Johdanto
Kun maailman väestö kasvaa ja proteiinien kysyntä kasvaa jatkuvasti, jotkut vaihtoehtoiset proteiinilähteet ovat viime aikoina herättäneet yhä enemmän kiinnostusta, kuten kasvipohjaiset proteiinit, viljellyt tai viljellyt lihaproteiinit, fermentaatiosta saadut proteiinit, syötävät hyönteisproteiinit ja levät [1]. Hyytelöintiominaisuus on yksi vaihtoehtoisten proteiinien tärkeimmistä tehtävistä, ja se vaikuttaa osaltaan elintarvikkeiden rakenteeseen ja makuun. Hyytelöitymistä tapahtuu elintarvikkeiden käsittelyn ja valmistuksen aikana. Kuumentaminen on yksi yleisimmin käytetyistä menetelmistä geelien muodostamiseksi vaihtoehtoisista proteiineista. Kun proteiinimolekyylit denaturoituvat ja taittuvat kuumentamalla ja vettä ympäröimällä, ne aggregoituvat muodostaen kolmiulotteisen verkkorakenteen eli geelirakenteen.
Käytännössä rotaatioreometri soveltuu vaihtoehtoisten proteiinien lämmön aiheuttamien hyytymisominaisuuksien, kuten hyytymislämpötilan, geelin stabiilisuuden ja geelin lujuuden tutkimiseen.
Materiaalit ja mittausolosuhteet
Proteiinijauheet dispergoitiin demineralisoituun veteen määritellyillä proteiinipitoisuuksilla (herneproteiinikonsentraatti: 10 painoprosenttia ja 7 painoprosenttia, hyönteisproteiinit: 10 painoprosenttia). Proteiinisuspensioita sekoitettiin magneettisekoittimella huoneenlämmössä 2 tunnin ajan. Kokonaisen kananmunanäytteen lisäksi valmistettiin kananmunan valkuaisnäyte poistamalla kananmunan keltuainen ja vatkaamalla voimakkaasti huoneenlämmössä muutaman minuutin ajan homogeenisen liuoksen saamiseksi.
Mittaukset herneproteiinikonsentraattinäytteille, kokonaiselle kananmunalle ja kananmunan valkuaisnäytteille tehtiin NETZSCH Kinexus Prime pro+ -reometrillä, joka oli varustettu levy-levyjärjestelmällä (halkaisija: 40 mm, rako: 0,5 mm). Lämpötilaa nostettiin 25 °C:sta 95 °C:seen 5 °C/min nopeudella. Korkeimman lämpötilan saavuttamisen jälkeen lämpöindusoituja geelejä pidettiin 10 minuutin ajan geelin stabiilisuuden tutkimiseksi. Varastointimoduuli (G') ja ViskositeettimoduuliKompleksinen moduuli (viskoosikomponentti), häviömoduuli tai G'' on näytteiden kokonaiskompleksisen moduulin "imaginääriosa". Tämä viskoosikomponentti osoittaa mitattavan näytteen nestemäisen tai faasin ulkopuolisen vasteen. häviömoduuli (G'') kirjattiin kokeen aikana. Kasvipohjaisille proteiineille ja munaproteiineille saatuja tuloksia verrattiin hyönteisproteiineille saatuihin tuloksiin [2].
Keskimmäinen: Tuoreet kananmunat (joita käytettiin eläinproteiineina vertailussa): analysoitiin sekä kokonainen kananmuna että kananmunan valkuainen.
Oikealla: Muut kuin kasvipohjaiset uutuusproteiinit: hyönteisproteiinit (raakaproteiinipitoisuus 68,7 g/100 g), jotka uutettiin mustan sotilaskärpäsen (BSF) poikasten hyönteisistä aiemmassa tutkimuksessa [2]
Mittaustulokset ja keskustelu
Erilaisten vaihtoehtoisten proteiinien ja tyypillisen eläinproteiinilähteen (kananmuna) hyytelöintiominaisuuksia tutkittiin kuumentamisen aikana ja sen jälkeen rotaatioreometrialla.
Kuvassa 2 esitetään herneproteiinikonsentraatista lämpökäsittelyn aikana muodostuneen geelin varastointimoduuli, G', ja ViskositeettimoduuliKompleksinen moduuli (viskoosikomponentti), häviömoduuli tai G'' on näytteiden kokonaiskompleksisen moduulin "imaginääriosa". Tämä viskoosikomponentti osoittaa mitattavan näytteen nestemäisen tai faasin ulkopuolisen vasteen. häviömoduuli, G''. G' ja G'' kasvavat, kun lämpötila nousee noin 55 °C:een asti. Tämä johtuu proteiinin denaturoitumisesta. Lämpökäsittelyn jälkeen lämpötilaa edelleen nostamalla G' on korkeampi kuin G'' proteiinipitoisuudella 10 painoprosenttia, mikä osoittaa kiinteän kaltaista geelin käyttäytymistä.
Lisäksi herneproteiinikonsentraatilla tehdyssä kokeessa, jossa proteiinipitoisuus on pienempi, 7 painoprosenttia, G'' on korkeampi kuin G'' lämmityslämpötilaa nostettaessa, mikä viittaa heikkoon nestemäiseen geelimäiseen käyttäytymiseen.
Tässä hernevalkuaiskonsentraattia koskevassa tutkimuksessa ei kuitenkaan havaittu ristikkäisvaihtelua G' = G''.
Aiemmassa tutkimuksessa, joka koski lämpöindusoitua hyytelöitymistä BSF-kuoriaisten hyönteisproteiineilla [2], havaittiin, että lämpötilan noustessa yli 50 °C:n sekä G' että G'' kasvoivat, mikä johtui proteiinien denaturoitumisesta. Tutkittu näyte alkoi muodostaa geeliä, minkä osoitti G' = G'':n ylitys 60 °C:n lämpötilassa, joka on hyytelöitymispiste.
Käyrän eteneminen lämpötilan mukaan hyönteisproteiinien osalta on erilainen kuin herneproteiinitiivisteen osalta. Tällainen erilainen hyytelöitymiskäyttäytyminen voi johtua erilaisista materiaalikoostumuksista ja yksittäisten proteiinien ominaisuuksista, kuten mahdollisista erilaisista hydrofiilisistä ja hydrofobisista aminohapoista ja niiden suhteista eri vaihtoehtoisten proteiinien välillä.
Sekä kokonaisen kananmunan että kananmunan valkuaisnäytteiden hyytelöitymiskäyrät osoittavat tyypillistä sol-geeli-siirtymää lämpötilahyppelyn aikana. Noin 60 °C:n lämpötilasta alkaen voidaan havaita G':n ja G":n merkittävä kasvu, joka voidaan selittää esimerkiksi rakenteellisilla muutoksilla tai proteiinien denaturoitumisella. Kuvassa 3 on esitetty koko kananmunaliuoksesta lämpökäsittelyn aikana muodostuneen geelin G' ja G''. G':ssa on havaittavissa näennäinen kasvu noin 62 °C:ssa ja jyrkkä kasvu noin 75 °C:ssa, kun taas G'':ssa on havaittavissa dramaattinen kasvu noin 75 °C:ssa. Ylityspiste on noin 74 °C:ssa. Kananmunan valkuaisnäytteessä (kuva 4) sekä G' että G'' osoittavat kahta näennäistä nousua noin 64 °C:ssa ja 75 °C:ssa. Ylityspiste on noin 62,5 °C:ssa. Havaitut denaturoitumisilmiöt voivat liittyä koko kananmunanäytteen (kananmunan valkuainen ja keltuainen) ja kananmunan valkuaisnäytteen kemialliseen koostumukseen.
Kuvassa 5 on esitetty geelin lujuus G' ja stabiilisuus 10 minuutin pitoajalla korkeimman lämpötilan saavuttamisen jälkeen. Munaproteiineista lämpöindusoidut geelit ovat lujuudeltaan suurimpia ja erittäin stabiileja. Tällainen vakaa geeliominaisuus on havaittu myös yli 85 °C:n lämpötilassa kuvissa 3 ja 4. Herneproteiinikonsentraattinäytteessä, jonka paino-osuus on 10 painoprosenttia, kestää noin 4 minuuttia saavuttaa korkein geelilujuus, minkä jälkeen muodostunut geeli on stabiili, kun taas geelilujuus laskee hieman herneproteiinikonsentraattinäytteessä, jonka paino-osuus on 7 painoprosenttia. Tämä saattaa johtua muodostuneen heikon geelirakenteen muodonmuutoksesta (tuhoutumisesta) mittauksen aikana. Hyönteisproteiineilla [2] muodostetun geelin lujuuteen verrattuna näillä geeleillä on erilaiset geelilujuudet G', jotka noudattavat seuraavaa järjestystä: G' on erilainen kuin hyönteisproteiineilla muodostetun geelin lujuus
Tämä saattaa viitata siihen, että eri vaihtoehtoisilla proteiineilla on erilaisia potentiaalisia sovelluksia. Esimerkiksi lämpöindusoidut geelit, joilla on alhaisempi G'-arvo tai heikko geeliverkosto, voisivat olla mielenkiintoisia ja soveltua nestemäisiin elintarvikeformulaatioihin, kuten kasvipohjaisiin juomiin tai vaihtoehtoisiin maitovalmisteisiin, kun taas geelit, joilla on korkeampi G'-arvo tai vahva geeliverkosto, olisivat mielenkiintoisia esimerkiksi maito- ja liha-analogeissa tuotteissa.
On syytä mainita, että vaihtoehtoisten proteiinien hyytelöintiominaisuuksiin vaikuttavat eri tekijät, kuten proteiinityyppi, proteiinipitoisuus, lämpötila, pH-arvo, Ionic vahvuus ja muut komponentit.
Päätelmä
Kahden vaihtoehtoisen proteiinilähteen (kasvipohjaiset proteiinit ja ei-kasvipohjaiset uutuusproteiinit) lämpöindusoituja hyytelöintiominaisuuksia tutkittiin soveltamalla rotaatioreometriaa. Varastointimoduulin G' ja häviömoduulin G'' hyytelöitymiskäyrät rekisteröitiin ja tulkittiin lämpötilapyyhkäisyn aikana. Vaihtoehtoisten proteiinien hyytelöitymislämpötilaa, hyytelöstabiilisuutta ja hyytelölujuutta analysoitiin ja verrattiin eläinperäisten proteiinien (kananmuna) hyytelöitymislämpötiloihin. Tällaiset mittaukset ovat nopeita ja vaativat suhteellisen small määrän edustavaa näytettä.