Apa Itu Protein Alternatif?
Protein nabati telah ada dalam makanan manusia selama berabad-abad. Biji-bijian yang dapat dimakan, seperti kacang-kacangan, lentil, kacang polong, dan produknya, serta biji minyak termasuk labu dan biji bunga matahari, adalah contoh sumber protein tradisional [1]. Protein nabati bukanlah gambaran lengkap dalam pasar protein alternatif: ganggang, mikroorganisme, daging yang dibudidayakan, dan serangga juga dianggap sebagai sumber protein. Namun, untuk menjadi produk baru di pasar adalah proses yang panjang. Selain memiliki sifat fungsional dan organoleptik yang sesuai, pengganti protein hewani harus diproduksi secara efisien, sehingga memungkinkan untuk diproses dan diformulasikan [2].
Peningkatan penggunaan protein alternatif didorong oleh tiga kekuatan utama: 1) keberlanjutan, mengingat dampak lingkungan dari peternakan; 2) minat untuk mengadopsi pola makan yang lebih sehat untuk menghindari penyakit kronis; dan 3) kepedulian terhadap kesejahteraan hewan. Oleh karena itu, konsep protein alternatif secara intrinsik terkait dengan keberlanjutan dan dampak lingkungan dari produksi. Selain itu, penghormatan terhadap perilaku budaya dan sosial dari setiap populasi di seluruh dunia juga harus dipertimbangkan ketika menetapkan konsep ini [2].
Apa itu Protein?
Protein bertanggung jawab atas beberapa fungsi yang berbeda di dalam sel hidup, termasuk transportasi, struktur, metabolisme, dan aktivitas imunologi. Protein merupakan struktur makromolekul yang dibangun dari kombinasi 21 asam α-amino yang berbeda. Pengulangan urutan asam amino secara teratur akan membuat rantai panjang ini membalikkan dirinya sendiri, membentuk struktur sekunder protein. Susunan spasial struktur sekunder akan mendukung pelipatannya menjadi struktur tersier (tridimensi), yang kemudian dapat berinteraksi dalam kompleks protein, membentuk struktur kuartener. Aktivitas fungsional protein bergantung pada konformasi tridimensionalnya. Namun, struktur yang kompleks dan rapuh ini dapat rusak oleh tekanan mekanis, kimiawi, atau termal. Setiap perubahan konformasi dalam struktur protein disebut denaturasi. Tergantung pada bagaimana protein diproses, denaturasi dapat terjadi secara menyeluruh dan tidak dapat dipulihkan.
Mengekstraksi protein dari sumber alaminya dan memurnikannya melibatkan berbagai proses mekanis, termal, dan kimiawi yang dapat merusak struktur protein. Keadaan protein, yaitu asli atau terdenaturasi, akan memengaruhi sifat fungsionalnya, seperti kelarutan, emulsifikasi, dan kemampuan untuk membentuk struktur padat seperti gel dan serat dan, akibatnya, aplikasinya dalam industri makanan sebagai bahan fungsional [3].
Karakterisasi Termal Protein
Dynamic Scanning Calorimetry (DSC) telah diterapkan untuk menyelidiki sifat termodinamika komponen makanan, termasuk perubahan entalpi dan kapasitas panas, transisi gelas dan Suhu Leleh dan EntalpiEntalpi fusi suatu zat, juga dikenal sebagai panas laten, adalah ukuran masukan energi, biasanya panas, yang diperlukan untuk mengubah suatu zat dari padat menjadi cair. Titik leleh suatu zat adalah suhu saat zat tersebut berubah wujud dari padat (kristal) menjadi cair (lelehan isotropik). suhu leleh, serta Stabilitas TermalSuatu bahan dikatakan stabil secara termal jika tidak terurai di bawah pengaruh suhu. Salah satu cara untuk menentukan stabilitas termal suatu zat adalah dengan menggunakan TGA (penganalisis termogravimetri). stabilitas termal protein, karbohidrat, dan lipid [4, 5]. Berfokus pada protein, penerapan kalorimetri klasik memberikan informasi berharga mengenai pengaruh konsentrasi, pH, dan Ionic kekuatan pada entalpi denaturasi protein. Analisis termogravimetri komplementer (TGA) dapat diterapkan untuk menyelidiki kadar air (kelembaban), Stabilitas TermalSuatu bahan dikatakan stabil secara termal jika tidak terurai di bawah pengaruh suhu. Salah satu cara untuk menentukan stabilitas termal suatu zat adalah dengan menggunakan TGA (penganalisis termogravimetri). stabilitas termal, atau suhu dekomposisi, serta konsentrasi mineral dengan menentukan Kandungan AbuAbu adalah ukuran kandungan mineral oksida berdasarkan berat. Analisis termogravimetri (TGA) dalam atmosfer oksidatif merupakan metode yang telah terbukti dengan baik untuk menentukan residu anorganik, yang biasanya disebut abu, dalam bahan organik seperti polimer, karet, dan lain-lain. Oleh karena itu, pengukuran TGA akan mengidentifikasi apakah suatu bahan terisi dan menghitung total kandungan bahan pengisi. kadar abu [6, 7].
Dalam penelitian ini, DSC digunakan untuk mengkarakterisasi suhu denaturasi protein nabati dari biji bunga matahari. Helianthus annuus L. adalah spesies bunga matahari yang dibudidayakan. Biji yang telah dikupas terdiri dari antara 47% dan 65% lipid, dan antara 20% dan 40% protein, yang terutama digunakan sebagai sumber minyak nabati. Tergantung pada kondisi ekstraksi minyak, bahan padat yang tersisa, yang disebut tepung bunga matahari, hanya akan memiliki protein terdenaturasi tanpa aplikasi apa pun selain fortifikasi produk makanan atau pakan ternak. Produk yang dianalisis di sini diklaim telah diproses secara ringan dan memiliki kandungan protein 60%, sesuai dengan spesifikasi yang diberikan oleh produsen. Hal ini dimaksudkan untuk digunakan sebagai alternatif protein hewani dalam produk roti dan sediaan emulsi [6]. Protein didispersikan dalam air suling dengan konsentrasi akhir 15% (b/v)*. Massa sampel 25 mg dispersi, yang mengandung 3,75 mg protein, dianalisis dalam wadah Al yang dapat dilas dingin dan tertutup yang dapat menahan sedikit tekanan berlebih yang terjadi selama pengukuran (disebut juga "wadah bertekanan rendah"). Laju pemanasan adalah 5 K/menit dan nitrogen dipilih sebagai atmosfer. Kadar air dan Stabilitas TermalSuatu bahan dikatakan stabil secara termal jika tidak terurai di bawah pengaruh suhu. Salah satu cara untuk menentukan stabilitas termal suatu zat adalah dengan menggunakan TGA (penganalisis termogravimetri). stabilitas termal protein ini ditentukan dengan menggunakan TGA. 10 mg sampel dianalisis dalam krusibel aluminium oksida terbuka di bawah atmosfer gas nitrogen. Parameter pengujian dirangkum dalam tabel 1.
*berat per volume
Tabel 1: Kondisi pengukuran
| Metode | Massa Protein | Wadah | Laju Pemanasan | Suasana |
|---|---|---|---|---|
| TGA | 10 mg | Aluminium oksida (Al2O3), terbuka | 5 K/menit | N2 (20 ml/menit) |
| DSC | 3.75 mg | Aluminium (Al), tekanan rendah | 5 K/menit | N2 (20 ml/menit) |
Hasil Pengukuran
Gambar 1 menunjukkan pengukuran termogravimetri. Kurva DTG dari ekstrak protein bunga matahari menunjukkan langkah kehilangan massa awal sekitar 5% di bawah 100°C. Permulaan degradasi termal terdeteksi pada suhu 206°C. Biasanya untuk protein nabati, kadar air dari isolat kering bervariasi dari 1,5% hingga 7,6%, tergantung pada sumber proteinnya [7]. Keberadaan air dapat dikonfirmasi melalui analisis gas yang berevolusi, misalnya FT-IR. Selain itu, analisis FT-IR dari gas yang berkembang juga dapat Identify zat-zat khas yang dilepaskan karena dekomposisi termal protein dan asam amino, sepertiH2O,CO2, NH3 (amonia),H2S(hidrogen sulfida), dan senyawa siklik yang kaya akan amida, asam karboksilat, dan ikatan amina primer dan sekunder [9].
Denaturasi protein adalah efek EndotermikTransisi sampel atau reaksi bersifat endotermik jika panas diperlukan untuk konversi.endotermik yang dihasilkan dari paparan gugus hidrofobik terhadap air medium. Oleh karena itu, puncak Proses PenyerapanPenyerapan adalah proses fisika dan kimia di mana suatu zat (biasanya gas atau cairan) terakumulasi di dalam fase lain atau pada batas fase dua fase. Tergantung pada tempat akumulasi, ada perbedaan antara absorpsi (akumulasi dalam fase) dan adsorpsi (akumulasi pada batas fase).penyerapan panas sering diamati pada kurva DSC, dan maksimumnya disebut dalam literatur sebagai Suhu Leleh dan EntalpiEntalpi fusi suatu zat, juga dikenal sebagai panas laten, adalah ukuran masukan energi, biasanya panas, yang diperlukan untuk mengubah suatu zat dari padat menjadi cair. Titik leleh suatu zat adalah suhu saat zat tersebut berubah wujud dari padat (kristal) menjadi cair (lelehan isotropik). suhu leleh/transisi (Tm). Tergantung pada karakteristik protein dan kondisi medium, denaturasi termal dapat bersifat reversibel atau ireversibel [10]. Reversibilitas denaturasi dapat dilihat melalui pemanasan kedua dari analisis DSC; jika kurva pemanasan kedua mirip dengan yang pertama, ini menunjukkan bahwa denaturasi yang dialami oleh protein bersifat reversibel.
Analisis DSC protein bunga matahari menunjukkan bahwa denaturasi terjadi pada kisaran 91°C hingga 102°C, dengan Tm pada 98,9°C (kurva hijau pada gambar 2). Proses denaturasi tidak dapat dibalik, seperti yang dapat dilihat pada kurva pemanasan kedua (ungu), yang tidak menunjukkan efek EndotermikTransisi sampel atau reaksi bersifat endotermik jika panas diperlukan untuk konversi.endotermik. Kisaran suhu denaturasi sesuai dengan nilai literatur 99,7°C [11].
Kesimpulan
Dalam penelitian ini, protein nabati yang dimaksudkan sebagai alternatif protein hewani untuk formulasi makanan vegan dikarakterisasi secara termal. Analisis termogravimetri digunakan untuk menentukan kadar air dari ekstrak protein bunga matahari kering dan menilai stabilitas termalnya. Kalorimetri pemindaian diferensial digunakan untuk memeriksa suhu transisi dan mendeteksi protein asli dalam sampel. Profil DSC menunjukkan bahwa kondisi pemrosesan cukup ringan untuk mengawetkan protein, sehingga cocok untuk digunakan sebagai bahan makanan fungsional. Kombinasi DSC dan TGA terbukti efektif dalam mengevaluasi efisiensi proses ekstraksi dan potensi protein yang diekstraksi untuk penggunaan industri. Teknik-teknik ini juga membantu mengkarakterisasi komponen makanan dan memprediksi umur simpan masing-masing bahan dan formulasi.