Alternativní proteiny - studie tepelně indukované gelace pomocí rotačního reometru Kinexus

Úvod

S rostoucí světovou populací a stále se zvyšující poptávkou po bílkovinách se v poslední době zvyšuje zájem o některé alternativní zdroje bílkovin, jako jsou bílkoviny rostlinného původu, kultivované nebo pěstované masné bílkoviny, bílkoviny získané fermentací, bílkoviny jedlého hmyzu a řasy [1]. Mezi nejdůležitější funkce alternativních bílkovin patří želírovací vlastnost, která přispívá ke struktuře a chuti potravinářských výrobků. Ke gelaci dochází při zpracování a výrobě potravinářských výrobků. Zahřívání je jednou z nejčastěji používaných metod tvorby gelů s alternativními bílkovinami. Po denaturaci a rozbalení molekul bílkovin zahřátím a obklopením vodou dojde k jejich agregaci a vytvoření trojrozměrné síťové struktury, tj. gelové struktury.

V praxi je rotační reometr vhodný ke studiu tepelně indukovaných želírovacích vlastností alternativních proteinů, jako je teplota želírování, stabilita a pevnost gelu.

Materiály a podmínky měření

Proteinové prášky byly dispergovány v demineralizované vodě při definovaných koncentracích bílkovin (hrachový proteinový koncentrát: 10 % hmot. a 7 % hmot., hmyzí bílkoviny: 10 % hmot.). Proteinové suspenze byly míchány magnetickým míchadlem při pokojové teplotě po dobu 2 hodin. Vedle vzorku celého vejce byl připraven vzorek vaječného bílku odstraněním žloutku a intenzivním šleháním při pokojové teplotě po dobu několika minut, aby vznikl homogenní roztok.

K měření vzorků hrachového bílkovinného koncentrátu, celého vejce a vaječného bílku byl použit reometr NETZSCH Kinexus Prime pro+ vybavený systémem deska-deska (průměr: 40 mm, mezera: 0,5 mm). Zvyšováním teploty z 25 °C na 95 °C rychlostí 5 °C/min byl proveden teplotní rozptyl. Po dosažení nejvyšší teploty byly tepelně indukované gely ponechány po dobu 10 minut, aby se studovala stabilita gelu. Během experimentu byl zaznamenán Pružnost a modul pružnostiPružnost pryže nebo entropická pružnost popisuje odolnost jakéhokoli pryžového nebo elastomerového systému proti vnější deformaci nebo deformaci. modul skladovatelnosti (G') a Viskozní modulKomplexní modul (viskózní složka), ztrátový modul nebo G'' je "imaginární" část vzorků celkového komplexního modulu. Tato viskózní složka udává kapalnou nebo nefázovou odezvu měřeného vzorku. ztrátový modul (G''). Získané výsledky pro rostlinné a vaječné proteiny byly porovnány s výsledky pro hmyzí proteiny [2].

Výsledky měření a diskuse

Želírující vlastnosti různých alternativních bílkovin a typického zdroje živočišných bílkovin (vejce) byly studovány během zahřívání a po něm pomocí rotační reometrie.

Na obrázku 2 je zobrazen Pružnost a modul pružnostiPružnost pryže nebo entropická pružnost popisuje odolnost jakéhokoli pryžového nebo elastomerového systému proti vnější deformaci nebo deformaci. modul skladovatelnosti G' a Viskozní modulKomplexní modul (viskózní složka), ztrátový modul nebo G'' je "imaginární" část vzorků celkového komplexního modulu. Tato viskózní složka udává kapalnou nebo nefázovou odezvu měřeného vzorku. ztrátový modul G'' gelu vytvořeného z hrachového bílkovinného koncentrátu během tepelného zpracování. Ke zvýšení G' a G'' dochází při zvýšení teploty až na přibližně 55 °C. To je důsledkem denaturace bílkovin. Po tepelné úpravě dalším zvýšením teploty je G' vyšší než G'' při koncentraci bílkovin 10 % hmot. a vykazuje chování podobné pevnému gelu.

Kromě toho experiment s hrachovým proteinovým koncentrátem při nižší koncentraci bílkovin 7 % hm. ukazuje, že G'' je vyšší než G' se zvyšující se teplotou ohřevu, což naznačuje slabé gelové chování podobné kapalině.

V této studii však nebyl u hrachového bílkovinného koncentrátu pozorován crossover G' = G''.

V předchozí studii tepelně indukované gelovatění s proteiny hmyzích kukel BSF [2] bylo zjištěno, že se zvyšující se teplotou nad 50 °C dochází ke zvýšení G' i G'', což je způsobeno denaturací proteinů. Studovaný vzorek začal tvořit gel, což bylo indikováno přechodem G' = G'' při 60 °C, teplotě bodu gelace.

Průběh křivky v závislosti na teplotě se u hmyzích bílkovin liší od průběhu křivky u hrachového bílkovinného koncentrátu. Takovéto rozdílné chování při gelování lze přičíst rozdílnému složení materiálu a individuálním vlastnostem bílkovin, jako jsou případné rozdílné hydrofilní a hydrofobní aminokyseliny a jejich poměry mezi různými alternativními bílkovinami.

Křivky gelace jak celých vajec, tak vzorků vaječného bílku vykazují typický sol-gelový přechod během teplotního skoku. Přibližně od 60 °C lze pozorovat výrazný nárůst G' a G", což lze vysvětlit například strukturními změnami nebo denaturací proteinů. Obrázek 3 znázorňuje G' a G'' gelu vytvořeného s celým vaječným roztokem během tepelného zpracování. G' vykazuje zjevný nárůst při teplotě přibližně 62 °C a prudký nárůst při teplotě přibližně 75 °C, zatímco G'' vykazuje dramatický nárůst při teplotě přibližně 75 °C. Bod přechoduPři reologických zkouškách, jako je například frekvenční nebo časově-teplotní měření, je bod křížení vhodným referenčním bodem, který označuje "přechodový" bod vzorku.Bod přechodu nastává při teplotě přibližně 74 °C. U vzorku vaječného bílku (obr. 4) vykazují G' i G'' dva zjevné nárůsty při přibližně 64 °C a 75 °C. Bod přechoduPři reologických zkouškách, jako je například frekvenční nebo časově-teplotní měření, je bod křížení vhodným referenčním bodem, který označuje "přechodový" bod vzorku.Bod přechodu nastává při teplotě přibližně 62,5 °C. Pozorované denaturační jevy mohou souviset s chemickým složením vzorku celého vejce (bílku a žloutku) a vzorku bílku.

Obrázek 5 znázorňuje pevnost gelu, G' a stabilitu během 10minutové doby držení po dosažení nejvyšší teploty. Tepelně indukované gely z vaječných bílkovin vykazují nejvyšší pevnost a jsou velmi stabilní. Takto stabilní vlastnost gelu byla pozorována i při teplotě vyšší než 85 °C na obrázku 3 a obrázku 4. U vzorku hrachového bílkovinného koncentrátu o koncentraci 10 % hm. trvá dosažení nejvyšší pevnosti gelu přibližně 4 min a poté je vytvořený gel stabilní, zatímco u vzorku hrachového bílkovinného koncentrátu o koncentraci 7 % hm. pevnost gelu mírně klesá. To může být způsobeno deformací (destrukcí) vytvořené slabé gelové struktury během měření. V porovnání s pevností gelu vytvořeného s hmyzími proteiny [2] vykazují tyto gely rozdílnou pevnost gelu G', a to v pořadí

To by mohlo naznačovat, že různé alternativní proteiny mají různé možnosti využití. Například tepelně indukované gely s nižší hodnotou G' nebo slabou gelovou sítí by mohly být zajímavé a vhodné pro tekuté potravinářské přípravky, jako jsou rostlinné nápoje nebo alternativní mléka, zatímco gely s vyšší hodnotou G' nebo silnou gelovou sítí by byly zajímavé pro mléčné a masné analogy atd.

Je třeba zmínit, že želírovací vlastnosti alternativních proteinů jsou ovlivněny různými faktory, jako je typ proteinu, obsah bílkovin, teplota, hodnota pH, síla Ionic a další složky.

Závěr

Pomocí rotační reometrie byly studovány tepelně indukované želírovací vlastnosti dvou alternativních zdrojů bílkovin (bílkoviny rostlinného původu a nové bílkoviny nerostného původu). Byly zaznamenány a interpretovány gelovací křivky modulu skladovatelnosti G' a ztrátového modulu G'' během teplotního skoku. Byla analyzována teplota gelování, stabilita gelu a pevnost gelu alternativních proteinů a porovnána s živočišnými proteiny (vejce). Taková měření jsou rychlá a vyžadují relativně small velké množství reprezentativního vzorku.