промишлени сектори. Вследствие на това все по-ценни стават инструментите за прогнозиране, които могат да оценяват и оптимизират термичните ефекти върху протеините.

От DSC криви до кинетични модели: Предвиждане на промените в протеините, предизвикани от топлината

NETZSCH Kinetics Neoе мощна софтуерна платформа, предназначена за моделиране на реакции, зависещи от температурата. Чрез кинетичен анализ на данни от уреди за термичен анализ NETZSCH софтуерът може да конструира както безмоделни, така и базирани на модели описания на сложни реакционни пътища. При изследванията на денатурацията на протеини това позволява на изследователите да излязат извън рамките на простото наблюдение на DSC кривите и вместо това да разработят прецизни кинетични модели, които разкриват как протеините се разгъват при специфични температурни профили. След това тези модели могат да се използват за прогнозиране на степента на денатурация при реални условия на обработка.

В неотдавнашна приложна бележка анализирахме дисперсии на дрождеви протеини с помощта на диференциална сканираща калориметрия(DSC), за да определим тяхното термично поведение. По време на първия цикъл на нагряване протеинът демонстрира широко денатуриране между 44°C и 78°C. Вторият цикъл на нагряване не доведе до термични ефекти, което потвърждава необратимостта на денатурацията. За да установим кинетиката на този процес, проведохме измервания при няколко скорости на нагряване. С помощта на софтуера Kinetics Neo оценихме тези набори от данни и установихме отлично съответствие, като използвахме както безмоделния анализ на Фридман, така и тристепенния подход, базиран на модели.

Дисперсия на дрождеви протеини при термичен анализ, показваща мехурчета и клетъчни структури, които са от съществено значение за изучаване на топлинно индуцираната денатурация. — Фигура: Протеин от дрожди

Оптимизиране на процесите на пастьоризация с помощта на симулации на Kinetics Neo

След установяване на кинетичните параметри, Kinetics Neo е използвана за симулиране на денатурацията на протеините при типичните условия на пастьоризация. Прогнозите разкриха значителни разлики между методите. Пастьоризацията на партиди води до почти пълна денатурация много преди да е изтекло пълното време за обработка. За разлика от това, UHT обработката води до бързо и обширно преобразуване (след 1 s остават само около 10 % от нативния протеин). HTST е била по-мека, но все пак е засегнала значителна част от протеиновото съдържание. Ултрапастьоризацията е единственият метод, който запазва по-голямата част от нативния протеин, тъй като много краткото време на експозиция ограничава цялостната денатурация.

Тази работа подчертава как кинетичното моделиране може да подпомогне оптимизирането на стратегиите за пастьоризация. Чрез използването на NETZSCH Kinetics Neo , производителите на храни могат да Identify прозорци за обработка, които запазват функционалността на протеина, да намалят натоварването на експериментите и да предприемат по-контролиран подход към термичната обработка. Резултатът е основан на данни подход към проектирането на процеси, който подобрява както качеството на продуктите, така и ефективността на разработката.