Przewidywanie denaturacji białek podczas pasteryzacji za pomocą oprogramowania NETZSCH Kinetics Neo

Dlaczego denaturacja białek ma znaczenie w pasteryzacji termicznej?

Pasteryzacja jest jedną z najważniejszych technologii przetwarzania żywności, zapewniającą bezpieczeństwo mikrobiologiczne i wydłużającą okres przydatności do spożycia. Chociaż obróbka termiczna ma być delikatna, nieuchronnie wpływa na składniki wrażliwe na temperaturę, w szczególności białka. Ponieważ białka zapewniają istotne właściwości funkcjonalne, takie jak rozpuszczalność, żelowanie i emulgowanie, konieczne jest zrozumienie ich reakcji na ciepło w celu opracowania wysokiej jakości składników żywności. Denaturacja białek może wpływać na wspomniane właściwości.

Tradycyjne techniki pasteryzacji różnią się znacznie pod względem temperatury i czasu trwania. Obróbka wsadowa lub LTLT (niskotemperaturowa, długotrwała) powoli podgrzewa produkty przez kilka minut, podczas gdy procesy HTST (wysokotemperaturowe, krótkotrwałe), ultra pasteryzacja i UHT (ultrawysoka temperatura) wystawiają żywność na działanie wyższych temperatur przez kilka sekund. Każda metoda zapewnia inną równowagę między kontrolą mikrobiologiczną a jakością produktu. Jednak nadmierne ciepło może prowadzić do denaturacji białek, utraty wartości odżywczych oraz zmian w teksturze lub wyglądzie. Pomimo pojawienia się alternatywnych metod nietermicznych, takich jak przetwarzanie wysokociśnieniowe i impulsowe pola elektryczne, pasteryzacja termiczna pozostaje dominująca w wielu sektorach przemysłu. W związku z tym narzędzia predykcyjne, które mogą oceniać i optymalizować wpływ termiczny na białka, stają się coraz bardziej wartościowe.

Od krzywych DSC do modeli kinetycznych: Przewidywanie zmian białek indukowanych ciepłem

NETZSCH Kinetics Neoto potężna platforma oprogramowania zaprojektowana do modelowania reakcji zależnych od temperatury. Dzięki analizie kinetycznej danych z urządzeń do analizy termicznej NETZSCH, oprogramowanie może konstruować zarówno bezmodelowe, jak i oparte na modelach opisy złożonych ścieżek reakcji. W przypadku badań denaturacji białek pozwala to badaczom wyjść poza zwykłą obserwację krzywych DSC i zamiast tego opracować precyzyjne modele kinetyczne, które ujawniają, w jaki sposób białka rozwijają się w określonych profilach temperaturowych. Modele te można następnie wykorzystać do przewidywania stopnia denaturacji w rzeczywistych warunkach przetwarzania.

W niedawnej nocie aplikacyjnej przeanalizowaliśmy dyspersje białek drożdży za pomocą różnicowej kalorymetrii skaningowej(DSC), aby określić ich zachowanie termiczne. Podczas pierwszego cyklu ogrzewania białko wykazywało szerokie zdarzenie denaturacji w zakresie od 44°C do 78°C. Drugi cykl ogrzewania nie przyniósł żadnych efektów termicznych, potwierdzając nieodwracalność denaturacji. Aby ustalić kinetykę tego procesu, przeprowadziliśmy pomiary przy kilku szybkościach ogrzewania. Za pomocą oprogramowania Kinetics Neo oceniliśmy te zestawy danych i stwierdziliśmy doskonałą zgodność zarówno przy użyciu bezmodelowej analizy Friedmana, jak i trzystopniowego podejścia opartego na modelu.

Dyspersja białek drożdży poddana analizie termicznej, pokazująca pęcherzyki i struktury komórkowe niezbędne do badania denaturacji indukowanej ciepłem. — Rysunek: Białko drożdży

Optymalizacja procesów pasteryzacji za pomocą symulacji Kinetics Neo

Po ustaleniu parametrów kinetycznych, Kinetics Neo wykorzystano do symulacji denaturacji białka w typowych warunkach pasteryzacji. Przewidywania ujawniły znaczące różnice między metodami. Pasteryzacja wsadowa doprowadziła do prawie całkowitej denaturacji na długo przed upływem pełnego czasu obróbki. W przeciwieństwie do tego, przetwarzanie UHT spowodowało szybką i rozległą konwersję (po 1 s pozostało tylko ok. 10% natywnego białka). HTST była łagodniejsza, ale nadal wpływała na znaczną część zawartości białka. Ultra pasteryzacja była jedyną metodą, która zachowała większość natywnego białka, ponieważ bardzo krótki czas ekspozycji ograniczył ogólną denaturację.

Praca ta podkreśla, w jaki sposób modelowanie kinetyczne może wspierać optymalizację strategii pasteryzacji. Korzystając z NETZSCH Kinetics Neo , producenci żywności mogą Identify okna przetwarzania, które zachowują funkcjonalność białka, zmniejszają NapięcieOdkształcenie opisuje deformację materiału, który jest obciążony mechanicznie przez siłę zewnętrzną lub naprężenie. Mieszanki gumowe wykazują właściwości pełzania, jeśli zastosowane zostanie obciążenie statyczne.obciążenie eksperymentami i przyjmują bardziej kontrolowane podejście do obróbki termicznej. Rezultatem jest oparte na danych podejście do projektowania procesów, które poprawia zarówno jakość produktu, jak i wydajność rozwoju.