소개
전 세계 인구가 증가하고 단백질 수요가 계속 증가함에 따라 최근 식물성 단백질, 배양 또는 배양육 단백질, 발효 유래 단백질, 식용 곤충 단백질, 해조류 등 일부 대체 단백질 공급원에 대한 관심이 높아지고 있습니다[1]. 겔화 특성은 대체 단백질의 가장 중요한 기능 중 하나로, 식품의 질감과 맛에 기여합니다. 겔화는 식품의 가공 및 제조 과정에서 발생합니다. 가열은 대체 단백질로 겔을 형성하는 데 가장 자주 사용되는 방법 중 하나입니다. 물을 가열하고 감싸서 단백질 분자가 변성되고 펼쳐지면 응집되어 3차원 네트워크 구조, 즉 겔 구조를 형성하게 됩니다.
실제로 회전 레오미터는 겔 온도, 겔 안정성 및 겔 강도와 같은 대체 단백질의 열 유도 겔화 특성을 연구하는 데 적합합니다.
재료 및 측정 조건
단백질 분말을 정해진 단백질 농도(완두콩 단백질 농축액: 10와 7와트%, 곤충 단백질: 10와트%)로 탈염수에 분산시켰습니다. 단백질 현탁액을 실온에서 2시간 동안 자기 교반기로 교반했습니다. 전체 달걀 샘플 옆에 달걀 노른자를 제거하고 실온에서 몇 분 동안 힘차게 휘저어 균일한 용액을 얻음으로써 달걀 흰자 샘플을 준비했습니다.
완두콩 단백질 농축액 샘플, 전란 및 난백 샘플을 측정하기 위해 플레이트 플레이트 시스템(직경: 40mm, 간격: 0.5mm)이 장착된 레오미터( NETZSCH Kinexus Prime pro+ )를 사용했습니다. 온도 스윕은 분당 5°C의 속도로 온도를 25°C에서 95°C로 높여서 수행했습니다. 최고 온도에 도달한 후 열을 가한 젤을 10분 동안 유지하여 젤의 안정성을 연구했습니다. 실험 중에 저장 계수(G') 및 손실 계수(G'')를 기록했습니다. 식물성 단백질과 계란 단백질에 대해 얻은 결과를 곤충 단백질에 대한 결과와 비교했습니다 [2].
가운데: 신선한 달걀(비교를 위해 동물성 단백질로 사용): 달걀 전체와 난백을 각각 분석했습니다.
오른쪽: 비식물성 신규 단백질: 이전 연구에서 흑군병파리(BSF) 번데기 곤충에서 추출한 곤충 단백질(조단백질 함량 68.7g/100g) [2]
측정 결과 및 토론
다양한 대체 단백질과 전형적인 동물성 단백질 공급원(달걀)의 겔화 특성을 회전 유변학으로 가열 중과 가열 후에 연구했습니다.
그림 2는 열처리 중 완두콩 단백질 농축액으로 형성된 겔의 저장 계수(G')와 손실 계수(G'')를 보여줍니다. 온도가 약 55°C까지 상승하면 G' 및 G''의 증가가 발생합니다. 이는 단백질 변성의 결과입니다. 온도를 더 높여 열처리하면 단백질 농도 10wt%에서 G''가 G''보다 높아져 고체와 같은 겔 거동을 보입니다.
또한 완두콩 단백질 농축액을 단백질 농도 7 wt%에서 실험한 결과, 가열 온도가 높아질수록 G''가 G''보다 높아져 약한 액체와 같은 겔 거동을 나타냅니다.
그러나 완두콩 단백질 농축액에 대한 이 연구에서는 크로스오버 G' = G''가 관찰되지 않았습니다.
BSF 번데기 곤충 단백질을 사용한 열 유도 겔화에 대한 이전 연구에서[2], 온도를 50°C 이상으로 높이면 단백질 변성으로 인해 G' 및 G'' 모두 증가한다는 사실이 밝혀졌습니다. 연구한 샘플은 겔을 형성하기 시작했으며, 이는 겔화점 온도인 60°C에서 크로스오버 G' = G''로 나타났습니다.
곤충 단백질의 온도에 따른 곡선 진행은 완두콩 단백질 농축액의 곡선 진행과 다릅니다. 이러한 상이한 겔화 거동은 다양한 대체 단백질 간의 서로 다른 친수성 및 소수성 아미노산과 그 비율과 같은 개별 단백질 특성과 다른 물질 구성에 기인할 수 있습니다.
전체 계란과 난백 샘플의 겔화 곡선은 온도 스윕 동안 전형적인 용액-겔 전이를 보여줍니다. 약 60°C에서 G' 및 G"의 현저한 증가를 관찰할 수 있으며, 이는 예를 들어 단백질의 구조적 변화 또는 변성으로 설명할 수 있습니다. 그림 3은 열처리 중 전체 계란 용액으로 형성된 겔의 G' 및 G''를 보여줍니다. G'는 약 62°C에서 뚜렷한 증가를 보이고 약 75°C에서 급격한 증가를 보이는 반면, G''는 약 75°C에서 급격한 증가를 보입니다. 크로스오버 지점은 약 74°C에서 발생합니다. 달걀 흰자 샘플(그림 4)의 경우, G''와 G'' 모두 약 64°C와 75°C에서 각각 두 번의 뚜렷한 증가를 보입니다. 크로스오버 지점은 약 62.5°C에서 발생합니다. 관찰된 변성 현상은 전체 계란 샘플(난백 및 노른자)과 난백 샘플의 화학적 구성과 관련이 있을 수 있습니다.
그림 5는 최고 온도에 도달한 후 10분 유지 시간 동안의 겔 강도, G' 및 안정성을 보여줍니다. 달걀 단백질로 만든 열 유도 젤은 가장 높은 강도를 나타내며 매우 안정적입니다. 이러한 안정적인 겔 특성은 그림 3과 그림 4에서 85°C보다 높은 온도에서도 관찰되었습니다. 완두콩 단백질 농축액 샘플의 경우 10 wt%에서 최고 겔 강도에 도달하는 데 약 4분이 걸리고 형성된 겔은 안정적인 반면, 7 wt%에서 완두콩 단백질 농축액 샘플의 경우 겔 강도가 약간 감소합니다. 이는 측정 중에 형성된 약한 젤 구조가 변형(파괴)되었기 때문일 수 있습니다. 곤충 단백질로 형성된 겔의 강도와 비교했을 때[2], 이러한 겔은 다음과 같은 순서로 서로 다른 겔 강도(G')를 나타냅니다
이는 대체 단백질마다 다른 잠재적 응용 분야가 있음을 시사할 수 있습니다. 예를 들어, G' 값이 낮거나 겔 네트워크가 약한 열 유도 젤은 식물성 음료나 대체 우유와 같은 액체 식품 제형에 흥미롭고 적합할 수 있는 반면, G' 값이 높거나 겔 네트워크가 강한 젤은 유제품 및 육류 유사품 등에 흥미로울 수 있습니다.
대체 단백질의 겔화 특성은 단백질 유형, 단백질 함량, 온도, pH 값, Ionic 강도 및 기타 성분과 같은 다양한 요인에 의해 영향을 받는다는 점을 언급할 필요가 있습니다.
결론
회전 유변물성을 적용하여 두 가지 대체 단백질 공급원(식물성 단백질과 비식물성 신규 단백질)의 열에 의한 겔화 특성을 연구했습니다. 온도 스윕 동안 저장 계수인 G' 및 손실 계수인 G''의 겔화 곡선을 기록하고 해석했습니다. 대체 단백질의 겔화 온도, 겔 안정성 및 겔 강도를 분석하고 동물성 단백질(달걀)의 겔화 온도와 비교했습니다. 이러한 측정은 빠르고 비교적 small 많은 양의 대표 시료가 필요합니다.