Predicția denaturării proteinelor în timpul pasteurizării cu ajutorul software-ului NETZSCH Kinetics Neo

De ce este importantă denaturarea proteinelor în pasteurizarea termică

Pasteurizarea este una dintre cele mai importante tehnologii de procesare a alimentelor, oferind siguranță microbiană și prelungind durata de valabilitate. Deși tratamentele termice sunt concepute pentru a fi blânde, ele afectează inevitabil componentele sensibile la temperatură, în special proteinele. Deoarece proteinele oferă proprietăți funcționale vitale, cum ar fi solubilitatea, gelifierea și emulsionarea, este esențial să se înțeleagă modul în care acestea reacționează la căldură pentru a dezvolta ingrediente alimentare de înaltă calitate. Denaturarea proteinelor poate afecta proprietățile menționate.

Tehnicile tradiționale de pasteurizare variază mult în ceea ce privește temperatura și durata. Tratamentele discontinue sau LTLT (temperatură scăzută, timp îndelungat) încălzesc lent produsele timp de câteva minute, în timp ce procesele HTST (temperatură ridicată, timp scurt), ultrapasteurizarea și UHT (temperatură ultraînaltă) expun alimentele la temperaturi ridicate timp de câteva secunde. Fiecare metodă oferă un echilibru diferit între controlul microbian și calitatea produsului. Cu toate acestea, căldura excesivă poate duce la denaturarea proteinelor, pierderea valorii nutritive și modificări ale texturii sau aspectului. În ciuda apariției unor alternative non-termice, cum ar fi procesarea la înaltă presiune și câmpurile electrice pulsate, pasteurizarea termică rămâne dominantă în multe sectoare industriale. În consecință, instrumentele predictive care pot evalua și optimiza efectele termice asupra proteinelor devin din ce în ce mai valoroase.

De la curbele DSC la modelele cinetice: Predicția modificărilor proteinelor induse de căldură

NETZSCH Kinetics Neoeste o platformă software puternică concepută pentru a modela reacții dependente de temperatură. Prin analiza cinetică a datelor de la instrumentele de analiză termică NETZSCH, software-ul poate construi atât descrieri fără model, cât și descrieri bazate pe model ale căilor de reacție complexe. Pentru studiile de denaturare a proteinelor, acest lucru permite cercetătorilor să nu se limiteze la simpla observare a curbelor DSC, ci să dezvolte modele cinetice precise care dezvăluie modul în care proteinele se desfășoară în funcție de anumite profile de temperatură. Aceste modele pot fi apoi utilizate pentru a prezice gradul de denaturare în condiții reale de prelucrare.

Într-o notă de aplicație recentă, am analizat dispersii de proteine de drojdie utilizând Calorimetria cu scanare diferențială, DSC, pentru a determina comportamentul lor termic. În timpul primului ciclu de încălzire, proteina a prezentat un eveniment larg de denaturare între 44°C și 78°C. Un al doilea ciclu de încălzire nu a produs niciun efect termic, confirmând ireversibilitatea denaturării. Pentru a stabili cinetica acestui proces, am efectuat măsurători la mai multe viteze de încălzire. Prin intermediul software-ului Kinetics Neo, am evaluat aceste seturi de date și am constatat o concordanță excelentă, utilizând atât analiza Friedman fără model, cât și abordarea în trei etape bazată pe model.

Dispersie de proteine de drojdie sub analiză termică, care prezintă bule și structuri celulare esențiale pentru studiul denaturării induse de căldură. — Figura: Proteină de drojdie

Optimizarea proceselor de pasteurizare cu ajutorul simulărilor Kinetics Neo

După stabilirea parametrilor cinetici, Kinetics Neo a fost utilizat pentru a simula denaturarea proteinelor în condiții tipice de pasteurizare. Predicțiile au evidențiat diferențe semnificative între metode. Pasteurizarea discontinuă a dus la denaturarea aproape completă cu mult înainte ca timpul complet de tratament să se fi scurs. În schimb, procesarea UHT a provocat o conversie rapidă și extinsă (după 1 s au rămas doar aproximativ 10 % din proteinele native). HTST a fost mai blândă, dar a afectat totuși o parte semnificativă a conținutului de proteine. Ultrapasteurizarea a fost singura metodă care a păstrat cea mai mare parte a proteinei native, deoarece timpul foarte scurt de expunere a limitat denaturarea generală.

Această lucrare evidențiază modul în care modelarea cinetică poate sprijini optimizarea strategiilor de pasteurizare. Prin utilizarea NETZSCH Kinetics Neo , producătorii de alimente pot Identify ferestre de procesare care mențin funcționalitatea proteinelor, reduc volumul de muncă al experimentelor și adoptă o abordare mai controlată a tratamentului termic. Rezultatul este o abordare bazată pe date pentru proiectarea proceselor care îmbunătățește atât calitatea produselor, cât și eficiența dezvoltării.