Alternatif Proteinler - Kinexus Rotasyonel Reometre ile Isıya Bağlı Jelleşme Üzerine Bir Çalışma

Giriş

Artan küresel nüfus ve proteinlere yönelik sürekli artan taleple birlikte, bitki bazlı proteinler, kültürlenmiş veya yetiştirilmiş et proteinleri, fermantasyondan elde edilen proteinler, yenilebilir böcek proteinleri ve algler gibi bazı alternatif protein kaynakları son zamanlarda artan bir ilgi görmektedir [1]. Jelleşme özelliği, gıda ürünlerinin dokusuna ve tadına katkıda bulunan alternatif proteinlerin en önemli işlevleri arasındadır. Jelleşme, gıda ürünlerinin işlenmesi ve üretimi sırasında meydana gelir. Isıtma, alternatif proteinlerle jel oluşturmak için en sık kullanılan yöntemlerden biridir. Protein moleküllerinin ısıtılarak ve su ile kaplanarak denatürasyonu ve açılmasından sonra, üç boyutlu bir ağ yapısı, yani jel yapısı oluşturmak üzere toplanırlar.

Pratikte, rotasyonel reometre, alternatif proteinlerin jelleşme sıcaklığı, jel stabilitesi ve jel gücü gibi ısı kaynaklı jelleşme özelliklerini incelemek için uygundur.

Malzemeler ve Ölçüm Koşulları

Protein tozları demineralize su içinde belirli protein konsantrasyonlarında (bezelye proteini konsantresi: ağırlıkça %10 ve ağırlıkça %7, böcek proteinleri: ağırlıkça %10) dağıtılmıştır. Protein süspansiyonları 2 saat boyunca oda sıcaklığında manyetik bir karıştırıcı ile çalkalanmıştır. Bütün yumurta numunesinin yanı sıra, yumurta sarısı çıkarılarak ve homojen bir çözelti elde etmek için oda sıcaklığında birkaç dakika boyunca kuvvetli bir şekilde çırpılarak bir yumurta akı numunesi hazırlanmıştır.

Bezelye proteini konsantresi numuneleri, bütün yumurta ve yumurta akı numuneleri üzerinde ölçümler yapmak için plaka-plaka sistemi (çap: 40 mm, boşluk: 0,5 mm) ile donatılmış bir NETZSCH Kinexus Prime pro+ Reometre kullanılmıştır. Sıcaklık 25°C'den 95°C'ye 5°C/dak hızında artırılarak bir sıcaklık taraması gerçekleştirilmiştir. En yüksek sıcaklığa ulaşıldıktan sonra, ısı ile indüklenen jeller jel stabilitesini incelemek için 10 dakika bekletilmiştir. Deney sırasında depolama modülü (G') ve kayıp modülü (G'') kaydedilmiştir. Bitki bazlı proteinler ve yumurta proteinleri için elde edilen sonuçlar böcek proteinleri için olanlarla karşılaştırılmıştır [2].

Ölçüm Sonuçları ve Tartışma

Farklı alternatif proteinlerin ve tipik bir hayvansal protein kaynağının (yumurta) jelleşme özellikleri ısıtma sırasında ve sonrasında rotasyonel reometri ile incelenmiştir.

Şekil 2, ısıl işlem sırasında bezelye proteini konsantresi ile oluşturulan jelin depolama modülü, G' ve Viskoz modülKarmaşık modül (viskoz bileşen), kayıp modülü veya G'', numunelerin genel karmaşık modülünün "hayali" kısmıdır. Bu viskoz bileşen, ölçüm yapılan numunenin sıvı benzeri veya faz dışı tepkisini gösterir. kayıp modülünü, G'', göstermektedir. Sıcaklık yaklaşık 55°C'ye kadar arttığında G' ve G'''de bir artış meydana gelmektedir. Bu durum protein denatürasyonundan kaynaklanmaktadır. Isıl işlemden sonra sıcaklık daha da artırıldığında, ağırlıkça %10'luk bir protein konsantrasyonunda G', G'''den daha yüksektir ve katı benzeri bir jel davranışı gösterir.

Buna ek olarak, ağırlıkça %7'lik daha düşük bir protein konsantrasyonunda bezelye proteini konsantresi üzerinde yapılan bir deney, ısıtma sıcaklığının artmasıyla G'' değerinin G'' değerinden daha yüksek olduğunu ve zayıf bir sıvı benzeri jel davranışı gösterdiğini ortaya koymaktadır.

Ancak, bezelye protein konsantresi ile yapılan bu çalışmada G' = G'' geçişi gözlenmemiştir.

BSF pupa böcek proteinleri ile ısı kaynaklı jelleşme üzerine yapılan önceki bir çalışmada [2], sıcaklığın 50°C'nin üzerine çıkmasıyla, protein denatürasyonunun neden olduğu hem G' hem de G'''nin arttığı bulunmuştur. Çalışılan numune, jelleşme noktası sıcaklığı olan 60°C'de G' = G'' geçişi ile gösterilen jel oluşturmaya başlamıştır.

Böcek proteinleri için sıcaklık üzerindeki eğri ilerlemesi bezelye protein konsantresi için olandan farklıdır. Bu farklı jelleşme davranışı, farklı malzeme bileşimlerine ve olası farklı hidrofilik ve hidrofobik amino asitler ve bunların çeşitli alternatif proteinler arasındaki oranları gibi bireysel protein özelliklerine bağlanabilir.

Hem bütün yumurta hem de yumurta akı örneklerinin jelleşme eğrileri, sıcaklık taraması sırasında tipik sol-jel geçişini sergilemektedir. Yaklaşık 60°C'den itibaren G' ve G" değerlerinde, örneğin yapısal değişiklikler veya proteinlerin denatürasyonu ile açıklanabilecek önemli bir artış gözlemlenebilir. Şekil 3, ısıl işlem sırasında bütün yumurta çözeltisi ile oluşturulan jelin G' ve G'' değerlerini göstermektedir. G' yaklaşık 62°C'de belirgin bir artış ve yaklaşık 75°C'de keskin bir artış gösterirken, G'' yaklaşık 75°C'de dramatik bir artış göstermektedir. Geçiş noktası yaklaşık 74°C'de gerçekleşir. Yumurta akı numunesi için (Şekil 4), hem G' hem de G'' sırasıyla yaklaşık 64°C ve 75°C'de iki belirgin artış gösterir. Geçiş noktası yaklaşık 62,5°C'de meydana gelir. Gözlenen denatürasyon olayları, tüm yumurta numunesinin (yumurta akı ve sarısı) ve yumurta akı numunesinin kimyasal bileşimi ile ilişkilendirilebilir.

Şekil 5, en yüksek sıcaklığa ulaştıktan sonra 10 dakikalık bekletme süresi içindeki jel gücünü, G' ve kararlılığını göstermektedir. Yumurta proteinlerinden elde edilen ısıyla indüklenmiş jeller en yüksek mukavemeti gösterir ve çok kararlıdır. Bu kararlı jel özelliği şekil 3 ve şekil 4'te 85°C'den daha yüksek bir sıcaklıkta da gözlemlenmiştir. Ağırlıkça %10'luk bezelye proteini konsantresi numunesi için en yüksek jel mukavemetine ulaşmak yaklaşık 4 dakika sürer ve ardından oluşan jel kararlı olurken, ağırlıkça %7'lik bezelye proteini konsantresi numunesi için jel mukavemeti biraz azalır. Bunun nedeni, ölçüm sırasında oluşan zayıf jel yapısının deformasyonu (yıkımı) olabilir. Böcek proteinleri [2] ile oluşturulan jelin gücü ile karşılaştırıldığında, bu jeller aşağıdaki sırayı takip ederek farklı jel güçleri, G', sergilemektedir

Bu durum, farklı alternatif proteinlerin farklı potansiyel uygulamalara sahip olduğunu gösterebilir. Örneğin, daha düşük G' değerine veya zayıf bir jel ağına sahip ısıyla indüklenen jeller, bitki bazlı içecekler veya alternatif sütler gibi sıvı gıda formülasyonları için ilginç ve uygun olabilirken, daha yüksek G' değerine veya güçlü bir jel ağına sahip jeller süt ve et analogları vb. için ilginç olabilir.

Alternatif proteinlerin jelleşme özelliklerinin protein türü, protein içeriği, sıcaklık, pH değeri, Ionic gücü ve diğer bileşenler gibi farklı faktörlerden etkilendiğini belirtmek gerekir.

Sonuç

İki alternatif protein kaynağının (bitki bazlı proteinler ve bitki bazlı olmayan yeni proteinler) ısı ile indüklenen jelleşme özellikleri rotasyonel reometri uygulanarak incelenmiştir. Depolama modülü, G', ve kayıp modülü, G'', jelleşme eğrileri sıcaklık taraması sırasında kaydedilmiş ve yorumlanmıştır. Alternatif proteinlerin jelleşme sıcaklığı, jel stabilitesi ve jel gücü analiz edilmiş ve hayvansal proteinler (yumurta) ile karşılaştırılmıştır. Bu tür ölçümler hızlıdır ve nispeten small miktarda temsili numune gerektirir.