Introduktion
Med den voksende globale befolkning og stadigt stigende efterspørgsel efter proteiner har nogle alternative proteinkilder for nylig tiltrukket sig stigende interesse, såsom plantebaserede proteiner, dyrkede eller kultiverede kødproteiner, fermenteringsafledte proteiner, spiselige insektproteiner og alger [1]. Geleringsegenskaben er en af de vigtigste funktioner ved alternative proteiner og bidrager til fødevareprodukters tekstur og smag. Gelering opstår under forarbejdning og fremstilling af fødevareprodukter. Opvarmning er en af de mest anvendte metoder til at danne geler med alternative proteiner. Efter denaturering og udfoldning af proteinmolekyler ved opvarmning og indkapsling af vand vil de blive aggregeret og danne en tredimensionel netværksstruktur, dvs. gelstrukturen.
I praksis er et rotationsreometer velegnet til at undersøge alternative proteiners varmeinducerede geleringsegenskaber, såsom geleringstemperatur, gelstabilitet og gelstyrke.
Materialer og målebetingelser
Proteinpulverne blev dispergeret i demineraliseret vand ved definerede proteinkoncentrationer (ærteproteinkoncentrat: 10 vægt-% og 7 vægt-%, insektproteiner: 10 vægt-%). Proteinsuspensionerne blev omrørt med en magnetisk omrører ved stuetemperatur i 2 timer. Ud over prøven af hele ægget blev der fremstillet en æggehvideprøve ved at fjerne æggeblommen og piske kraftigt ved stuetemperatur i et par minutter for at få en homogen opløsning.
Et NETZSCH Kinexus Prime pro+ Rheometer udstyret med et plade-plade-system (diameter: 40 mm, mellemrum: 0,5 mm) blev brugt til at udføre målingerne på ærteproteinkoncentratprøverne, hele ægget og æggehvideprøverne. Der blev udført et temperatur-sweep ved at øge temperaturen fra 25°C til 95°C med en hastighed på 5°C/min. Efter at have nået den højeste temperatur blev de varmeinducerede geler holdt i 10 minutter for at undersøge gelstabiliteten. Opbevaringsmodulet (G') og tabsmodulet (G'') blev registreret under forsøget. De opnåede resultater for plantebaserede proteiner og æggeproteiner blev sammenlignet med dem for insektproteiner [2].
Midten: Friske æg (brugt som animalske proteiner til sammenligning): Både hele ægget og æggehviden blev analyseret.
Til højre: Nye proteiner, der ikke er plantebaserede: insektproteiner (råproteinindhold 68,7 g/100 g) udvundet af insekter fra pupper af sort soldatflue (BSF) i en tidligere undersøgelse [2]
Måleresultater og diskussion
Geleringsegenskaberne for forskellige alternative proteiner og en typisk animalsk proteinkilde (æg) blev undersøgt under og efter opvarmning med rotationsreometri.
Figur 2 viser lagringsmodulet, G', og tabsmodulet, G'', for den gel, der blev dannet med ærteproteinkoncentrat under varmebehandling. Der sker en stigning i G' og G'', når temperaturen stiger op til ca. 55 °C. Dette skyldes proteinets denaturering. Efter varmebehandlingen, hvor temperaturen øges yderligere, er G' højere end G'' ved en proteinkoncentration på 10 vægt%, hvilket viser en faststoflignende geladfærd.
Desuden viser et forsøg med ærteproteinkoncentratet ved en lavere proteinkoncentration på 7 vægt%, at G'' er højere end G', når opvarmningstemperaturen øges, hvilket tyder på en svag væskelignende geladfærd.
Overgangen G' = G'' blev dog ikke observeret i denne undersøgelse af ærteproteinkoncentrat.
I en tidligere undersøgelse af den varmeinducerede gelering med insektproteiner fra BSF-pupper [2] blev det konstateret, at både G' og G'' steg, når temperaturen steg til over 50 °C, hvilket skyldtes proteindenaturering. Den undersøgte prøve begyndte at danne gel, hvilket blev indikeret af overgangen G' = G'' ved 60 °C, temperaturen for geleringspunktet.
Kurveforløbet over temperaturen for insektproteiner er forskelligt fra det for ærteproteinkoncentrat. En sådan forskellig geleringsadfærd kan tilskrives forskellige materialesammensætninger og individuelle proteinkarakteristika, såsom mulige forskellige hydrofile og hydrofobe aminosyrer og deres forhold mellem forskellige alternative proteiner.
Geleringskurverne for både hele æg og æggehvideprøver udviser den typiske sol-gel-overgang under temperatursweepet. Fra ca. 60 °C kan der observeres en betydelig stigning i G' og G", hvilket f.eks. kan forklares med strukturelle ændringer eller denaturering af proteinerne. Figur 3 illustrerer G' og G'' af gelen dannet med helægsopløsningen under termisk behandling. G' viser en tilsyneladende stigning ved ca. 62 °C og en kraftig stigning ved ca. 75 °C, mens G'' viser en dramatisk stigning ved ca. 75 °C. Overgangspunktet forekommer ved ca. 74 °C. For æggehvideprøven (figur 4) viser både G' og G'' to tydelige stigninger ved henholdsvis ca. 64 °C og 75 °C. Krydsningspunktet forekommer ved ca. 62,5 °C. De observerede denatureringsfænomener kan relateres til den kemiske sammensætning af hele ægprøven (æggehvide og blomme) og æggehvideprøven.
Figur 5 illustrerer gelstyrken, G', og stabiliteten inden for 10 minutters holdetid efter opnåelse af den højeste temperatur. De varmeinducerede geler fra æggeproteiner udviser den højeste styrke og er meget stabile. En sådan stabil gelegenskab er også blevet observeret ved en temperatur højere end 85 °C i figur 3 og figur 4. For prøven med ærteproteinkoncentrat på 10 vægt% tager det ca. 4 minutter at nå den højeste gelstyrke, og derefter er den dannede gel stabil, mens gelstyrken falder lidt for prøven med ærteproteinkoncentrat på 7 vægt%. Dette kan skyldes deformation (ødelæggelse) af den dannede svage gelstruktur under målingen. Sammenlignet med styrken af den gel, der er dannet med insektproteiner [2], udviser disse geler forskellige gelstyrker, G', i følgende rækkefølge
Det kunne tyde på, at forskellige alternative proteiner har forskellige anvendelsesmuligheder. For eksempel kan de varmeinducerede geler med en lavere G'-værdi eller et svagt gelenetværk være interessante og egnede til flydende fødevareformuleringer som plantebaserede drikkevarer eller alternativ mælk, mens gelerne med en højere G'-værdi eller et stærkt gelenetværk ville være interessante for mejeri- og kødanaloger og så videre.
Det er værd at nævne, at alternative proteiners geleringsegenskaber påvirkes af forskellige faktorer, såsom proteintype, proteinindhold, temperatur, pH-værdi, Ionic styrke og andre komponenter.
Konklusion
De varmeinducerede geleringsegenskaber for to alternative proteinkilder (plantebaserede proteiner og nye proteiner, der ikke er plantebaserede) blev undersøgt ved hjælp af rotationsreometri. Geleringskurverne for lagringsmodulet, G', og tabsmodulet, G'', blev registreret og fortolket under temperatursweepet. Geleringstemperatur, gelstabilitet og gelstyrke for alternative proteiner blev analyseret og sammenlignet med dem for animalske proteiner (æg). Sådanne målinger er hurtige og kræver en relativt small mængde repræsentativ prøve.