Wat zijn alternatieve eiwitten?
Eiwitten op plantaardige basis zijn al eeuwenlang aanwezig in de menselijke voeding. Eetbare zaden, zoals bonen, linzen, erwten en hun producten, en oliezaden zoals pompoen- en zonnebloempitten, zijn voorbeelden van traditionele eiwitbronnen [1]. Plantaardig eiwit is echter niet het volledige plaatje in de alternatieve eiwitmarkt: algen, micro-organismen, kweekvlees en insecten worden ook beschouwd als eiwitbronnen. Het is echter een langdurig proces om een nieuw product op de markt te brengen. Elke vervanger van dierlijk eiwit moet niet alleen geschikte functionele en organoleptische eigenschappen hebben, maar moet ook efficiënt geproduceerd worden, zodat verwerking en formulering haalbaar zijn [2].
Het toenemende gebruik van alternatieve eiwitten wordt gestimuleerd door drie belangrijke krachten: 1) duurzaamheid, gezien de impact van de veestapel op het milieu; 2) belangstelling voor gezondere voeding om chronische ziekten te voorkomen; en 3) bezorgdheid over dierenwelzijn. Het concept van alternatieve eiwitten is daarom intrinsiek gerelateerd aan duurzaamheid en de milieu-impact van de productie. Daarnaast moet er bij het vaststellen van dit concept rekening worden gehouden met respect voor het culturele en sociale gedrag van elke populatie over de hele wereld [2].
Wat zijn eiwitten?
Eiwitten zijn verantwoordelijk voor verschillende functies in een levende cel, waaronder transport, structuur, metabolisme en immunologische activiteiten. Het zijn macromoleculaire structuren die opgebouwd zijn uit de combinatie van 21 verschillende α-aminozuren. De regelmatige herhaling van de aminozuursequentie zorgt ervoor dat deze lange ketens om zichzelf heen draaien en zo de secundaire structuur van de eiwitten vormen. De ruimtelijke ordening van de secundaire structuren bevordert hun vouwing tot tertiaire (driedimensionale) structuren, die vervolgens kunnen samenwerken in een eiwitcomplex en zo de quaternaire structuren vormen. De functionele activiteit van eiwitten is afhankelijk van hun driedimensionale conformatie. Deze complexe en fragiele structuur kan echter beschadigd raken door mechanische, chemische of thermische StressSpanning wordt gedefinieerd als een niveau van kracht uitgeoefend op een monster met een goed gedefinieerde dwarsdoorsnede. (Spanning = kracht/oppervlak). Monsters met een cirkelvormige of rechthoekige doorsnede kunnen worden samengedrukt of uitgerekt. Elastische materialen zoals rubber kunnen worden uitgerekt tot 5 tot 10 keer hun oorspronkelijke lengte.stress. Elke conformationele verandering in de eiwitstructuur wordt denaturatie genoemd. Afhankelijk van hoe het eiwit wordt verwerkt, kan denaturatie volledig en onomkeerbaar zijn.
Het extraheren van het eiwit uit zijn natuurlijke bron en het zuiveren ervan gaat gepaard met verschillende mechanische, thermische en chemische processen die de eiwitstructuur kunnen vernietigen. De toestand van het eiwit, d.w.z. natief of gedenatureerd, beïnvloedt de functionele eigenschappen, zoals oplosbaarheid, emulgering en het vermogen om vaste structuren zoals gels en vezels te vormen en dus de toepassing in de voedingsindustrie als functioneel ingrediënt [3].
Thermische karakterisering van eiwitten
Dynamische scanning calorimetrie (DSC) is toegepast om de thermodynamische eigenschappen van voedingscomponenten te onderzoeken, waaronder enthalpie- en warmtecapaciteitveranderingen, GlasovergangstemperatuurDe glasovergang is een van de belangrijkste eigenschappen van amorfe en semikristallijne materialen, zoals anorganisch glas, amorfe metalen, polymeren, farmaceutische producten en voedingsingrediënten, enz. en beschrijft het temperatuurgebied waar de mechanische eigenschappen van de materialen veranderen van hard en bros naar meer zacht, vervormbaar of rubberachtig. glasovergangen en smelttemperaturen, en de Thermische stabiliteitEen materiaal is thermisch stabiel als het niet ontleedt onder invloed van temperatuur. Een manier om de thermische stabiliteit van een stof te bepalen is door een TGA (thermogravimetrische analyser) te gebruiken. thermische stabiliteit van eiwitten, koolhydraten en lipiden [4, 5]. Met betrekking tot eiwitten leverde de toepassing van klassieke calorimetrie waardevolle informatie op over de invloed van concentratie, pH en Ionic sterkte op de enthalpie van eiwitdenaturatie. Aanvullende thermogravimetrische analyse (TGA) kan worden toegepast om het water(vocht)gehalte, de Thermische stabiliteitEen materiaal is thermisch stabiel als het niet ontleedt onder invloed van temperatuur. Een manier om de thermische stabiliteit van een stof te bepalen is door een TGA (thermogravimetrische analyser) te gebruiken. thermische stabiliteit of de ontledingstemperatuur te onderzoeken, evenals de minerale concentratie door het asgehalte te bepalen [6, 7].
In dit onderzoek werd DSC gebruikt om de denaturatietemperatuur van een plantaardig eiwit uit zonnebloempitten te karakteriseren. Helianthus annuus L. is de gekweekte zonnebloemsoort. Het gepelde zaad bestaat uit tussen de 47% en 65% lipiden en tussen de 20% en 40% proteïne en wordt voornamelijk gebruikt als bron van eetbare olie. Afhankelijk van de omstandigheden waaronder de olie wordt geëxtraheerd, bevat het overblijvende vaste materiaal, zonnebloemmeel genoemd, alleen gedenatureerd eiwit zonder enige andere toepassing dan de verrijking van voedingsmiddelen of diervoeder. Van het hier geanalyseerde product wordt beweerd dat het mild verwerkt is en een eiwitgehalte van 60% heeft, volgens de specificaties van de producent. Het is bedoeld om te worden gebruikt als alternatief voor dierlijk eiwit in bakkerijproducten en emulsiebereidingen [6]. Het eiwit werd gedispergeerd in gedestilleerd water in een eindconcentratie van 15% (w/v)*. Een monstermassa van 25 mg dispersie, die 3,75 mg eiwit bevatte, werd geanalyseerd in een gesloten koudlasbare Al kroes die bestand is tegen een lichte overdruk die optreedt tijdens de meting (ook wel "lagedrukkroes" genoemd). De verwarmingssnelheid was 5 K/min en als atmosfeer werd stikstof gekozen. Het watergehalte en de Thermische stabiliteitEen materiaal is thermisch stabiel als het niet ontleedt onder invloed van temperatuur. Een manier om de thermische stabiliteit van een stof te bepalen is door een TGA (thermogravimetrische analyser) te gebruiken. thermische stabiliteit van dit eiwit werden bepaald met TGA. 10 mg monsters werden geanalyseerd in open aluminiumoxide kroezen onder een stikstofgasatmosfeer. De testparameters zijn samengevat in tabel 1.
*gewicht per volume
Tabel 1: Meetomstandigheden
| Methode | Eiwitmassa | Kroes | Verwarmingssnelheid | Atmosfeer |
|---|---|---|---|---|
| TGA | 10 mg | Aluminiumoxide (Al2O3), open | 5 K/min | N2 (20 ml/min) |
| DSC | 3.75 mg | Aluminium (Al), lage druk | 5 K/min | N2 (20 ml/min) |
Meetresultaten
Figuur 1 toont de thermogravimetrische meting. De DTG-curve van het zonnebloem-eiwitextract vertoont een initiële massaverliesstap van ongeveer 5% onder 100°C. Het begin van thermische afbraak werd gedetecteerd bij 206°C. Typisch voor plantaardig eiwit varieert het vochtgehalte van de gedroogde isolaten van 1,5% tot 7,6%, afhankelijk van de bron van het eiwit [7]. De aanwezigheid van water kan worden bevestigd via geëvolueerde gasanalyse, bijvoorbeeld FT-IR. Daarnaast kan FT-IR-analyse van de geëvolueerde gassen ook Identify typische stoffen die vrijkomen bij de thermische ontleding van eiwitten en aminozuren, zoalsH2O,CO2, NH3 (ammoniak),H2S(waterstofsulfide) en cyclische verbindingen die rijk zijn aan amide-, carbonzuur-, en primaire en secundaire aminebindingen [9].
Denaturatie van een eiwit is een EndothermEen monsterovergang of een reactie is endotherm als er warmte nodig is voor de omzetting.endotherm effect dat ontstaat door de blootstelling van de hydrofobe groepen aan het waterige medium. Daarom wordt er vaak een warmteabsorptiepiek waargenomen in de DSC-curve en wordt het maximum daarvan in de literatuur de smelt-/overgangstemperatuur (Tm) genoemd. Afhankelijk van de eigenschappen van het eiwit en de omstandigheden van de medium, kan de thermische denaturatie reversibel of irreversibel zijn [10]. De omkeerbaarheid van de denaturatie kan worden gezien via de tweede verhitting van een DSC-analyse; als de tweede verhittingscurve gelijk is aan de eerste, geeft dit aan dat de denaturatie die het eiwit onderging omkeerbaar was.
De DSC-analyse van zonnebloemeiwit laat zien dat de denaturatie optreedt in het bereik van 91°C tot 102°C, met Tm bij 98,9°C (groene curve in figuur 2). Het denaturatieproces is niet omkeerbaar, zoals te zien is in de tweede verwarmingscurve (paars), die geen EndothermEen monsterovergang of een reactie is endotherm als er warmte nodig is voor de omzetting.endotherm effect vertoont. Het temperatuurbereik van de denaturatie is in overeenstemming met de literatuurwaarde van 99,7 °C [11].
Conclusie
In dit onderzoek werd een plantaardig eiwit dat bedoeld is als alternatief voor dierlijk eiwit voor veganistische voedingsformules thermisch gekarakteriseerd. Thermogravimetrische analyse werd gebruikt om het watergehalte van het gedroogde zonnebloem-eiwitextract te bepalen en de Thermische stabiliteitEen materiaal is thermisch stabiel als het niet ontleedt onder invloed van temperatuur. Een manier om de thermische stabiliteit van een stof te bepalen is door een TGA (thermogravimetrische analyser) te gebruiken. thermische stabiliteit te beoordelen. Differential scanning calorimetrie werd gebruikt om de overgangstemperatuur te onderzoeken en eventueel natief eiwit in het monster te detecteren. Het DSC-profiel gaf aan dat de verwerkingscondities mild genoeg waren om het eiwit te behouden, waardoor het geschikt is voor gebruik als functioneel voedselingrediënt. De combinatie van DSC en TGA bleek effectief bij het evalueren van de efficiëntie van het extractieproces en het potentieel van het geëxtraheerde eiwit voor industrieel gebruik. Deze technieken helpen ook bij het karakteriseren van voedselcomponenten en het voorspellen van de houdbaarheid van afzonderlijke ingrediënten en formules.