Sehalus Apa Smoothie Anda? Memahami Sifat Bubuk dan Sifat Pelarutan Protein dari Berbagai Sumber

Pendahuluan

Bubuk protein merupakan salah satu produk andalan di dunia nutrisi yang membantu orang-orang menambah massa otot, menurunkan berat badan, atau sekadar melengkapi kekurangan nutrisi dalam pola makan mereka. Sumber protein yang paling umum di industri ini adalah whey, yaitu produk sampingan dari industri susu. Namun, seiring dengan adanya batasan diet (intoleransi laktosa), pertimbangan etis, serta penelitian untuk memaksimalkan manfaat gizi, banyak sumber lain untuk bubuk protein juga telah diteliti.

Terdapat banyak bubuk protein komersial yang sepenuhnya berasal dari sumber nabati atau bahkan dari sumber serangga. NETZSCH Grinding & Dispersing menawarkan sistem yang disesuaikan dengan kapasitas produksi tinggi dan konsumsi energi rendah untuk memproses serangga utuh, larva kering, atau produk antara. Namun, baik bubuk protein nabati maupun yang berasal dari serangga secara tradisional memiliki masalah kelarutan yang buruk jika dibandingkan dengan whey konvensional. Bubuk protein nabati cenderung terdiri dari asam amino yang lebih hidrofobik dan tidak memiliki pengemulsi kimia alami seperti yang terdapat dalam whey, sedangkan bubuk protein berbasis serangga cenderung mengandung serat alami dari eksoskeleton (kitin) yang secara alami sulit larut dalam air. Untuk mengatasi masalah kelarutan ini, strategi umum yang dilakukan adalah mencampurkan berbagai sumber dengan profil asam amino dan pengemulsi yang berbeda-beda.

Dalam penelitian ini, kami berupaya membandingkan sifat bubuk kering dari berbagai sumber bubuk protein serta mengukur profil pelarutannya dan bahkan mengeksplorasi teksturnya di mulut. Untuk mencapai hal ini, kami menggunakan seri reometer Kinexus Prime dari NETZSCH yang dapat mengkarakterisasi berbagai cairan kompleks dan semi-padat berkat sensitivitasnya, kebutuhan volume yang rendah, geometri modular, serta kemampuan pengukuran dengan metode advanced software. Secara khusus, sifat modular instrumen ini memungkinkan penyesuaian yang cepat dan mudah untuk mengukur sampel dalam bentuk bubuk, selama proses pelarutan, dan untuk uji tribologi.

Empat sampel berbeda telah dikarakterisasi; protein whey yang diperkaya dengan asam amino tambahan, isolat protein whey (whey yang diproses lebih lanjut untuk menyaring laktosa dan lemak), campuran berbasis tumbuhan (protein kacang polong, labu, dan chia), serta campuran berbasis serangga (protein jangkrik dan kacang polong).

Sifat-sifat Bubuk Kering

Untuk pengukuran bubuk kering itu sendiri, digunakan protokol yang serupa dengan yang telah dilaporkan sebelumnya untuk pengukuran laktosa kering [1]. Parameter pengukuran dijabarkan secara rinci dalam Tabel 1.

Tabel 1: Pengaturan pengukuran

Setiap sampel menjalani tahap fluidisasi yang terdiri dari peningkatan viskositas geser secara bertahap antara 10 hingga 1000 1/s, diikuti dengan istirahat selama 5 menit. Selama tahap ini, interaksi antar partikel berkurang [2] dan pengaruh riwayat sampel dihilangkan (kompresi akibat penanganan, dll). Viskositas sebagai fungsi laju geser untuk setiap bubuk ditunjukkan pada Gambar 1.

Bahkan selama tahap fluidisasi untuk menghapus riwayat sampel, terdapat perbedaan yang jelas dalam viskositas sampel, di mana whey yang diperkuat memiliki viskositas tertinggi dan campuran serangga memiliki viskositas terendah. Berbagai parameter, seperti ukuran partikel dan muatan, akan menentukan viskositas bubuk kering di bawah gaya geser.

Setelah riwayat pemrosesan sampel dihapus melalui fluidisasi, dilakukan pengukuran amplitudo pada sampel untuk menentukan sifat viskoelastis (G’ menggambarkan perilaku elastis dan G” menggambarkan perilaku viskos) bubuk tersebut. Pengukuran dilakukan menggunakan paddle pati pada suhu kamar dan frekuensi 1 Hz, dengan rentang tekanan dari 0,01 Pa hingga 50 Pa. Hasil pengujian amplitudo ditunjukkan pada Gambar 2.

Sifat viskoelastis yang diukur dari bubuk kering memberikan wawasan mengenai jaringan yang terbentuk akibat interaksi antarpartikel (elektrostatika, gesekan, dll.). Memahami sifat-sifat ini tidak hanya penting dalam hal pemrosesan dan kemampuan mengalir, tetapi juga dalam memahami seberapa kuat jaringan tersebut saat proses pelarutan. Isolat protein whey memiliki nilai modulus awal tertinggi, yang menunjukkan bahwa isolat ini membentuk jaringan bubuk yang paling kaku, tetapi juga menunjukkan wilayah viskoelastisitas linier terendah (wilayah di mana G’ dan G” menunjukkan respons linier seiring meningkatnya SaringRegangan menggambarkan deformasi material, yang dibebani secara mekanis oleh gaya atau tekanan eksternal. Senyawa karet menunjukkan sifat mulur, jika beban statis diterapkan.regangan), yang menunjukkan bahwa meskipun jaringannya kaku, hanya diperlukan sedikit SaringRegangan menggambarkan deformasi material, yang dibebani secara mekanis oleh gaya atau tekanan eksternal. Senyawa karet menunjukkan sifat mulur, jika beban statis diterapkan.regangan geser untuk memisahkan partikel-partikel tersebut. Sebaliknya, protein whey yang diperkuat memiliki wilayah viskoelastisitas linier terluas, yang menunjukkan bahwa jaringan yang dibentuk oleh partikel-partikel tersebut tahan terhadap geser atau GetaranProses mekanis osilasi disebut getaran. Getaran adalah fenomena mekanis di mana osilasi terjadi di sekitar titik keseimbangan. Dalam banyak kasus, getaran tidak diinginkan, membuang energi dan menciptakan suara yang tidak diinginkan. Sebagai contoh, gerakan getaran mesin, motor listrik, atau perangkat mekanis apa pun yang sedang beroperasi biasanya tidak diinginkan. Getaran tersebut dapat disebabkan oleh ketidakseimbangan pada bagian yang berputar, gesekan yang tidak rata, atau penyambungan gigi roda gigi. Desain yang cermat biasanya meminimalkan getaran yang tidak diinginkan.getaran proses.

Penting untuk dicatat, selain perbedaan fisik/mekanis yang diamati antara bubuk protein dari sumber yang berbeda, diharapkan pula bahwa bubuk-bubuk tersebut menunjukkan sifat termal yang berbeda pula [2].

Sifat viskoelastis dari a) whey yang diperkuat, b) isolat protein whey, c) campuran serangga, dan d) campuran tumbuhan, diukur melalui pengujian amplitudo pada 1 Hz dari SaringRegangan menggambarkan deformasi material, yang dibebani secara mekanis oleh gaya atau tekanan eksternal. Senyawa karet menunjukkan sifat mulur, jika beban statis diterapkan.regangan geser 0,001 hingga 1%.

Pembubaran

Resep standar untuk smoothie bubuk protein adalah dengan menambahkan satu sendok takar (25–35 g) ke dalam 1–1,5 cangkir air. Tujuan kami dalam penelitian ini bukan hanya untuk mengukur waktu yang dibutuhkan berbagai jenis bubuk protein untuk larut, tetapi juga seberapa baik bubuk tersebut tetap larut dibandingkan dengan yang mengendap. Kami juga ingin menentukan laju pelarutan dan viskositas karena sampel-sampel ini akan dicampur, baik secara industri maupun di rumah menggunakan blender. Untuk itu, laju geser dalam mixer model ditemukan berkisar antara 0–400 1/s (tergantung pada ukuran, baling-baling, dll.) [3]. Untuk pengukuran, 35 g air ditambahkan ke dalam cangkir berdiameter 34 mm. Selanjutnya, 4,4 g masing-masing bubuk protein dituangkan di atas air sebelum dayung pati diturunkan ke celah yang telah ditetapkan sebesar 5 mm. Setiap sampel kemudian dicampur pada laju geser 300 1/s selama 5 menit. Setelah pencampuran awal, sampel dibiarkan mengendap selama 5 menit sebelum dicampur kembali pada kecepatan 300 1/s selama 5 menit. Pola jeda dan pencampuran ini diulangi untuk satu siklus tambahan pada setiap sampel (waktu pengukuran total 25 menit).

Hasil studi pelarutan ditunjukkan pada Gambar 3. Jika melihat Gambar 3a) yang menunjukkan viskositas sebagai fungsi dari pengadukan pada kecepatan 300 1/s selama 5 menit, terlihat jelas bahwa isolat protein whey larut paling cepat dan memiliki viskositas terendah di antara semua campuran. Whey yang diperkaya hanya membutuhkan waktu kurang dari dua menit untuk mencapai viskositas yang stabil, sedangkan campuran serangga membutuhkan waktu lebih dari 4 menit. Yang penting, campuran nabati tidak pernah mencapai viskositas yang stabil tetapi terus meningkat, yang menunjukkan bahwa lebih banyak protein yang terhidrasi dan masuk ke dalam larutan. Dari Gambar 3b), terlihat bahwa selama seluruh rentang pengujian 25 menit dan dengan tiga tahap pengadukan terpisah, campuran berbasis tumbuhan masih terus mengalami peningkatan viskositas dan belum mencapai nilai yang stabil. Sebagai perbandingan, ketiga bubuk protein lainnya mencapai nilai yang stabil setelah pencampuran pertama. Campuran nabati tidak hanya terus terhidrasi bahkan setelah 25 menit dalam larutan, tetapi viskositas akhirnya hampir dua kali lipat dari viskositas whey protein solate pada konsentrasi yang sama.

Pengukuran Tribologi

Sebelumnya, kami telah menunjukkan bagaimana penilaian tribologi (ilmu yang mempelajari gesekan dan pelumasan) dengan sistem pengukuran gesekan dan pelumasan Kinexus Prime ultra+ dapat dimanfaatkan oleh industri ilmu pangan untuk mengkorelasikan struktur pangan dengan persepsi sensorik seperti sensasi di mulut [4]. Kami mengambil minuman protein yang dihasilkan selama studi pelarutan dan mengujinya menggunakan sel tribologi bola-pada-tiga-penyangga. Geometri bagian atas menggunakan bola kaca borosilikat (berdiameter 12,7 mm), sedangkan geometri bagian bawah menggunakan tiga pin elastomer (Sylgard 184) untuk mensimulasikan pasangan tribologis lidah-langit-mulut yang lunak secara optimal. Telah dilaporkan bahwa kecepatan rata-rata pergerakan lidah di atas langit-langit mulut selama lima tahap menelan cairan adalah 10,3 mm/s [5]. Sampel diukur tiga kali pada suhu kamar dengan kecepatan geser berkisar antara 5e-7 hingga 1,3 m/s.

Kurva Stribeck yang diperluas dari keempat smoothie protein ditunjukkan pada Gambar 4. Secara tradisional, koefisien gesekan rendah didefinisikan sebagai < 0,3 sedangkan koefisien gesekan tinggi adalah > 0,6. Rentang kecepatan 1 mm/s hingga 100 mm/s disorot untuk mencakup rentang kecepatan di mana lidah bergerak di atas langit-langit mulut saat minum. Baik whey yang diperkaya maupun isolat protein whey memiliki profil yang serupa, sedangkan campuran serangga dan campuran tumbuhan keduanya memiliki koefisien gesekan awal yang meningkat seiring dengan peningkatan kecepatan geser. Hal ini menunjukkan bahwa selama proses menelan, baik campuran serangga maupun campuran tumbuhan akan memiliki tekstur yang semakin kasar akibat penggumpalan partikel, sehingga menghasilkan koefisien gesekan yang lebih tinggi. Data ini sangat penting dalam memahami pertanyaan klasik ‘sehalus apa smoothie Anda?’

Ringkasan

Dalam penelitian ini, kami mengkaji sifat-sifat bubuk protein yang bersumber dari berbagai bahan, mulai dari whey yang diproses dengan cara berbeda, campuran nabati murni, hingga campuran serangga. Dengan menggunakan Sistem Pengujian dan Analisis Minuman Kinexus Prime ultra+, kami dapat menganalisis sifat-sifat bubuk kering hingga karakteristik pelarutannya, bahkan memahami bagaimana sensasi larutan akhir di mulut saat diminum. Pengembangan produk protein berbasis tumbuhan dan serangga merupakan bidang penelitian utama dalam industri makanan dan minuman. Memahami variabel-variabel seperti aliran dan pelarutan sangat penting baik bagi proses produksi maupun kenikmatan pengguna akhir.