Ce sunt proteinele alternative?
Proteinele vegetale sunt prezente în alimentația umană de secole. Semințele comestibile, precum fasolea, lintea, mazărea și produsele lor, precum și semințele oleaginoase, inclusiv semințele de dovleac și floarea-soarelui, sunt exemple de surse tradiționale de proteine [1]. Totuși, proteinele vegetale nu reprezintă imaginea completă a pieței proteinelor alternative: algele, microorganismele, carnea cultivată și insectele sunt, de asemenea, considerate surse de proteine. Cu toate acestea, a deveni un produs nou pe piață este un proces lung. Pe lângă faptul că trebuie să aibă proprietăți funcționale și organoleptice adecvate, orice înlocuitor al proteinelor de origine animală trebuie să fie produs în mod eficient, astfel încât să facă procesarea și formularea fezabile [2].
Utilizarea sporită a proteinelor alternative este împinsă de trei forțe principale: 1) durabilitatea, având în vedere impactul animalelor asupra mediului; 2) interesul pentru adoptarea unor diete mai sănătoase pentru a evita bolile cronice; și 3) preocupările legate de bunăstarea animalelor. Prin urmare, conceptul de proteine alternative este intrinsec legat de durabilitate și de impactul producției asupra mediului. În plus, la stabilirea acestui concept trebuie să se țină seama de respectul pentru comportamentul cultural și social al fiecărei populații din lume [2].
Ce sunt proteinele?
Proteinele sunt responsabile pentru mai multe funcții diferite în interiorul unei celule vii, inclusiv transportul, structura, activitățile metabolice și imunologice. Acestea sunt structuri macromoleculare construite din combinația a 21 de α-aminoacizi diferiți. Repetarea regulată a secvenței de aminoacizi va face ca aceste lanțuri lungi să se întoarcă pe ele însele, formând structura secundară a proteinelor. Dispunerea spațială a structurilor secundare va favoriza plierea lor în structuri terțiare (tridimensionale), care pot interacționa apoi într-un complex proteic, formând structurile cuaternare. Activitatea funcțională a proteinelor este dependentă de conformația lor tridimensională. Cu toate acestea, această structură complexă și fragilă poate fi deteriorată de stresul mecanic, chimic sau termic. Orice schimbare conformațională în structura proteinei se numește denaturare. În funcție de modul în care proteina este prelucrată, denaturarea poate fi completă și ireversibilă.
Extragerea proteinei din sursa sa naturală și purificarea acesteia implică diferite procese mecanice, termice și chimice care pot distruge structura proteinei. Starea proteinei, adică nativă sau denaturată, va influența proprietățile sale funcționale, cum ar fi solubilitatea, emulsionarea și capacitatea de a forma structuri solide, cum ar fi gelurile și fibrele și, în consecință, aplicarea sa în industria alimentară ca ingredient funcțional [3].
Caracterizarea termică a proteinelor
Calorimetria dinamică cu scanare (DSC) a fost aplicată pentru a investiga proprietățile termodinamice ale componentelor alimentare, inclusiv schimbările de entalpie și de capacitate termică, tranzițiile vitroase și temperaturile de Temperaturile și entalpiile de topireEntalpia de fuziune a unei substanțe, cunoscută și sub denumirea de căldură latentă, este o măsură a aportului de energie, de obicei căldură, care este necesară pentru a transforma o substanță din stare solidă în stare lichidă. Punctul de topire al unei substanțe este temperatura la care aceasta își schimbă starea din solid (cristalin) în lichid (topitură izotropică). topire, precum și stabilitatea termică a proteinelor, carbohidraților și lipidelor [4, 5]. În ceea ce privește proteinele, aplicarea calorimetriei clasice a furnizat informații valoroase cu privire la influența concentrației, pH-ului și rezistenței Ionic asupra entalpiei denaturării proteinelor. Analiza termogravimetrică complementară (TGA) poate fi aplicată pentru a investiga conținutul de apă (umiditate), stabilitatea termică sau temperatura de Reacția de descompunereO reacție de descompunere este o reacție indusă termic a unui compus chimic care formează produse solide și/sau gazoase. descompunere, precum și concentrația minerală prin determinarea conținutului de cenușă [6, 7].
În acest studiu, DSC a fost utilizat pentru a caracteriza temperatura de denaturare a unei proteine vegetale din semințe de floarea-soarelui. Helianthus annuus L. este specia cultivată de floarea-soarelui. Sămânța decorticată este compusă din între 47% și 65% lipide și între 20% și 40% proteine, fiind utilizată în principal ca sursă de ulei comestibil. În funcție de condițiile de extracție a uleiului, materialul solid rămas, denumit făină de floarea-soarelui, va avea doar proteine denaturate, fără alte aplicații în afara îmbogățirii produselor alimentare sau a hranei pentru animale. Produsul analizat aici este declarat ca fiind ușor prelucrat și are un conținut de proteine de 60%, conform specificațiilor producătorului. Acesta este destinat a fi utilizat ca alternativă la proteinele animale în produsele de panificație și în preparatele în emulsie [6]. Proteina a fost dispersată în apă distilată la o concentrație finală de 15% (p/v)*. O masă de probă de 25 mg de dispersie, conținând 3,75 mg de proteine, a fost analizată într-un creuzet închis din Al sudabil la rece, care poate rezista la o ușoară suprapresiune care apare în timpul măsurării (denumit și "creuzet de joasă presiune"). Viteza de încălzire a fost de 5 K/min, iar azotul a fost ales ca atmosferă. Conținutul de apă și stabilitatea termică a acestei proteine au fost determinate cu ajutorul TGA. 10 mg de probe au fost analizate în creuzete deschise din oxid de aluminiu sub o atmosferă de azot gazos. Parametrii de testare sunt sintetizați în tabelul 1.
*greutate pe volum
Tabelul 1: Condiții de măsurare
| Metoda | Masa proteinei | Creuzet | Viteza de încălzire | Atmosferă |
|---|---|---|---|---|
| TGA | 10 mg | Oxid de aluminiu (Al2O3), deschis | 5 K/min | N2 (20 ml/min) |
| DSC | 3.75 mg | Aluminiu (Al), presiune scăzută | 5 K/min | N2 (20 ml/min) |
Rezultatele măsurătorilor
Figura 1 prezintă măsurarea termogravimetrică. Curba DTG a extractului proteic de floarea-soarelui prezintă o etapă inițială de pierdere de masă de aproximativ 5% sub 100°C. Debutul degradării termice a fost detectat la 206 °C. În mod tipic pentru proteinele vegetale, conținutul de umiditate al izolatelor uscate variază de la 1,5% la 7,6%, în funcție de sursa proteinei [7]. Prezența apei poate fi confirmată prin analiza gazelor evoluate, de exemplu, FT-IR. În plus, analiza FT-IR a gazelor dezvoltate poate, de asemenea, Identify substanțele tipice eliberate ca urmare a descompunerii termice a proteinelor și aminoacizilor, cum ar fiH2O,CO2, NH3 (amoniac),H2S(hidrogen sulfurat) și compuși ciclici bogați în legături amidice, acid carboxilic și amine primare și secundare [9].
Denaturarea unei proteine este un efect endoterm care rezultă din expunerea grupărilor hidrofobe la mediul apos medium. Prin urmare, se observă adesea un vârf de absorbție a căldurii în curba DSC, iar maximul său este denumit în literatura de specialitate temperatura de Temperaturile și entalpiile de topireEntalpia de fuziune a unei substanțe, cunoscută și sub denumirea de căldură latentă, este o măsură a aportului de energie, de obicei căldură, care este necesară pentru a transforma o substanță din stare solidă în stare lichidă. Punctul de topire al unei substanțe este temperatura la care aceasta își schimbă starea din solid (cristalin) în lichid (topitură izotropică). topire/tranziție (Tm). În funcție de caracteristicile proteinei și de condițiile medium, denaturarea termică poate fi reversibilă sau ireversibilă [10]. Reversibilitatea denaturării poate fi observată prin a doua încălzire a unei analize DSC; dacă a doua curbă de încălzire este similară cu prima, acest lucru indică faptul că denaturarea suferită de proteină a fost reversibilă.
Analiza DSC a proteinei de floarea-soarelui arată că denaturarea sa are loc în intervalul 91°C - 102°C, cu Tm la 98,9°C (curba verde din figura 2). Procesul de denaturare nu este reversibil, după cum se poate observa în a doua curbă de încălzire (violet), care nu prezintă niciun efect EndotermiceO tranziție de probă sau o reacție este endotermă dacă este nevoie de căldură pentru conversie.endotermic. Intervalul de temperatură al denaturării este în conformitate cu valoarea din literatură de 99,7°C [11].
Concluzie
În acest studiu, a fost caracterizată termic o proteină vegetală destinată ca alternativă la proteina animală pentru formulările alimentare vegane. Analiza termogravimetrică a fost utilizată pentru a determina conținutul de apă al extractului proteic uscat din floarea-soarelui și pentru a evalua stabilitatea sa termică. Calorimetria cu scanare diferențială a fost utilizată pentru a examina temperatura de tranziție și a detecta orice proteină nativă din probă. Profilul DSC a indicat că condițiile de prelucrare au fost suficient de blânde pentru a păstra proteina, ceea ce o face adecvată pentru utilizarea ca ingredient alimentar funcțional. Combinația de DSC și TGA s-a dovedit eficientă în evaluarea eficienței procesului de extracție și a potențialului proteinei extrase pentru utilizare industrială. Aceste tehnici ajută, de asemenea, la caracterizarea componentelor alimentare și la prezicerea duratei de valabilitate a ingredientelor și formulărilor individuale.