Proteine alternative - un studiu al gelificării induse de căldură cu ajutorul reometrului rotațional Kinexus

Introducere

Având în vedere creșterea populației globale și cererea tot mai mare de proteine, unele surse alternative de proteine au atras recent un interes tot mai mare, cum ar fi proteinele pe bază de plante, proteinele din carne cultivată sau cultivată, proteinele derivate din fermentare, proteinele comestibile din insecte și alge [1]. Proprietatea de gelificare este una dintre cele mai importante funcții ale proteinelor alternative, contribuind la textura și gustul produselor alimentare. Gelificarea are loc în timpul procesării și fabricării produselor alimentare. Încălzirea este una dintre cele mai frecvent utilizate metode de formare a gelurilor cu proteine alternative. După denaturarea și desfășurarea moleculelor de proteine prin încălzire și învelirea cu apă, acestea vor fi agregate pentru a forma o structură de rețea tridimensională, adică structura gelului.

În practică, un reometru rotațional este adecvat pentru a studia proprietățile de gelificare induse de căldură ale proteinelor alternative, cum ar fi temperatura de gelificare, stabilitatea și rezistența gelului.

Materiale și condiții de măsurare

Pulberile proteice au fost dispersate în apă demineralizată la concentrații proteice definite (concentrat proteic de mazăre: 10 % în greutate și 7 % în greutate, proteine de insecte: 10 % în greutate). Suspensiile de proteine au fost agitate cu un agitator magnetic la temperatura camerei timp de 2 ore. Pe lângă proba de ou întreg, a fost preparată o probă de albuș de ou prin îndepărtarea gălbenușului de ou și baterea energică la temperatura camerei timp de câteva minute pentru a obține o soluție omogenă.

Un reometru NETZSCH Kinexus Prime pro+ , echipat cu un sistem placă-placă (diametru: 40 mm, spațiu: 0,5 mm) a fost utilizat pentru a efectua măsurătorile pe probele de concentrat de proteine de mazăre, pe probele de ou întreg și de albuș de ou. S-a efectuat o baleiere de temperatură prin creșterea temperaturii de la 25°C la 95°C cu o rată de 5°C/min. După atingerea celei mai înalte temperaturi, gelurile induse de căldură au fost menținute timp de 10 minute pentru a studia stabilitatea gelului. Modulul de stocare (G') și modulul de pierdere (G'') au fost înregistrate în timpul experimentului. Rezultatele obținute pentru proteinele vegetale și proteinele din ouă au fost comparate cu cele obținute pentru proteinele din insecte [2].

Rezultatele măsurătorilor și discuții

Proprietățile de gelificare ale diferitelor proteine alternative și ale unei surse tipice de proteine animale (ou) au fost studiate în timpul și după încălzire cu ajutorul reometriei rotaționale.

Figura 2 prezintă Elasticitate și modul de elasticitateElasticitatea cauciucului sau elasticitatea entropică descrie rezistența oricărui sistem de cauciuc sau elastomer la o deformare sau tensiune aplicată din exterior. modulul de stocare, G', și modulul de pierdere, G'', ale gelului format cu concentrat de proteine de mazăre în timpul tratamentului termic. O creștere a G' și G'' are loc atunci când temperatura crește până la aprox. 55°C. Aceasta rezultă din denaturarea proteinelor. După tratamentul termic prin creșterea suplimentară a temperaturii, G' este mai mare decât G'' la o concentrație de proteine de 10 % în greutate, ceea ce arată un comportament de gel solid.

În plus, un experiment efectuat pe concentratul de proteine din mazăre la o concentrație mai mică de proteine, de 7 % în greutate, indică faptul că G'' este mai mare decât G' odată cu creșterea temperaturii de încălzire, ceea ce sugerează un comportament slab de gel de tip lichid.

Cu toate acestea, încrucișarea G' = G'' nu a fost observată în acest studiu al concentratului proteic de mazăre.

Într-un studiu anterior privind gelificarea indusă de căldură cu proteine de insecte BSF pupae [2], s-a constatat că, odată cu creșterea temperaturii peste 50°C, atât G', cât și G'' au crescut, cauzată de denaturarea proteinelor. Proba studiată a început să formeze gel, ceea ce a fost indicat de încrucișarea G' = G'' la 60°C, temperatura punctului de gelificare.

Evoluția curbei în funcție de temperatură pentru proteinele de insecte este diferită de cea pentru concentratul proteic de mazăre. Acest comportament diferit de gelificare poate fi atribuit compozițiilor diferite ale materialului și caracteristicilor individuale ale proteinelor, cum ar fi posibilii aminoacizi hidrofili și hidrofobi diferiți și raporturile acestora între diferitele proteine alternative.

Curbele de gelifiere ale probelor de ou întreg și de albuș de ou prezintă tranziția sol-gel tipică în timpul variației temperaturii. De la aproximativ 60 °C, se poate observa o creștere semnificativă a G' și G", care poate fi explicată, de exemplu, prin modificări structurale sau denaturarea proteinelor. Figura 3 ilustrează G' și G'' ale gelului format cu soluția de ou întreg în timpul tratamentului termic. G' prezintă o creștere aparentă la aproximativ 62°C și o creștere bruscă la aproximativ 75°C, în timp ce G'' prezintă o creștere dramatică la aproximativ 75°C. Punctul de intersecție are loc la aproximativ 74 °C. Pentru proba de albuș de ou (figura 4), atât G', cât și G'' prezintă două creșteri aparente la aproximativ 64°C și, respectiv, 75°C. Punctul de intersecție apare la aproximativ 62,5°C. Fenomenele de denaturare observate pot fi legate de compoziția chimică a probei de ou întreg (albuș de ou și gălbenuș) și a probei de albuș de ou.

Figura 5 ilustrează rezistența gelului, G', și stabilitatea în timp de 10 minute după atingerea celei mai înalte temperaturi. Gelurile induse de căldură din proteine din ouă prezintă cea mai mare rezistență și sunt foarte stabile. O astfel de proprietate stabilă a gelului a fost observată și la o temperatură mai mare de 85 °C în figura 3 și figura 4. Pentru proba de concentrat de proteine de mazăre cu 10 % în greutate, este nevoie de aproximativ 4 minute pentru a atinge cea mai mare rezistență a gelului și apoi gelul format este stabil, în timp ce rezistența gelului scade ușor pentru proba de concentrat de proteine de mazăre cu 7 % în greutate. Acest lucru s-ar putea datora deformării (distrugerii) structurii slabe a gelului format în timpul măsurătorii. În comparație cu rezistența gelului format cu proteine de insecte [2], aceste geluri prezintă rezistențe diferite ale gelului, G', urmând ordinea

Acest lucru ar putea sugera că diferite proteine alternative au aplicații potențiale diferite. De exemplu, gelurile induse de căldură cu o valoare G' mai mică sau o rețea de gel slabă ar putea fi interesante și potrivite pentru formulări de alimente lichide, cum ar fi băuturile pe bază de plante sau laptele alternativ, în timp ce gelurile cu o valoare G' mai mare sau o rețea de gel puternică ar fi interesante pentru analogii de lapte și carne și așa mai departe.

Merită menționat faptul că proprietățile de gelificare ale proteinelor alternative sunt influențate de diferiți factori, cum ar fi tipul de proteină, conținutul de proteine, temperatura, valoarea pH-ului, rezistența Ionic și alte componente.

Concluzie

Proprietățile de gelificare induse de căldură a două surse alternative de proteine (proteine vegetale și proteine noi ne vegetale) au fost studiate prin aplicarea reometriei rotaționale. Curbele de gelificare ale modulului de stocare, G', și ale modulului de pierdere, G'', au fost înregistrate și interpretate în timpul variației temperaturii. Temperatura de gelificare, stabilitatea gelului și rezistența gelului proteinelor alternative au fost analizate și comparate cu cele ale proteinelor animale (ou). Astfel de măsurători sunt rapide și necesită o cantitate relativ small de probă reprezentativă.