Что такое альтернативные белки?
Растительные белки присутствуют в рационе человека на протяжении многих веков. Съедобные семена, такие как фасоль, чечевица, горох и продукты их переработки, а также масличные культуры, включая тыквенные и подсолнечные семечки, являются примерами традиционных источников белка [1]. Однако растительный белок - это не вся картина на рынке альтернативного белка: водоросли, микроорганизмы, культивированное мясо и насекомые также считаются источниками белка. Однако становление нового продукта на рынке - процесс длительный. Помимо подходящих функциональных и органолептических свойств, любой заменитель животного белка должен быть эффективно произведен, чтобы его можно было перерабатывать и составлять рецептуры [2].
К расширению использования альтернативных белков подталкивают три основные силы: 1) устойчивость, учитывая воздействие животноводства на окружающую среду; 2) интерес к более здоровому питанию, чтобы избежать хронических заболеваний; и 3) обеспокоенность по поводу благополучия животных. Таким образом, концепция альтернативных белков неразрывно связана с устойчивостью и воздействием производства на окружающую среду. Кроме того, при разработке этой концепции необходимо учитывать культурные и социальные особенности каждого населения мира [2].
Что такое белки?
Белки отвечают за несколько различных функций в живой клетке, включая транспорт, структуру, метаболизм и иммунологическую активность. Они представляют собой макромолекулярные структуры, построенные из комбинации 21 различных α-аминокислот. Регулярное повторение последовательности аминокислот заставляет эти длинные цепи переворачиваться, формируя вторичную структуру белков. Пространственное расположение вторичных структур будет способствовать их сворачиванию в третичные (трехмерные) структуры, которые затем могут взаимодействовать в белковом комплексе, образуя четвертичные структуры. Функциональная активность белков зависит от их трехмерной конформации. Однако эта сложная и хрупкая структура может быть повреждена механическим, химическим или термическим воздействием. Любое конформационное изменение в структуре белка называется денатурацией. В зависимости от способа обработки белка денатурация может быть полной и необратимой.
При извлечении белка из природного источника и его очистке происходят различные механические, термические и химические процессы, которые могут разрушить структуру белка. Состояние белка, т.е. нативный или денатурированный, влияет на его функциональные свойства, такие как растворимость, эмульгирование и способность образовывать твердые структуры, такие как гели и волокна, и, следовательно, на его применение в пищевой промышленности в качестве функционального ингредиента [3].
Термическая характеристика белков
Динамическая сканирующая калориметрия (ДСК) применяется для исследования термодинамических свойств пищевых компонентов, включая изменения энтальпии и теплоемкости, температуры стеклования и плавления, а также термической стабильности белков, углеводов и липидов [4, 5]. Если говорить о белках, то применение классической калориметрии позволило получить ценную информацию о влиянии концентрации, рН и силы Ionic на энтальпию денатурации белка. Дополнительный термогравиметрический анализ (ТГА) может применяться для исследования содержания воды (влаги), термостабильности или температуры разложения, а также концентрации минералов путем определения содержания золы [6, 7].
В данном исследовании ДСК была использована для определения температуры денатурации растительного белка из семян подсолнечника. Helianthus annuus L. - культивируемый вид подсолнечника. Дегуллированные семена состоят на 47-65 % из липидов и на 20-40 % из белка и используются в основном как источник пищевого масла. В зависимости от условий извлечения масла, оставшийся твердый материал, называемый подсолнечным шротом, будет содержать только денатурированный белок, не имеющий никакого применения, кроме обогащения пищевых продуктов или кормов для животных. Продукт, анализируемый здесь, заявлен как прошедший легкую переработку и имеющий содержание белка 60%, согласно спецификациям, предоставленным производителем. Он предназначен для использования в качестве альтернативы животному белку в хлебобулочных изделиях и эмульсионных препаратах [6]. Белок диспергировали в дистиллированной воде в конечной концентрации 15 % (w/v)*. Образец массой 25 мг дисперсии, содержащий 3,75 мг белка, анализировали в закрытом холодносварном алюминиевом тигле, выдерживающем небольшое избыточное давление, возникающее во время измерения (также называемом "тиглем низкого давления"). Скорость нагрева составляла 5 К/мин, а в качестве атмосферы был выбран азот. Содержание воды и термостабильность этого белка определяли с помощью ТГА. 10 мг образцов анализировали в открытых тиглях из оксида алюминия в атмосфере азота. Параметры испытаний приведены в таблице 1.
*вес на объем
Таблица 1: Условия измерений
| Метод | Масса белка | Тигель | Скорость нагрева | Атмосфера |
|---|---|---|---|---|
| ТГА | 10 мг | Оксид алюминия (Al2O3), открытый | 5 К/мин | N2 (20 мл/мин) |
| ДСК | 3.75 мг | Алюминий (Al), низкое давление | 5 К/мин | N2 (20 мл/мин) |
Результаты измерений
На рисунке 1 показаны результаты термогравиметрических измерений. Кривая DTG экстракта подсолнечного белка демонстрирует начальную потерю массы около 5% при температуре ниже 100°C. Начало термической деградации было обнаружено при 206°C. Обычно для растительного белка содержание влаги в высушенных изолятах варьируется от 1,5 до 7,6 % в зависимости от источника белка [7]. Присутствие воды можно подтвердить с помощью газового анализа, например, ИК-Фурье. Кроме того, ИК-Фурье анализ уходящих газов может также Identify типичные вещества, выделяющиеся при термическом разложении белков и аминокислот, такие как H2O,CO2, NH3 (аммиак), H2S(сероводород) и циклические соединения, богатые амидными, карбоновыми кислотами, первичными и вторичными аминными связями [9].
Денатурация белка - это эндотермический эффект, возникающий в результате воздействия гидрофобных групп на водную среду medium. Поэтому на кривой ДСК часто наблюдается пик поглощения тепла, а его максимум в литературе называют температурой плавления/перехода (Tm). В зависимости от характеристик белка и условий medium термическая денатурация может быть обратимой или необратимой [10]. Об обратимости денатурации можно судить по второму нагреву при ДСК-анализе; если кривая второго нагревания похожа на первую, это указывает на то, что денатурация, которой подвергся белок, была обратимой.
Анализ ДСК белка подсолнечника показывает, что его денатурация происходит в диапазоне от 91 до 102 °C, при этом Tm составляет 98,9 °C (зеленая кривая на рисунке 2). Процесс денатурации не является обратимым, что видно по второй кривой нагревания (фиолетовая), на которой не наблюдается эндотермического эффекта. Температурный диапазон денатурации соответствует литературному значению 99,7°C [11].
Заключение
В данном исследовании был термически охарактеризован растительный белок, предназначенный в качестве альтернативы животному белку для веганских пищевых рецептур. Термогравиметрический анализ был использован для определения содержания воды в высушенном экстракте подсолнечного белка и оценки его термической стабильности. Дифференциальная сканирующая калориметрия была использована для исследования температуры перехода и обнаружения любого нативного белка в образце. Профиль ДСК показал, что условия обработки были достаточно мягкими, чтобы сохранить белок, что делает его пригодным для использования в качестве функционального пищевого ингредиента. Сочетание ДСК и ТГА оказалось эффективным для оценки эффективности процесса экстракции и потенциала извлеченного белка для промышленного использования. Эти методы также помогают определять характеристики пищевых компонентов и прогнозировать срок годности отдельных ингредиентов и рецептур.