Emulgoiko hydrolysoitu maissiproteiini parhaiten neutraalissa pH:ssa?

 

Emulgaattorit ovat ratkaisevassa asemassa öljyn -vedessä- tai vesi-öljyssä--järjestelmissä, joita on kaikkialla elintarvike-, lääke- ja kosmetiikkateollisuudessa. Kasvi{5}}pohjaisten ja kestävien vaihtoehtojen kasvavan kysynnän myötä hydrolysoidut kasviproteiinit ovat nousseet lupaaviksi emulgointiaineiksi niiden biohajoavuuden, alhaisten kustannusten ja toiminnallisen monipuolisuuden vuoksi (Garti, 2018). Näiden joukossahydrolysoitu maissiproteiini(HCP) on saanut huomiota, sillä maissiproteiini (zeiini) on runsas maissitärkkelyksen prosessoinnin sivutuote ja hydrolyysi parantaa sen liukoisuutta ja toiminnallisia ominaisuuksia verrattuna alkuperäiseen muotoon (Liu et al., 2021).

 

Keskeinen kysymys HCP:n optimoinnissa emulgointiaineena on pH:n vaikutus sen emulgointikykyyn. Emulgointikyky, jonka määrittelee kyky vähentää rajapintojen jännitystä ja muodostaa stabiileja emulsioita, liittyy läheisesti proteiinin rakenteeseen, liukoisuuteen ja pinta-aktiivisuuteen, -jotka kaikki ovat pH{2}}riippuvaisia. Tässä artikkelissa tutkitaan, onko neutraali pH (pH 7) optimaalinen edellytys HCP:n emulgoivalle aktiivisuudelle, ja siinä otetaan huomioon rakennekemian oivallukset, kokeelliset tiedot ja käytännön sovellukset.

Natiivi zeiini on prolamiini, jossa on runsaasti hydrofobisia aminohappoja (esim. proliini, leusiini), ja sen liukoisuus veteen on huono voimakkaiden molekyylinsisäisten hydrofobisten vuorovaikutusten vuoksi, mikä rajoittaa sen emulgointikykyä (Shukla & Cheryan, 2001). Hydrolyysi, jossa käytetään tyypillisesti entsyymejä (esim. alkalaasia, pankreatiinia) tai happoja, katkaisee peptidisidoksia, jolloin syntyy lyhyempiä peptidifragmentteja, joilla on pienempi molekyylipaino (Mw). Tämä prosessi paljastaa hautautuneita hydrofobisia ryhmiä ja lisää hydrofiilisten tähteiden (esim. glutamiini, asparagiini) määrää peptidin pinnalla tasapainottaen hydrofobisuutta ja hydrofiilisyyttä, joka on tehokkaiden emulgointiaineiden tunnusmerkki (Gao et al., 2020).

Emulgointimekanismihydrolysoitu maissiproteiinisisältää kaksi avainvaihetta: (1) adsorptio öljyn{1}}vesirajapinnassa, jota ohjaavat peptidien hydrofobisten domeenien ja öljypisaroiden väliset hydrofobiset vuorovaikutukset; ja (2) steerisen tai sähköstaattisen esteen muodostuminen pisaroiden ympärille yhteensulautumisen estämiseksi hydrofiilisten jäänteiden ja nettovarauksen välittämänä (McClements, 2015). Molemmat vaiheet ovat herkkiä pH:lle, koska pH moduloi proteiinin varausta, liukoisuutta ja konformaatiota joustavuutta.

Neutraali pH: Tasapainottava varaus ja hydrofobisuus

Neutraalissa pH:ssa,hydrolysoitu maissiproteiini sillä on usein parantunut emulgointiaktiivisuus, kuten korkeampi emulgointiaktiivisuusindeksi (EAI) ja emulgointistabiilisuusindeksi (ESI) osoittavat useissa tutkimuksissa. Esimerkiksi Li et ai. (2020) raportoi, että HCP, jonka hydrolyysiaste (DH) oli 8 %, osoitti maksimi-EAI:ta (125 m²/g) ja ESI:tä (35 min) pH:ssa 7, verrattuna pH-arvoon 3 (EAI: 89 m²/g; ESI: 18 min) ja pH-arvoon 10 (EAI: 98 m²/g; min2 ESI). Tämä ilmiö voidaan selittää kahdella tekijällä:

• Nettovarausneutraalius ja hydrofobinen vuorovaikutus: Hydrolysoidun maissiproteiinin isoelektrinen piste (pI) vaihtelee tyypillisesti välillä 6,5-7,5 hydrolyysiolosuhteista riippuen (Wang et al., 2019). pH:ssa lähellä pI:tä HCP:n nettovaraus on minimoitu, mikä vähentää peptidiketjujen välistä sähköstaattista repulsiota. Tämä mahdollistaa peptidien lisääntyneen aggregoitumisen öljyn -veden rajapinnassa hydrofobisten vuorovaikutusten johdosta, mikä vähentää rajapintojen jännitystä tehokkaammin (Dickinson, 2019).
•  
• Optimaalinen liukoisuus: Vaikka proteiineilla on usein minimaalinen liukoisuus pI-arvossaan, niiden pieni peptidikoko (Mw < 10 kDa) lieventää tätä vaikutusta. Hydrolyysi hajottaa suuret aggregaatit, ja jopa lähellä pI:tä hydrolysoitu maissiproteiini pysyy riittävän liukoisena diffundoituakseen rajapinnalle (Gao et al., 2020). Tämä eroaa luonnollisesta zeiinistä, joka saostuu pH:ssa lähellä sen pI:tä (~ 6,2), mikä tekee siitä tehottoman emulgointiaineena.
•  

Hapan ja emäksinen pH: latausvaikutusten rajoitukset

Happamassa pH:ssa (esim. pH 3–5) HCP:llä on positiivinen nettovaraus aminoryhmien protonoitumisen vuoksi (-NH3+). Positiivisesti varautuneiden peptidien välinen voimakas sähköstaattinen repulsio estää niiden adsorptiota rajapinnassa, mikä vähentää EAI:ta. Lisäksi karboksyyliryhmien protonoituminen (-COOH → -COOH2+) vähentää hydrofiilisyyttä, heikentää pisaroiden ympärillä olevaa steeristä estettä ja alentaa emulsion stabiilisuutta (Li et al., 2020).

Alkalisessa pH:ssa (esim. pH 8–10) hydrolysoitu maissiproteiini varautuu negatiivisesti karboksyyliryhmien deprotonoitumisen vuoksi (-COO-). Vaikka liukoisuus voi kasvaa (koska hylkiminen estää aggregaation), liiallinen sähköstaattinen repulsio peptidien välillä rajapinnassa rajoittaa tiheän rajapinnan kalvon muodostumista. Tämä vähentää kykyä stabiloida pisaroita, mikä johtaa alhaisempaan ESI-arvoon verrattuna neutraaliin pH-arvoon (Liu et al., 2021). Lisäksi emäksiset olosuhteet voivat indusoida peptidien laskostumista ja paljastaa enemmän hydrofobisia ryhmiä, mutta tätä kompensoi varaus{11}}repulsio, mikä johtaa alioptimaaliseen emulgointikykyyn.

Vaikka pH on keskeinen säätelijä, HCP:n emulgointikykyyn vaikuttavat myös hydrolyysiolosuhteet, jotka ovat vuorovaikutuksessa pH-vaikutusten kanssa. Esimerkiksi:

• Degree of hydrolysis (DH): Low DH (3–5%) retains larger peptides with stronger hydrophobic domains, which may perform better at neutral pH due to enhanced interfacial adsorption. High DH (>15 %) tuottaa pienempiä peptidejä, joilla on lisääntynyt hydrofiilisyys, jotka voivat olla vähemmän herkkiä pH:lle, mutta niillä on kokonaisuutena pienempi emulgointikyky (Gao et al., 2020).
•  
• Entsyymityyppi: Alkalaasin kaltaiset entsyymit (hydrofobisia jäännöksiä pilkkovia) tuottavathydrolysoitu maissiproteiinikorkeamman pinnan hydrofobisuuden kanssa, mikä voimistaa pH-vaikutusta neutraaleissa olosuhteissa, kun taas trypsiini (pilkkoa emäksisiä tähteitä) tuottaa peptidejä, joissa on enemmän varausta, mikä tekee niistä vakaampia alkalisessa pH:ssa (Wang et al., 2019).

Ionivahvuus on toinen hämmentävä tekijä. Suolojen (esim. NaCl) läsnä ollessa sähköstaattinen seulonta vähentää varauksen hylkimistä ei--neutraalissa pH:ssa, mikä saattaa parantaa HCP:n emulgointiaktiivisuutta. Esimerkiksi 0,1 M NaCl pH:ssa 5 (alle pI) voi parantaa HCP:n ESI:tä 20 % suolattomiin olosuhteisiin verrattuna, mikä kaventaa suorituskykyeroa neutraalilla pH:lla (Li et al., 2020).

Le{0}}Nutra on sitoutunut tarjoamaan korkealaatuista-laatuahydrolysoitu maissiproteiinijoka täyttää korkeimmat puhtaus- ja suorituskykyvaatimukset. Maissiproteiinimme on suunniteltu parantamaan tuotteidesi toimivuutta ja vakautta, joten se on olennainen ainesosa monissa sovelluksissa.

Tärkeimmät kohokohdat

• Korkea proteiinipitoisuus: Tuotteemme proteiinipitoisuus on taatusti suurempi tai yhtä suuri kuin 80 %, mikä takaa erinomaisen laadun ja tehokkuuden.

• Optimaalinen emulgointikyky: Tutkimukset osoittavat, että neutraali pH (6,5–7,5) on ihanteellinen hydrolysoidun maissiproteiinin emulgointikykyyn. Tällä pH-alueella tuotteemme hyötyvät tasapainoisesta varauksesta, tehostetuista hydrofobisista vuorovaikutuksista ja riittävästä liukoisuudesta, jotka ovat ratkaisevia stabiilien emulsioiden muodostamisessa.

• Tukeva pakkaus: Tuotteemme on pakattu alumiinifoliopusseihin ja toimitetaan 25 kg:n kuitutynnyreissä, joiden sisällä on kaksikerroksisia elintarvike-polypusseja, mikä varmistaa tuoreuden ja suojan kuljetuksen aikana.

• Vuosikymmenen asiantuntemus: Yli 10 vuoden kokemuksella luonnollisten ainesosien teollisuudesta Le-Nutra on vakiinnuttanut asemansa korkealaatuisten-tuotteiden luotettavana toimittajana.

Jos haluat lisätietoja tai tehdä tilauksen, ota yhteyttä osoitteeseeninfo@lenutra.com. 

Viitteet:

Dickinson, E. (2019). Ruokaproteiinien toiminnallisuuden kolloidiset näkökohdat.

Garti, N. (2018). Luonnollisista lähteistä peräisin olevat emulgaattorit: rakenne, toiminnallisuus ja käyttö.

Gao, Y., Li, J. ja Chen, H. (2020). Hydrolyysiasteen vaikutukset maissigluteenijauhon proteiinihydrolysaattien rakenteellisiin ja emulgointiominaisuuksiin.

Li, S., Wang, Q. ja Zhang, L. (2020). pH-riippuvaiset hydrolysoidun maissiproteiinin emulgointiominaisuudet: Varauksen ja hydrofobisuuden rooli.

Liu, R., Sun, D. ja Zhao, M. (2021). Kasviproteiini{5}}pohjaiset emulgaattorit: mekanismit, sovellukset ja haasteet.