Bevezetés
A növekvő világnépesség és a fehérjék iránti egyre növekvő kereslet miatt az utóbbi időben egyre nagyobb érdeklődés övezi néhány alternatív fehérjeforrást, mint például a növényi alapú fehérjék, a tenyésztett vagy tenyésztett húsfehérjék, a fermentációból származó fehérjék, az ehető rovarfehérjék és az algák [1]. A zselésítő tulajdonság az alternatív fehérjék legfontosabb funkciói közé tartozik, hozzájárulva az élelmiszerek textúrájához és ízéhez. A zselésedés az élelmiszerek feldolgozása és előállítása során következik be. A melegítés az egyik leggyakrabban alkalmazott módszer az alternatív fehérjékkel történő gélképzésre. A fehérjemolekulák denaturálódása és kibontakozása után a melegítés és a víz beburkolása révén háromdimenziós hálózati struktúra, azaz a gélszerkezet kialakulásához aggregálódnak.
A gyakorlatban a rotációs reométer alkalmas az alternatív fehérjék hőindukált gélesedési tulajdonságainak, például a gélesedési hőmérsékletnek, a gélstabilitásnak és a gél szilárdságának tanulmányozására.
Anyagok és mérési feltételek
A fehérjeporokat demineralizált vízben diszpergáltuk meghatározott fehérjekoncentrációban (borsófehérje-koncentrátum: 10 és 7 tömegszázalék, rovarfehérjék: 10 tömegszázalék). A fehérje szuszpenziókat mágneses keverővel kevertettük szobahőmérsékleten 2 órán keresztül. Az egész tojásminta mellett tojásfehérje-mintát is készítettünk a tojássárgája eltávolításával és néhány percig tartó erőteljes habverővel szobahőmérsékleten, hogy homogén oldatot kapjunk.
A borsófehérje-koncentrátum minták, az egész tojás és a tojásfehérje minták mérésének elvégzéséhez egy NETZSCH Kinexus Prime pro+ reométert használtunk, amely lemez-lemez rendszerrel (átmérő: 40 mm, rés: 0,5 mm) volt felszerelve. Hőmérsékleti söpörést végeztünk a hőmérséklet 25°C-ról 95°C-ra történő növelésével, 5°C/perc sebességgel. A legmagasabb hőmérséklet elérése után a hővel indukált géleket 10 percig tartottuk a gélstabilitás tanulmányozásához. A tárolási modulust (G') és a veszteségmodulust (G'') a kísérlet során rögzítettük. A növényi eredetű fehérjékre és a tojásfehérjékre kapott eredményeket összehasonlítottuk a rovarfehérjékre kapott eredményekkel [2].
Középen: Friss tojás (állati fehérjeként használták az összehasonlításhoz): mind az egész tojást, mind a tojásfehérjét elemezték.
Jobbra: Nem növényi alapú újszerű fehérjék: rovarfehérjék (nyersfehérje-tartalom 68,7 g/100 g), amelyeket egy korábbi tanulmányban [2] a fekete katona légy (BSF) bábjaiból nyertek ki
Mérési eredmények és megbeszélés
Különböző alternatív fehérjék és egy tipikus állati fehérjeforrás (tojás) zselésedési tulajdonságait vizsgálták melegítés közben és után rotációs reometriával.
A 2. ábra a borsófehérje-koncentrátummal hőkezelés során képződött gél tárolási modulusát, G', és veszteségmodulusát, G'', mutatja. A G' és a G'' növekedése a hőmérséklet kb. 55 °C-ig történő emelkedésével következik be. Ez a fehérje denaturációjából adódik. A hőkezelés után a hőmérséklet további növelésével a G' magasabb, mint a G'' 10 tömegszázalékos fehérjekoncentráció mellett, ami szilárd gélszerű gél viselkedést mutat.
Ezenkívül a borsófehérje-koncentrátummal végzett kísérlet alacsonyabb, 7 tömegszázalékos fehérjekoncentráció mellett azt mutatja, hogy a G'' magasabb, mint a G'' a melegítési hőmérséklet növelésével, ami gyenge, folyadékszerű gélszerű viselkedésre utal.
A G' = G''' kereszteződés azonban nem volt megfigyelhető ebben a borsófehérje-koncentrátummal végzett vizsgálatban.
Egy korábbi, a BSF bábok rovarfehérjéivel végzett hőindukált zselésedést vizsgáló tanulmányban [2] azt találták, hogy a hőmérséklet 50 °C feletti növelésével mind a G', mind a G'' növekedett, amit a fehérje denaturációja okozott. A vizsgált minta elkezdett gélt képezni, amit a G' = G'' átmenet jelzett 60°C-on, a gélesedési pont hőmérsékleténél.
A rovarfehérjék esetében a görbe hőmérsékleti alakulása eltér a borsófehérje-koncentrátumétól. Ez az eltérő zselésedési viselkedés az eltérő anyagösszetételnek és az egyes fehérjék jellemzőinek tulajdonítható, mint például a különböző alternatív fehérjék között esetlegesen eltérő hidrofil és hidrofób aminosavak és azok aránya.
Mind a teljes tojás, mind a tojásfehérje minták zselésedési görbéi a hőmérséklet-söprés során a tipikus szol-gél átmenetet mutatják. Kb. 60°C-tól kezdődően a G' és a G" jelentős növekedése figyelhető meg, ami például a fehérjék szerkezeti változásával vagy denaturációjával magyarázható. A 3. ábra a teljes tojásoldatból a hőkezelés során képződött gél G' és G'' értékeit szemlélteti. A G' körülbelül 62°C-on látszólagos növekedést mutat, és körülbelül 75°C-on erőteljes növekedést, míg a G'' körülbelül 75°C-on drámai növekedést mutat. Az átmenet körülbelül 74°C-on következik be. A tojásfehérje-mintánál (4. ábra) mind a G', mind a G'' két látszólagos növekedést mutat 64°C körül, illetve 75°C körül. Az átmenet körülbelül 62,5°C-nál következik be. A megfigyelt denaturációs jelenségek összefüggésbe hozhatók a teljes tojásminta (tojásfehérje és tojássárgája) és a tojásfehérje minta kémiai összetételével.
Az 5. ábra a gél szilárdságát (G') és stabilitását mutatja a legmagasabb hőmérséklet elérését követő 10 perces tartási időn belül. A tojásfehérjék hőindukált géljei mutatják a legnagyobb szilárdságot és nagyon stabilak. Ilyen stabil gél tulajdonságot 85 °C-nál magasabb hőmérsékleten is megfigyeltünk a 3. és a 4. ábrán. A 10 tömegszázalékos borsófehérje-koncentrátum minta esetében a legmagasabb gélerősség eléréséhez körülbelül 4 perc szükséges, és ezután a kialakult gél stabil, míg a 7 tömegszázalékos borsófehérje-koncentrátum minta esetében a gélerősség kissé csökken. Ennek oka lehet a kialakult gyenge gélszerkezet deformációja (megsemmisülése) a mérés során. A rovarfehérjékkel [2] képződött gél szilárdságával összehasonlítva, ezek a gélek eltérő gélszilárdságot, G', mutatnak a következő sorrendben
Ez arra utalhat, hogy a különböző alternatív fehérjéknek különböző alkalmazási lehetőségei vannak. Például az alacsonyabb G' értékkel vagy gyenge gélhálózattal rendelkező hőindukált gélek érdekesek és alkalmasak lehetnek folyékony élelmiszerformulákhoz, például növényi alapú italokhoz vagy alternatív tejekhez, míg a magasabb G' értékkel vagy erős gélhálózattal rendelkező gélek érdekesek lennének a tej- és húsanalógok stb. számára.
Érdemes megemlíteni, hogy az alternatív fehérjék gélesedési tulajdonságait különböző tényezők befolyásolják, mint például a fehérje típusa, fehérjetartalom, hőmérséklet, pH-érték, Ionic erősség és egyéb összetevők.
Következtetés
Két alternatív fehérjeforrás (növényi alapú fehérjék és nem növényi alapú új fehérjék) hőindukált zselésedési tulajdonságait vizsgálták rotációs reometria alkalmazásával. A tárolási modulus, G', és a veszteségmodulus, G'', zselésedési görbéit rögzítettük és értelmeztük a hőmérséklet-söprés során. Az alternatív fehérjék gélesedési hőmérsékletét, gélstabilitását és gélszilárdságát elemeztük és összehasonlítottuk az állati fehérjék (tojás) gélstabilitásával. Az ilyen mérések gyorsak és viszonylag small mennyiségű reprezentatív mintát igényelnek.