Alternatif Proteinler Nedir?
Bitki bazlı proteinler yüzyıllardır insan beslenmesinde yer almaktadır. Fasulye, mercimek, bezelye ve bunların ürünleri gibi yenilebilir tohumların yanı sıra kabak ve ayçiçeği tohumları gibi yağlı tohumlar geleneksel protein kaynaklarına örnektir [1]. Bitki bazlı protein, alternatif protein pazarındaki resmin tamamı değildir: algler, mikroorganizmalar, kültürlenmiş et ve böcekler de protein kaynakları olarak kabul edilmektedir. Ancak pazarda yeni bir ürün haline gelmek uzun bir süreçtir. Uygun işlevsel ve organoleptik özelliklere sahip olmanın yanı sıra, hayvansal bazlı proteinin yerine geçecek herhangi bir ürünün, işleme ve formülasyonun uygulanabilir olması için verimli bir şekilde üretilmesi gerekmektedir [2].
Alternatif protein kullanımındaki artış üç ana güç tarafından desteklenmektedir: 1) hayvancılığın çevresel etkisi göz önüne alındığında sürdürülebilirlik; 2) kronik hastalıklardan kaçınmak için daha sağlıklı diyetler benimsemeye olan ilgi; ve 3) hayvan refahı ile ilgili endişeler. Bu nedenle alternatif proteinler kavramı, sürdürülebilirlik ve üretimin çevresel etkisiyle içsel olarak ilişkilidir. Ayrıca, bu kavram oluşturulurken dünyadaki her bir nüfusun kültürel ve sosyal davranışlarına saygı göz önünde bulundurulmalıdır [2].
Proteinler Nedir?
Proteinler, canlı bir hücre içinde taşıma, yapı, metabolik ve immünolojik faaliyetler de dahil olmak üzere birçok farklı işlevden sorumludur. Proteinler 21 farklı α-amino asidin birleşiminden oluşan makromoleküler yapılardır. Amino asit dizisinin düzenli tekrarı, bu uzun zincirlerin kendi üzerlerinde dönerek proteinlerin ikincil yapısını oluşturmasını sağlayacaktır. İkincil yapıların uzaysal düzenlemesi, üçüncül (üç boyutlu) yapılara katlanmalarını destekleyecek ve bunlar daha sonra bir protein kompleksinde etkileşime girerek dördüncül yapıları oluşturabilecektir. Proteinlerin fonksiyonel aktivitesi üç boyutlu konformasyonlarına bağlıdır. Ancak, bu karmaşık ve kırılgan yapı mekanik, kimyasal veya termal StresStres, iyi tanımlanmış bir kesite sahip bir numune üzerine uygulanan kuvvet seviyesi olarak tanımlanır. (Stres = kuvvet/alan). Dairesel veya dikdörtgen kesitli numuneler sıkıştırılabilir veya gerilebilir. Kauçuk gibi elastik malzemeler orijinal uzunluklarının 5 ila 10 katına kadar gerilebilir.stres nedeniyle zarar görebilir. Protein yapısındaki herhangi bir konformasyonel değişikliğe denatürasyon denir. Proteinin nasıl işlendiğine bağlı olarak, denatürasyon tam ve geri döndürülemez olabilir.
Proteinin doğal kaynağından çıkarılması ve saflaştırılması, protein yapısını tahrip edebilecek farklı mekanik, termal ve kimyasal işlemleri içerir. Protein durumu, yani doğal veya denatüre, çözünürlük, emülsifikasyon ve jeller ve lifler gibi katı yapılar oluşturma yeteneği gibi fonksiyonel özelliklerini ve sonuç olarak gıda endüstrisinde fonksiyonel bir bileşen olarak uygulanmasını etkileyecektir [3].
Proteinlerin Termal Karakterizasyonu
Dinamik Taramalı Kalorimetri (DSC), entalpi ve ısı kapasitesi değişiklikleri, cam geçişleri ve Erime Sıcaklıkları ve EntalpileriGizli ısı olarak da bilinen bir maddenin füzyon entalpisi, bir maddeyi katı halden sıvı hale dönüştürmek için gerekli olan enerji girdisinin, tipik olarak ısının bir ölçüsüdür. Bir maddenin erime noktası, katı (kristal) halden sıvı (izotropik eriyik) hale geçtiği sıcaklıktır. erime sıcaklıkları ve proteinlerin, karbonhidratların ve lipitlerin termal stabilitesi dahil olmak üzere gıda bileşenlerinin termodinamik özelliklerini araştırmak için uygulanmıştır [4, 5]. Proteinlere odaklanıldığında, klasik kalorimetri uygulaması konsantrasyon, pH ve Ionic gücünün protein denatürasyonunun entalpisi üzerindeki etkisine ilişkin değerli bilgiler sağlamıştır. Tamamlayıcı termogravimetrik analiz (TGA), kül içeriğini belirleyerek mineral konsantrasyonunun yanı sıra su (nem) içeriğini, termal stabiliteyi veya bozunma sıcaklığını araştırmak için uygulanabilir [6, 7].
Bu çalışmada, ayçiçeği tohumlarından elde edilen bitki bazlı bir proteinin denatürasyon sıcaklığını karakterize etmek için DSC kullanılmıştır. Helianthus annuus L. kültürü yapılan bir ayçiçeği türüdür. Kabuğu çıkarılmış tohum %47 ile %65 arasında lipit ve %20 ile %40 arasında proteinden oluşur ve öncelikle yenilebilir yağ kaynağı olarak kullanılır. Yağ çıkarma koşullarına bağlı olarak, ayçiçeği küspesi olarak adlandırılan kalan katı madde, gıda ürünlerinin veya hayvan yemlerinin takviyesi dışında herhangi bir uygulama olmaksızın sadece denatüre proteine sahip olacaktır. Burada analiz edilen ürünün hafif işlenmiş olduğu ve üretici tarafından verilen spesifikasyonlara göre %60 protein içeriğine sahip olduğu iddia edilmektedir. Fırıncılık ürünlerinde ve emülsiyon preparatlarında hayvansal proteine alternatif olarak kullanılması amaçlanmıştır [6]. Protein, nihai konsantrasyonu %15 (w/v)* olacak şekilde damıtılmış su içinde dağıtılmıştır. 3,75 mg protein içeren 25 mg dispersiyon numune kütlesi, ölçüm sırasında oluşan hafif bir aşırı basınca dayanabilen kapalı, soğuk kaynaklanabilir bir Al krozede analiz edilmiştir ("düşük basınçlı kroze" olarak da adlandırılır). Isıtma hızı 5 K/dak ve atmosfer olarak nitrojen seçilmiştir. Bu proteinin su içeriği ve termal kararlılığı TGA kullanılarak belirlenmiştir. 10 mg numune azot gazı atmosferi altında açık alüminyum oksit krozelerde analiz edilmiştir. Test parametreleri tablo 1'de özetlenmiştir.
*hacim başına ağırlık
Tablo 1: Ölçüm koşulları
| Yöntem | Protein Kütlesi | Pota | Isıtma Oranı | Atmosfer |
|---|---|---|---|---|
| TGA | 10 mg | Alüminyum oksit (Al2O3), açık | 5 K/dak | N2 (20 ml/dak) |
| DSC | 3.75 mg | Alüminyum (Al), düşük basınç | 5 K/dak | N2 (20 ml/dak) |
Ölçüm Sonuçları
Şekil 1 termogravimetrik ölçümü göstermektedir. Ayçiçeği protein ekstraktının DTG eğrisi, 100°C'nin altında yaklaşık %5'lik bir ilk kütle kaybı adımı sergilemektedir. Termal bozunmanın başlangıcı 206°C'de tespit edilmiştir. Tipik olarak bitki proteini için, kurutulmuş izolatların nem içeriği, proteinin kaynağına bağlı olarak %1,5 ila %7,6 arasında değişmektedir [7]. Suyun varlığı, örneğin FT-IR gibi evrimleşmiş gaz analizi yoluyla doğrulanabilir. Buna ek olarak, evrimleşen gazların FT-IR analizi,H2O,CO2, NH3 (amonyak),H2S(hidrojen sülfür) ve amid, karboksilik asit ve birincil ve ikincil amin bağları bakımından zengin siklik bileşikler gibi proteinlerin ve amino asitlerin termal ayrışması nedeniyle salınan tipik maddeleri de Identify belirleyebilir [9].
Bir proteinin denatürasyonu, hidrofobik grupların sulu ortama maruz kalmasından kaynaklanan EndotermikBir örnek geçişi veya bir reaksiyon, dönüşüm için ısı gerekiyorsa endotermiktir.endotermik bir etkidir medium. Bu nedenle, DSC eğrisinde genellikle bir ısı absorpsiyon piki gözlenir ve bunun maksimum değeri literatürde Erime Sıcaklıkları ve EntalpileriGizli ısı olarak da bilinen bir maddenin füzyon entalpisi, bir maddeyi katı halden sıvı hale dönüştürmek için gerekli olan enerji girdisinin, tipik olarak ısının bir ölçüsüdür. Bir maddenin erime noktası, katı (kristal) halden sıvı (izotropik eriyik) hale geçtiği sıcaklıktır. erime/geçiş sıcaklığı (Tm) olarak adlandırılır. Proteinin özelliklerine ve medium koşullarına bağlı olarak, termal denatürasyon geri dönüşümlü veya geri dönüşümsüz olabilir [10]. Denatürasyonun tersinirliği, bir DSC analizinin ikinci ısıtması yoluyla görülebilir; ikinci ısıtma eğrisi ilkine benziyorsa, bu, proteinin maruz kaldığı denatürasyonun tersinir olduğunu gösterir.
Ayçiçeği proteininin DSC analizi, denatürasyonunun 91°C ila 102°C aralığında gerçekleştiğini ve Tm değerinin 98,9°C olduğunu göstermektedir (şekil 2'deki yeşil eğri). Denatürasyon süreci, herhangi bir EndotermikBir örnek geçişi veya bir reaksiyon, dönüşüm için ısı gerekiyorsa endotermiktir.endotermik etki göstermeyen ikinci ısıtma eğrisinde (mor) görülebileceği gibi tersinir değildir. Denatürasyonun sıcaklık aralığı 99.7°C'lik literatür değeriyle uyumludur [11].
Sonuç
Bu çalışmada, vegan gıda formülasyonları için hayvansal proteine alternatif olarak tasarlanan bitki bazlı bir protein termal olarak karakterize edilmiştir. Kurutulmuş ayçiçeği proteini özütünün su içeriğini belirlemek ve termal stabilitesini değerlendirmek için termogravimetrik analiz kullanılmıştır. Geçiş sıcaklığını incelemek ve numunedeki herhangi bir doğal proteini tespit etmek için diferansiyel taramalı kalorimetre kullanılmıştır. DSC profili, işleme koşullarının proteini koruyacak kadar hafif olduğunu ve bu sayede fonksiyonel bir gıda bileşeni olarak kullanıma uygun hale geldiğini göstermiştir. DSC ve TGA kombinasyonunun, ekstraksiyon işleminin verimliliğini ve ekstrakte edilen proteinin endüstriyel kullanım potansiyelini değerlendirmede etkili olduğu kanıtlanmıştır. Bu teknikler aynı zamanda gıda bileşenlerinin karakterize edilmesine ve tek tek bileşenlerin ve formülasyonların raf ömrünün tahmin edilmesine yardımcı olur.