Wprowadzenie
Wraz z rosnącą globalną populacją i stale rosnącym zapotrzebowaniem na białka, niektóre alternatywne źródła białka cieszą się ostatnio rosnącym zainteresowaniem, takie jak białka roślinne, hodowane lub uprawiane białka mięsne, białka pochodzące z fermentacji, białka owadów jadalnych i algi [1]. Właściwość żelowania jest jedną z najważniejszych funkcji alternatywnych białek, przyczyniając się do tekstury i smaku produktów spożywczych. Żelowanie zachodzi podczas przetwarzania i wytwarzania produktów spożywczych. Ogrzewanie jest jedną z najczęściej stosowanych metod tworzenia żeli z białek alternatywnych. Po denaturacji i rozwinięciu cząsteczek białka przez ogrzewanie i otoczenie wodą, zostaną one zagregowane, tworząc trójwymiarową strukturę sieci, tj. strukturę żelu.
W praktyce reometr rotacyjny jest odpowiedni do badania właściwości żelujących białek alternatywnych, takich jak temperatura żelowania, stabilność żelu i wytrzymałość żelu.
Materiały i warunki pomiaru
Proszki białkowe zostały zdyspergowane w wodzie demineralizowanej przy określonych stężeniach białka (koncentrat białka grochu: 10% wag. i 7% wag., białka owadów: 10% wag.). Zawiesiny białkowe mieszano za pomocą mieszadła magnetycznego w temperaturze pokojowej przez 2 godziny. Oprócz próbki całego jaja, przygotowano próbkę białka jaja poprzez usunięcie żółtka jaja i energiczne ubijanie w temperaturze pokojowej przez kilka minut w celu uzyskania jednorodnego roztworu.
Reometr NETZSCH Kinexus Prime pro+ , wyposażony w system płytka-płytka (średnica: 40 mm, szczelina: 0,5 mm) został użyty do przeprowadzenia pomiarów na próbkach koncentratu białka grochu, całego jaja i białka jaja. Przeprowadzono przemiatanie temperatury, zwiększając ją z 25°C do 95°C w tempie 5°C/min. Po osiągnięciu najwyższej temperatury, żele indukowane ciepłem utrzymywano przez 10 minut w celu zbadania stabilności żelu. Podczas eksperymentu rejestrowano moduł magazynowania (G') i Moduł lepkościModuł zespolony (składnik lepkościowy), moduł stratności lub G'' to "urojona" część ogólnego modułu zespolonego próbki. Ten lepki składnik wskazuje na reakcję próbki pomiarowej podobną do cieczy lub poza fazą. moduł stratności (G''). Uzyskane wyniki dla białek roślinnych i białek jaja porównano z wynikami dla białek owadów [2].
Środek: Świeże jaja (użyte jako białko zwierzęce do porównania): analizowano odpowiednio całe jajo i białko jaja.
Po prawej: Nowe białka pochodzenia nieroślinnego: białka owadów (zawartość białka surowego 68,7 g/100 g) wyekstrahowane z poczwarek muchy czarnej (BSF) w poprzednim badaniu [2]
Wyniki pomiarów i dyskusja
Właściwości żelujące różnych alternatywnych białek i typowego źródła białka zwierzęcego (jaja) badano podczas i po ogrzewaniu za pomocą reometrii rotacyjnej.
Rysunek 2 przedstawia moduł magazynowania G' i moduł strat G'' żelu utworzonego z koncentratu białka grochu podczas obróbki termicznej. Wzrost G' i G'' występuje, gdy temperatura wzrasta do ok. 55°C. Wynika to z denaturacji białka. Po obróbce termicznej poprzez dalsze zwiększanie temperatury, G' jest wyższe niż G'' przy stężeniu białka 10% wagowych, wykazując zachowanie żelu podobne do ciała stałego.
Ponadto eksperyment na koncentracie białka grochu przy niższym stężeniu białka wynoszącym 7% wagowych wskazuje, że G'' jest wyższe niż G'' wraz ze wzrostem temperatury ogrzewania, co sugeruje słabe zachowanie żelu podobnego do cieczy.
Jednak w tym badaniu koncentratu białka grochu nie zaobserwowano krzyżowania G' = G''.
W poprzednim badaniu żelowania indukowanego ciepłem z użyciem białek owadzich poczwarek BSF [2] stwierdzono, że wraz ze wzrostem temperatury powyżej 50°C zarówno G', jak i G'' wzrastały, co było spowodowane denaturacją białek. Badana próbka zaczęła tworzyć żel, na co wskazywało Punkt przecięciaW teście reologicznym, takim jak przemiatanie częstotliwości lub przemiatanie czas/temperatura, punkt przecięcia jest wygodnym punktem odniesienia wskazującym punkt "przejścia" próbki. przejście G' = G'' w temperaturze 60°C, temperaturze punktu żelowania.
Przebieg krzywej w zależności od temperatury dla białek owadzich różni się od przebiegu krzywej dla koncentratu białka grochu. Takie różne zachowanie żelowania można przypisać różnym składom materiałów i indywidualnym cechom białek, takim jak możliwe różne hydrofilowe i hydrofobowe aminokwasy oraz ich proporcje między różnymi alternatywnymi białkami.
Krzywe żelowania zarówno próbek całego jaja, jak i białka jaja wykazują typowe Punkt przecięciaW teście reologicznym, takim jak przemiatanie częstotliwości lub przemiatanie czas/temperatura, punkt przecięcia jest wygodnym punktem odniesienia wskazującym punkt "przejścia" próbki. przejście zol-żel podczas zmiany temperatury. Od około 60°C można zaobserwować znaczny wzrost G' i G", co można wyjaśnić na przykład zmianami strukturalnymi lub denaturacją białek. Rysunek 3 ilustruje G' i G'' żelu utworzonego z roztworu całego jaja podczas obróbki termicznej. G' wykazuje widoczny wzrost w temperaturze około 62°C i gwałtowny wzrost w temperaturze około 75°C, podczas gdy G'' wykazuje gwałtowny wzrost w temperaturze około 75°C. Punkt przecięciaW teście reologicznym, takim jak przemiatanie częstotliwości lub przemiatanie czas/temperatura, punkt przecięcia jest wygodnym punktem odniesienia wskazującym punkt "przejścia" próbki.Punkt przecięcia występuje w temperaturze około 74°C. W przypadku próbki białka jaja kurzego (rysunek 4), zarówno G', jak i G'' wykazują dwa pozorne wzrosty odpowiednio w około 64°C i 75°C. Punkt przecięciaW teście reologicznym, takim jak przemiatanie częstotliwości lub przemiatanie czas/temperatura, punkt przecięcia jest wygodnym punktem odniesienia wskazującym punkt "przejścia" próbki.Punkt przecięcia występuje w temperaturze około 62,5°C. Obserwowane zjawiska denaturacji mogą być związane ze składem chemicznym próbki całego jaja (białko i żółtko) oraz próbki białka jaja.
Rysunek 5 ilustruje wytrzymałość żelu, G' i stabilność w ciągu 10-minutowego czasu utrzymywania po osiągnięciu najwyższej temperatury. Indukowane ciepłem żele z białek jaja wykazują najwyższą wytrzymałość i są bardzo stabilne. Takie stabilne właściwości żelu zaobserwowano również w temperaturze wyższej niż 85°C na rys. 3 i rys. 4. W przypadku próbki koncentratu białka grochu o stężeniu 10% mas. osiągnięcie najwyższej wytrzymałości żelu zajmuje około 4 minut, a następnie utworzony żel jest stabilny, podczas gdy wytrzymałość żelu nieznacznie spada w przypadku próbki koncentratu białka grochu o stężeniu 7% mas. Może to być spowodowane deformacją (zniszczeniem) utworzonej słabej struktury żelu podczas pomiaru. W porównaniu z wytrzymałością żelu utworzonego z białek owadzich [2], żele te wykazują różne wytrzymałości żelu, G', zgodnie z kolejnością
Może to sugerować, że różne białka alternatywne mają różne potencjalne zastosowania. Na przykład, indukowane ciepłem żele o niższej wartości G' lub słabej sieci żelowej mogą być interesujące i odpowiednie dla płynnych preparatów spożywczych, takich jak napoje roślinne lub alternatywne mleka, podczas gdy żele o wyższej wartości G' lub silnej sieci żelowej byłyby interesujące dla analogów nabiału i mięsa itp.
Warto wspomnieć, że na właściwości żelujące alternatywnych białek mają wpływ różne czynniki, takie jak rodzaj białka, zawartość białka, temperatura, wartość pH, siła Ionic i inne składniki.
Wnioski
Właściwości żelowania indukowanego ciepłem dwóch alternatywnych źródeł białka (białek roślinnych i nowych białek nieroślinnych) badano za pomocą reometrii rotacyjnej. Krzywe żelowania modułu magazynowania G' i modułu stratności G'' zostały zarejestrowane i zinterpretowane podczas zmiany temperatury. Przeanalizowano temperaturę żelowania, stabilność żelu i wytrzymałość żelu alternatywnych białek i porównano je z białkami zwierzęcymi (jajko). Takie pomiary są szybkie i wymagają stosunkowo small dużej ilości reprezentatywnej próbki.