بخشی از مقاله
چکیده
تجمعات نانوفیبریلی حاصل از پروتئینهای کروی، بهسبب ویژگیهای عملکردی و آنیزوتروپیک، میتوانند برای بهبود خواص بافتی و ساختاریِ مواد غذایی بهکار روند. در این بررسی، بهمنظور تهیه نانوالیاف از ایزوله پروتئین آبپنیر، دیسپرسیون آبپنیر در دو غلظت %2 - - w/w - و - %4 تهیه شد و برای حذف هرگونه ناخالصی، خالصسازی پروتئین صورت گرفت. نانوالیاف پروتئین با تنظیم pH و حرارتدهی بدست آمدند. خواص حرارتی نانوالیاف با دستگاه گرماسنج پویشی تفاضلی - DSC - بررسی شد. مورفولوژی ساختار و توزیع طول نانوالیاف، با استفاده ازمیکروسکوپ نیروی اتمی - AFM - بررسی گردید. بررسیایه کمّی در قالبطرح فاکتوریل کاملاً تصادفی و ANOVA یکطرفه در سطح احتمال %5 و آزمون چنددامنهای دانکن صورت گرفت. طبق نتایج حاصل، پیک گرماگیرذوب ساختار منظم فیبریلهای حاصل از ایزوله پروتئین آبپنیر، در محدوده 160-150 œC برای هر دو غلظت مشاهده شد. دمای انتقال شیشهای نانوالیاف نسبت به ایزوله آب پنیر کاهش معنیداری نشان داد. تصاویر توپوگرافیک دو و سهبُعدی حاصل از AFM، نشان داد که میانگین تراکم و غلظت فیبریلهای تشکیلشده در غلظت 2 %، بسیار بیشتر از غلظت % 4 بوده است. مقایسه منحنی میانگین توزیع تجمعی قطر و پروفایل طول فیبریلها نیز حاکی از آن بود که قطر و طول نانوفیبریلهای تشکیلشده، به ترتیب دارای میانگین بین 5 تا 7 نانومتر و حدود 1 میکرومتر میباشند که با شاخص تعریف شده نانوفیبریلهای پروتئینی مطابقت داشت.
مقدمه
ساختارهای پروتئینی تعیینکننده ویژگیهای ساختاری و خواص عملکردی پروتئینها و به خصوص پروتئینهای کروی میباشند. از کاربردهای متداول پروتئینها در صنایع غذایی علاوه بر مادهسازی و ارزش تغذیهای، میتوان به توانایی تشکیل ژل، حلالیت، ایجاد امولسیون، تشکیل فیلم و جذب آب اشاره داشت. در این بین، پروتئین آبپنیر در سالهای اخیر موردتوجه کارخانجات و محققین صنایع غذایی قرار داشته است. پروتئین آبپنیر معمولاً به دو شکل کنسانتره - حداکثر % 80 پروتئین - و ایزوله آب پنیر85 - 1 تا % 90 پروتئین - تهیه میشود .
پروتئینهای شیر به دو گروه عمده کازئین 75 - تا - % 80 و پروتئینهای سرم شیر یا پروتئین آبپنیر 20 - تا - % 25 تقسیم میشوند. پروتئین آبپنیر به صورت محلول بوده و شامل 7-12 درصد بتالاکتوگلوبولین2، 2-5 درصد آلفالاکتالبومین3، 2-4 درصد ایمونوگلوبولین4، 0/7-1/3 درصد سرم آلبومین5 و به مقدار کم، سایر انواع پروتئین از قبیل لاکتوفرینها6 میباشد. این پروتئینها در برابر محلولهای اسیدی مقاومت خوبی دارند، اما به دلیل وجود ساختمانهای دوم و سوم که قابل دناتوره شدن میباشند، در برابر حرارت حساس هستند از نقطه نظر کاربردهای عملکردی در صنعت غذا، میتوان به اهمیت ویژه پروتئینهای آبپنیر در توانایی ایجاد پایداری در سطوح مشترک - تولید کف و امولسیونسازی - ، جذب آب، افزایش ویسکوزیته، قابلیت هضم، واکنش با کربوهیدراتها، حلالیت بالا و ایجاد ویژگیهای ژلکنندگیاشاره کرد. از بین کاربردهای معمولِ بکارگیری آنها، میتوان به بهبود طعم، ظاهر و بافت فرآوردههای لبنی و بهبود ارزش تغذیهایِ مواد غذایی همچون فرآوردههای ذرت، انواع شیرینی، ماکارونی، چاشنیها، پودینگ، انواع بستنی و پنیر، خمیر نان و کیک، جایگزین سفیده تخم مرغ و کاهشدهنده بیاتی نان اشاره داشت.
هدف از تحقیق حاضر، تهیه نانوالیاف پروتئینی از پروتئین آبپنیر میباشد. فیبریلهای پروتئینی، انواع خاصی از تجمعات هستند که از ملکولهایِ پروتئینهای کروی نشأت گرفتهاند. این تجمعات، طولی در حدود 1 میکرومتر و قطری در حدود 1 تا 10 نانومتر دارند. این ترکیبات بسیار آنیزوتروپیک7 هستند، یعنی دارای این ویژگی فیزیکی هستند که وقتی در جهات مختلف اندازهگیری میشوند، مقادیر متفاوتی را دارا میباشند. به سبب بالا بودن نسبت طول به قطر، فیبریلهای پروتئینی میتوانند به منظور بهبود خواص بافتی و ساختاریِ مواد غذایی و به عنوان ترکیبات تشکیلدهنده ماده غذایی به کار روند. ضرورت اصلی بکارگیری این قبیل ترکیبات غذاییِ عملکردی را میتوان با ضرورت اصلاح و تغییر خواص بافتیِ برخی از مواد غذایی مرتبط دانست بسیاری از پروتئینهای کروی جانوری و گیاهی، از قبیل بتالاکتوگلوبولین، لیزوزیم، 8اُوآلبومین9 و سرم آلبومین گاوی10 توانایی تشکیل فیبریلهای طویل را دارا میباشند. اما بتالاکتوگلوبولین به عنوان اصلیترین ترکیب ایزوله پروتئین آبپنیر و یک پروتئین کرویِ غذایی با ویژگیهای عملکردی، جالب توجهترین پروتئینی است که میتواند در تشکیل الیاف پروتئین11 بکار رود، زیرا فیبریلهای حاصل از این پروتئین، نسبتِ طول به قطر بالایی داشته و نیمه منعطف هستند. این فیبریلها، از قطعات پلی پپتیدیای تشکیل شدهاند که از طریق واکنشهای بین ملکولیِ غیرکووالانسی، به یکدیگر متصل شدهاند. فیبریلیزاسیون -lg پروتئین آبپنیر، می-تواند در اثر حرارتدهی پروتئین در دمای بالاتر از 80 œC به مدت 6 تا 24 ساعت، تحت شرایط اسیدی - pH 2 - و قدرت یونی کم حاصل شود
Akkermans و همکارانش در سال 2007 اثر نیروی برشی و تغییر شرایط مکانیکی را بر تشکیل الیاف بتالاکتوگلوبولین بررسی کردند و دریافتند که ایجاد جریان برشی عامل اصلی افزایش رشد فیبریلهاست و منجر به افزایش قابل توجهی در رشد فیبریلها میشود. بتالاکتوگلوبولین در حرارت، pH کم و قدرت یونی پایین، میتواند تجمعات فیبریلی طویل، نازک و نیمه منعطفی را بوجود آورد
Roa و همکارانش در سال 2009، برخی از فاکتورهای تأثیرگذار بر خواص رئولوژیکی ژلهای فیبرلی حاصل از بتالاکتوگلوبولین و آلفالاکتالبومین را بررسی نمودند. فیبریلهای حاصل دارای قطری در ابعاد نانو بودند. آنها دریافتند که فیبریلهای حاصل از بتالاکتوگلوبولین که با حلال و حرارت تیمار شده بودند، ژلهایی را با خواص رئولوژیکی متفاوتی ایجاد نمودند که احتمالاً از تفاوت در میکروساختارها و دانسیته فیبریلها ناشی میشد . - Roa et al. 2009 -
Bolder و همکارانش در سال 2012، تأثیر بهم زدن و هستهگذاری را بر روی تشکیل فیبریلها در محلول ایزوله پروتئین آبپنیر مورد بررسی قرار دادند. آنها دریافتند وقتی ایزوله پروتئین آب پنیر - WPI - در طول حرارتدهی در دمای 80œC درجه و در pH 2، بهم زده میشود، در مقایسه با محلولهایی که بدون همزدن صرفاً حرارت میبینند، فیبریلهای طویلی تولید میکند . - Bolder et al., 2012 - Loveday و همکارانش در سال 2014، توانایی برخی پروتئینهای کروی برای بروز خودتجمعی در ایجاد نانوفیبریلها را که منجر به احتمال ایجاد برخی خواص عملکردی منحصر به فرد از قبیل توانایی تشکیل ژل با کارایی بالا و همچنین افزایش ویسکوزیته میگردد،
