Proteine alternative - Uno studio della gelificazione indotta dal calore con il reometro rotazionale Kinexus

Introduzione

Con l'aumento della popolazione mondiale e la crescente domanda di proteine, alcune fonti proteiche alternative hanno recentemente suscitato un crescente interesse, come le proteine di origine vegetale, le proteine di carne coltivata o coltivabile, le proteine derivate dalla fermentazione, le proteine di insetti commestibili e le alghe [1]. La proprietà gelificante è una delle funzioni più importanti delle proteine alternative e contribuisce alla consistenza e al gusto dei prodotti alimentari. La gelificazione avviene durante la lavorazione e la produzione di prodotti alimentari. Il riscaldamento è uno dei metodi più utilizzati per formare gel con le proteine alternative. Dopo la denaturazione e il dispiegamento delle molecole proteiche per mezzo del riscaldamento e dell'acqua, esse si aggregano per formare una struttura di rete tridimensionale, cioè la struttura del gel.

In pratica, un reometro rotazionale è adatto per studiare le proprietà di gelificazione delle proteine alternative indotte dal calore, come la temperatura di gelificazione, la stabilità e la resistenza del gel.

Materiali e condizioni di misura

Le polveri proteiche sono state disperse in acqua demineralizzata a concentrazioni proteiche definite (concentrato proteico di piselli: 10 wt% e 7 wt%, proteine di insetti: 10 wt%). Le sospensioni proteiche sono state agitate con un agitatore magnetico a temperatura ambiente per 2 ore. Oltre al campione di uova intere, è stato preparato un campione di albume rimuovendo il tuorlo e sbattendo energicamente a temperatura ambiente per alcuni minuti per ottenere una soluzione omogenea.

Per eseguire le misure sui campioni di concentrato di proteine di pisello, sull'uovo intero e sull'albume è stato utilizzato un reometro NETZSCH Kinexus Prime pro+ , dotato di un sistema a piastra (diametro: 40 mm, distanza: 0,5 mm). È stato eseguito uno sweep di temperatura aumentando la temperatura da 25°C a 95°C a una velocità di 5°C/min. Dopo aver raggiunto la temperatura massima, i gel indotti dal calore sono stati tenuti per 10 minuti per studiare la stabilità del gel. Durante l'esperimento sono stati registrati il modulo di conservazione (G') e il Modulo viscosoIl modulo complesso (componente viscosa), modulo di perdita o G'', è la parte "immaginaria" del modulo complesso complessivo del campione. Questa componente viscosa indica la risposta liquida, o fuori fase, del campione da misurare. modulo di perdita (G''). I risultati ottenuti per le proteine di origine vegetale e per le proteine delle uova sono stati confrontati con quelli ottenuti per le proteine degli insetti [2].

Risultati delle misure e discussione

Le proprietà gelificanti di diverse proteine alternative e di una tipica fonte proteica animale (uovo) sono state studiate durante e dopo il riscaldamento con la reometria rotazionale.

La Figura 2 mostra il Elasticità e modulo di elasticitàL'elasticità della gomma o elasticità dell'entropia descrive la resistenza di qualsiasi sistema di gomma o elastomero contro una deformazione o uno sforzo applicato dall'esterno. modulo di accumulo, G', e il Modulo viscosoIl modulo complesso (componente viscosa), modulo di perdita o G'', è la parte "immaginaria" del modulo complesso complessivo del campione. Questa componente viscosa indica la risposta liquida, o fuori fase, del campione da misurare. modulo di perdita, G'', del gel formato con il concentrato proteico di pisello durante il trattamento termico. Un aumento di G' e G'' si verifica quando la temperatura aumenta fino a circa 55°C. Ciò è dovuto alla denaturazione delle proteine. Dopo il trattamento termico, aumentando ulteriormente la temperatura, G' è maggiore di G'' a una concentrazione proteica del 10% in peso, mostrando un comportamento da gel solido.

Inoltre, un esperimento condotto sul concentrato di proteine di pisello con una concentrazione proteica inferiore, pari al 7% in peso, indica che G'' è superiore a G'' con l'aumento della temperatura di riscaldamento, suggerendo un debole comportamento da gel liquido.

Tuttavia, l'incrocio G' = G'' non è stato osservato in questo studio sul concentrato proteico di pisello.

In uno studio precedente sulla gelificazione indotta dal calore con proteine di insetti di pupe di BSF [2], si è riscontrato che con l'aumento della temperatura oltre i 50°C, sia G' che G'' aumentavano, a causa della denaturazione delle proteine. Il campione studiato ha iniziato a formare gel, come indicato dall'incrocio G' = G'' a 60°C, la temperatura del punto di gelificazione.

L'andamento della curva alla temperatura delle proteine degli insetti è diverso da quello del concentrato proteico di pisello. Questo diverso comportamento gelificante può essere attribuito alle diverse composizioni dei materiali e alle caratteristiche delle singole proteine, come i possibili diversi aminoacidi idrofili e idrofobici e i loro rapporti tra le varie proteine alternative.

Le curve di gelificazione di entrambi i campioni di uovo intero e di albume mostrano la tipica transizione sol-gel durante l'intervallo di temperatura. A partire da circa 60°C, si osserva un aumento significativo di G' e G", che può essere spiegato, ad esempio, da cambiamenti strutturali o dalla denaturazione delle proteine. La Figura 3 illustra G' e G'' del gel formato con la soluzione di uovo intero durante il trattamento termico. G' mostra un apparente aumento a circa 62°C e un forte aumento a circa 75°C, mentre G'' mostra un forte aumento a circa 75°C. Il punto di crossover si verifica a circa 74°C. Per il campione di albume d'uovo (Figura 4), sia G' che G'' mostrano due aumenti apparenti a circa 64°C e 75°C, rispettivamente. Il punto di crossover si verifica a circa 62,5°C. I fenomeni di denaturazione osservati possono essere correlati alla composizione chimica del campione di uova intere (albume e tuorlo) e del campione di albume.

La Figura 5 illustra la forza del gel, G', e la stabilità entro un tempo di mantenimento di 10 minuti dopo il raggiungimento della temperatura più alta. I gel indotti dal calore delle proteine dell'uovo mostrano la massima resistenza e sono molto stabili. Tale stabilità del gel è stata osservata anche a una temperatura superiore a 85°C nelle figure 3 e 4. Per il campione di concentrato di proteine di pisello al 10% in peso, sono necessari circa 4 minuti per raggiungere la massima resistenza del gel e poi il gel formato è stabile, mentre la resistenza del gel diminuisce leggermente per il campione di concentrato di proteine di pisello al 7% in peso. Ciò potrebbe essere dovuto alla deformazione (distruzione) della debole struttura gel formata durante la misurazione. Rispetto alla forza del gel formato con le proteine degli insetti [2], questi gel mostrano diverse forze del gel, G', seguendo l'ordine

Ciò potrebbe suggerire che le diverse proteine alternative hanno diverse applicazioni potenziali. Ad esempio, i gel indotti dal calore con un valore G' più basso o una rete gel debole potrebbero essere interessanti e adatti per formulazioni alimentari liquide come bevande a base vegetale o latti alternativi, mentre i gel con un valore G' più alto o una rete gel forte sarebbero interessanti per gli analoghi dei latticini e della carne e così via.

Vale la pena ricordare che le proprietà gelificanti delle proteine alternative sono influenzate da diversi fattori, come il tipo di proteina, il contenuto proteico, la temperatura, il valore del pH, la forza Ionic e altri componenti.

Conclusione

Le proprietà di gelificazione indotte dal calore di due fonti proteiche alternative (proteine di origine vegetale e nuove proteine non vegetali) sono state studiate applicando la reometria rotazionale. Le curve di gelificazione del Elasticità e modulo di elasticitàL'elasticità della gomma o elasticità dell'entropia descrive la resistenza di qualsiasi sistema di gomma o elastomero contro una deformazione o uno sforzo applicato dall'esterno. modulo di accumulo, G', e del Modulo viscosoIl modulo complesso (componente viscosa), modulo di perdita o G'', è la parte "immaginaria" del modulo complesso complessivo del campione. Questa componente viscosa indica la risposta liquida, o fuori fase, del campione da misurare. modulo di perdita, G'', sono state registrate e interpretate durante lo sweep di temperatura. La temperatura di gelificazione, la stabilità del gel e la forza del gel delle proteine alternative sono state analizzate e confrontate con quelle delle proteine animali (uova). Queste misure sono veloci e richiedono una quantità relativamente small di campione rappresentativo.