Cosa sono le proteine alternative?
Le proteine di origine vegetale sono presenti nella dieta umana da secoli. I semi commestibili, come fagioli, lenticchie, piselli e i loro prodotti, così come i semi oleosi, tra cui i semi di zucca e di girasole, sono esempi di fonti proteiche tradizionali [1]. Tuttavia, le proteine di origine vegetale non rappresentano la totalità del mercato delle proteine alternative: anche le alghe, i microrganismi, la carne coltivata e gli insetti sono considerati fonti proteiche. Tuttavia, diventare un nuovo prodotto sul mercato è un processo lungo. Oltre ad avere proprietà funzionali e organolettiche adeguate, qualsiasi sostituto delle proteine animali deve essere prodotto in modo efficiente, in modo da rendere fattibile la lavorazione e la formulazione [2].
L'aumento dell'uso di proteine alternative è spinto da tre forze principali: 1) la sostenibilità, dato l'impatto ambientale del bestiame; 2) l'interesse ad adottare diete più sane per evitare malattie croniche; 3) le preoccupazioni per il benessere degli animali. Il concetto di proteine alternative è quindi intrinsecamente legato alla sostenibilità e all'impatto ambientale della produzione. Inoltre, nella definizione di questo concetto si deve tenere conto del rispetto del comportamento culturale e sociale di ogni popolazione del mondo [2].
Cosa sono le proteine?
Le proteine sono responsabili di diverse funzioni all'interno di una cellula vivente, tra cui il trasporto, la struttura, le attività metaboliche e immunologiche. Sono strutture macromolecolari costruite dalla combinazione di 21 diversi α-amminoacidi. La ripetizione regolare della sequenza di amminoacidi fa sì che queste lunghe catene si ribaltino su se stesse, formando la struttura secondaria delle proteine. La disposizione spaziale delle strutture secondarie favorirà il loro ripiegamento in strutture terziarie (tridimensionali), che possono poi interagire in un complesso proteico, formando le strutture quaternarie. L'attività funzionale delle proteine dipende dalla loro conformazione tridimensionale. Tuttavia, questa struttura complessa e fragile può essere danneggiata da Lo stressLa sollecitazione è definita come un livello di forza applicato su un campione con una sezione trasversale ben definita. (Sollecitazione = forza/area). I campioni con sezione trasversale circolare o rettangolare possono essere compressi o allungati. I materiali elastici come la gomma possono essere allungati fino a 5-10 volte la loro lunghezza originale.stress meccanici, chimici o termici. Qualsiasi cambiamento conformazionale nella struttura proteica è chiamato denaturazione. A seconda del modo in cui la proteina viene elaborata, la denaturazione può essere completa e irreversibile.
L'estrazione della proteina dalla sua fonte naturale e la sua purificazione comportano diversi processi meccanici, termici e chimici che possono distruggere la struttura della proteina. Lo stato della proteina, cioè nativo o denaturato, influenzerà le sue proprietà funzionali, come la solubilità, l'emulsionabilità e la capacità di formare strutture solide come gel e fibre e, di conseguenza, la sua applicazione nell'industria alimentare come ingrediente funzionale [3].
Caratterizzazione termica delle proteine
La calorimetria dinamica a scansione (DSC) è stata applicata per studiare le proprietà termodinamiche dei componenti alimentari, comprese le variazioni di entalpia e capacità termica, le transizioni vetrose e le temperature di Temperature di fusione ed entalpieL'entalpia di fusione di una sostanza, nota anche come calore latente, è una misura dell'apporto di energia, tipicamente calore, necessario per convertire una sostanza dallo stato solido a quello liquido. Il punto di fusione di una sostanza è la temperatura alla quale essa cambia stato da solido (cristallino) a liquido (fusione isotropa). fusione, nonché la Stabilità termicaUn materiale è termicamente stabile se non si decompone sotto l'influenza della temperatura. Un modo per determinare la stabilità termica di una sostanza è quello di utilizzare un TGA (analizzatore termogravimetrico). stabilità termica di proteine, carboidrati e lipidi [4, 5]. Per quanto riguarda le proteine, l'applicazione della calorimetria classica ha fornito informazioni preziose sull'influenza della concentrazione, del pH e della forza Ionic sull'entalpia di denaturazione delle proteine. L'analisi termogravimetrica complementare (TGA) può essere applicata per indagare il contenuto di acqua (umidità), la Stabilità termicaUn materiale è termicamente stabile se non si decompone sotto l'influenza della temperatura. Un modo per determinare la stabilità termica di una sostanza è quello di utilizzare un TGA (analizzatore termogravimetrico). stabilità termica o la temperatura di Reazione di decomposizioneUna reazione di decomposizione è una reazione termicamente indotta di un composto chimico che forma prodotti solidi e/o gassosi. decomposizione, nonché la concentrazione di minerali determinando il Contenuto di cenereLa cenere è una misura del contenuto di ossidi minerali su base ponderale. L'analisi termogravimetrica (TGA) in atmosfera ossidativa è un metodo ben collaudato per determinare il residuo inorganico, comunemente chiamato cenere, nei materiali organici come polimeri, gomme, ecc. Pertanto, la misurazione TGA identifica se un materiale è riempito e calcola il contenuto totale di riempitivo. contenuto di ceneri [6, 7].
In questo studio, la DSC è stata utilizzata per caratterizzare la temperatura di denaturazione di una proteina vegetale ricavata dai semi di girasole. Helianthus annuus L. è una specie di girasole coltivata. Il seme decorticato è composto da una percentuale di lipidi compresa tra il 47% e il 65% e da una percentuale di proteine compresa tra il 20% e il 40% ed è utilizzato principalmente come fonte di olio commestibile. A seconda delle condizioni di estrazione dell'olio, il materiale solido rimanente, chiamato farina di girasole, avrà solo proteine denaturate senza alcuna applicazione oltre alla fortificazione di prodotti alimentari o mangimi. Il prodotto analizzato in questa sede è stato dichiarato leggermente trasformato e ha un contenuto proteico del 60%, secondo le specifiche fornite dal produttore. È destinato a essere utilizzato come alternativa alle proteine animali nei prodotti da forno e nelle preparazioni in emulsione [6]. La proteina è stata dispersa in acqua distillata a una concentrazione finale del 15% (p/v)*. Una massa di campione di 25 mg di dispersione, contenente 3,75 mg di proteina, è stata analizzata in un crogiolo chiuso in Al saldabile a freddo in grado di sopportare una leggera sovrapressione che si verifica durante la misurazione (chiamato anche "crogiolo a bassa pressione"). La velocità di riscaldamento era di 5 K/min e l'atmosfera scelta era l'azoto. Il contenuto d'acqua e la Stabilità termicaUn materiale è termicamente stabile se non si decompone sotto l'influenza della temperatura. Un modo per determinare la stabilità termica di una sostanza è quello di utilizzare un TGA (analizzatore termogravimetrico). stabilità termica di questa proteina sono stati determinati utilizzando la TGA. 10 mg di campioni sono stati analizzati in crogioli aperti di ossido di alluminio in atmosfera di azoto. I parametri del test sono riassunti nella tabella 1.
*peso per volume
Tabella 1: Condizioni di misura
| Metodo | Massa proteica | Crogiolo | Velocità di riscaldamento | Atmosfera |
|---|---|---|---|---|
| TGA | 10 mg | Ossido di alluminio (Al2O3), aperto | 5 K/min | N2 (20 ml/min) |
| DSC | 3.75 mg | Alluminio (Al), bassa pressione | 5 K/min | N2 (20 ml/min) |
Risultati della misurazione
La Figura 1 mostra la misurazione termogravimetrica. La curva DTG dell'estratto proteico di girasole mostra una fase iniziale di perdita di massa di circa il 5% al di sotto dei 100°C. L'inizio della degradazione termica è stato rilevato a 206°C. In genere, per le proteine vegetali, il contenuto di umidità degli isolati essiccati varia dall'1,5% al 7,6%, a seconda della fonte della proteina [7]. La presenza di acqua può essere confermata attraverso l'analisi dei gas evoluti, ad esempio l'FT-IR. Inoltre, l'analisi FT-IR dei gas evoluti può anche Identify sostanze tipiche rilasciate a seguito della Reazione di decomposizioneUna reazione di decomposizione è una reazione termicamente indotta di un composto chimico che forma prodotti solidi e/o gassosi. decomposizione termica di proteine e aminoacidi, comeH2O,CO2, NH3 (ammoniaca),H2S(idrogeno solforato) e composti ciclici ricchi di legami ammidici, acidi carbossilici e ammine primarie e secondarie [9].
La denaturazione di una proteina è un effetto EndotermicoUna transizione campionaria o una reazione è endotermica se per la conversione è necessario il calore.endotermico derivante dall'esposizione dei gruppi idrofobici all'acqua medium. Pertanto, nella curva DSC si osserva spesso un picco di assorbimento termico, il cui massimo è indicato in letteratura come Temperature di fusione ed entalpieL'entalpia di fusione di una sostanza, nota anche come calore latente, è una misura dell'apporto di energia, tipicamente calore, necessario per convertire una sostanza dallo stato solido a quello liquido. Il punto di fusione di una sostanza è la temperatura alla quale essa cambia stato da solido (cristallino) a liquido (fusione isotropa). temperatura di fusione/transizione (Tm). A seconda delle caratteristiche della proteina e delle condizioni di medium, la denaturazione termica può essere reversibile o irreversibile [10]. La reversibilità della denaturazione può essere osservata attraverso il secondo riscaldamento di un'analisi DSC; se la seconda curva di riscaldamento è simile alla prima, ciò indica che la denaturazione subita dalla proteina è reversibile.
L'analisi DSC della proteina di girasole mostra che la sua denaturazione avviene nell'intervallo tra 91°C e 102°C, con Tm a 98,9°C (curva verde in figura 2). Il processo di denaturazione non è reversibile, come si può vedere nella seconda curva di riscaldamento (viola), che non mostra alcun effetto EndotermicoUna transizione campionaria o una reazione è endotermica se per la conversione è necessario il calore.endotermico. L'intervallo di temperatura della denaturazione è in accordo con il valore di letteratura di 99,7°C [11].
Conclusione
In questo studio è stata caratterizzata termicamente una proteina di origine vegetale destinata ad essere un'alternativa alle proteine animali per le formulazioni alimentari vegane. L'analisi termogravimetrica è stata impiegata per determinare il contenuto d'acqua dell'estratto proteico di girasole essiccato e valutarne la Stabilità termicaUn materiale è termicamente stabile se non si decompone sotto l'influenza della temperatura. Un modo per determinare la stabilità termica di una sostanza è quello di utilizzare un TGA (analizzatore termogravimetrico). stabilità termica. La calorimetria a scansione differenziale è stata utilizzata per esaminare la temperatura di transizione e rilevare eventuali proteine native nel campione. Il profilo DSC ha indicato che le condizioni di lavorazione sono state sufficientemente blande da preservare la proteina, rendendola adatta all'uso come ingrediente alimentare funzionale. La combinazione di DSC e TGA si è rivelata efficace per valutare l'efficienza del processo di estrazione e il potenziale della proteina estratta per l'uso industriale. Queste tecniche aiutano anche a caratterizzare i componenti degli alimenti e a prevedere la durata di conservazione di singoli ingredienti e formulazioni.