Прогнозирование денатурации белков при пастеризации с помощью программного обеспечения NETZSCH Kinetics Neo

Узнайте, как NETZSCH Kinetics Neo прогнозирует денатурацию белков во время пастеризации и помогает оптимизировать процесс обработки продуктов питания, сохраняя их функциональность.

Почему денатурация белка имеет значение при термической пастеризации

Пастеризация - одна из важнейших технологий обработки пищевых продуктов, обеспечивающая микробную безопасность и продлевающая срок хранения. Несмотря на то что термическая обработка призвана быть щадящей, она неизбежно затрагивает чувствительные к температуре компоненты, в первую очередь белки. Поскольку белки обеспечивают жизненно важные функциональные свойства, такие как растворимость, гелеобразование и эмульгирование, для разработки высококачественных пищевых ингредиентов важно понимать, как они реагируют на тепло. Денатурация белков может повлиять на перечисленные свойства.

Традиционные методы пастеризации сильно различаются по температуре и продолжительности. Пакетная или LTLT (низкотемпературная, длительная) обработка медленно нагревает продукты в течение нескольких минут, в то время как HTST (высокотемпературная, кратковременная) обработка, ультрапастеризация и UHT (ультравысокая температура) подвергают продукты воздействию высоких температур в течение нескольких секунд. Каждый метод обеспечивает свой баланс между контролем микроорганизмов и качеством продукта. Однако чрезмерное нагревание может привести к денатурации белков, потере питательной ценности, изменению текстуры и внешнего вида. Несмотря на появление нетепловых альтернатив, таких как обработка высоким давлением и импульсные электрические поля, тепловая пастеризация остается доминирующей во многих отраслях промышленности. В связи с этим все большую ценность приобретают инструменты прогнозирования, позволяющие оценить и оптимизировать тепловое воздействие на белки.

От кривых ДСК к кинетическим моделям: Прогнозирование изменений белков под действием тепла

NETZSCH Kinetics Neoэто мощная программная платформа, предназначенная для моделирования реакций, зависящих от температуры. Путем кинетического анализа данных, полученных с помощью приборов для термического анализа NETZSCH, программное обеспечение позволяет строить как безмодельные, так и основанные на моделях описания сложных реакционных путей. Для исследований денатурации белков это позволяет исследователям выйти за рамки простого наблюдения за кривыми ДСК и вместо этого разработать точные кинетические модели, которые показывают, как белки разворачиваются при определенных температурных профилях. Затем эти модели можно использовать для прогнозирования степени денатурации в реальных условиях обработки.

В недавней прикладной заметке мы проанализировали дисперсии дрожжевых белков с помощью дифференциальной сканирующей калориметрии(ДСК), чтобы определить их тепловое поведение. Во время первого цикла нагревания белок демонстрировал широкое явление денатурации в диапазоне от 44 до 78 °C. Второй цикл нагревания не дал никаких тепловых эффектов, что подтверждает необратимость денатурации. Чтобы установить кинетику этого процесса, мы провели измерения при нескольких скоростях нагрева. С помощью программного обеспечения Kinetics Neo мы оценили эти наборы данных и обнаружили отличное согласие как с помощью анализа Фридмана без модели, так и с помощью трехэтапного подхода, основанного на модели.

Дисперсия дрожжевого белка при термическом анализе, демонстрирующая пузырьки и клеточные структуры, необходимые для изучения термоиндуцированной денатурации. — Рисунок: Дрожжевой белок

Оптимизация процессов пастеризации с помощью моделирования Kinetics Neo

После установления кинетических параметров, Kinetics Neo был использован для моделирования денатурации белка в типичных условиях пастеризации. Прогнозы выявили существенные различия между методами. Пакетная пастеризация приводила к почти полной денатурации задолго до истечения полного времени обработки. В отличие от этого, УВТ-обработка вызвала быструю и обширную конверсию (через 1 с осталось только около 10 % нативного белка). УВТ была более мягкой, но все же затронула значительную часть белкового состава. Ультрапастеризация оказалась единственным методом, сохранившим большую часть нативного белка, поскольку очень короткое время воздействия ограничило общую денатурацию.

Эта работа показывает, как кинетическое моделирование может помочь в оптимизации стратегий пастеризации. Используя NETZSCH Kinetics Neo , производители продуктов питания могут Identify окна обработки, которые сохраняют функциональность белка, сократить объем экспериментальной работы и использовать более контролируемый подход к термической обработке. В результате мы получаем основанный на данных подход к разработке процессов, который повышает как качество продукции, так и эффективность разработки.