دانلود مقاله بررسی اثر زانتان و کاراگینان بر خواص حلالیت ایزوله پروتئین سویا

بررسی اثر زانتان و کاراگینان بر خواص حلالیت ایزوله پروتئین سویا
لیدا جهانیان ، سید علی مرتضوی ، محسن برکتین و زهره حمیدی اصفهانی

چکیده
محدودیت هایی در استفاده از پروتئین سویا مانند حلالیت کم و طعم نامطلوب آن وجود دارد.

در این پژوهش سعی گردید که خواص عملکردی پروتئین سویا توسط دو صمغ زانتان و کاراگینان بهبود یابد.

زانتان در چهار سطح 0، 04/0، 09/0 و 13/0 درصد و کاراجینان در سطوح 0، 03/0، 07/0 و 09/0 درصد (در محلول) استفاده شد و صفت‌های حجم سرم، حجم رسوب و ضریب حلالیت نیتروژن مورد ارزیابی قرار گرفت.

نتایج آماری نشان داد که نمونه های دارای 13/0 درصد زانتان، 13/0 درصد زانتان و 07/0 درصد کاراجینان ، 13/0 درصد زانتان و 09/0 درصد کاراجینان و 09/0 درصد زانتان و 09/0 درصد کاراجینان دارای کمترین حجم سرم و رسوب و بالاترین میزان حلالیت بودند.

مقدمه
دربسیاری از مواد غذایی، پروتئین و پلی ساکارید بصورت توأم وجود دارد.

در فرمولاسیون مواد غذایی کلوئیدی، ازپروتئین‌ها به دلیل خواص امولسیون کنندگی و تولید کف و از کربوهیدرات‌ها بعنوان نگهدارنده آب و قوام دهنده استفاده می‌شود.

علاوه بر این پروتئین‌ها و کربوهیدرات‌ها در ماده غذایی ایجاد بافت و ساختار مناسب می‌نمایند1,2)).

واکنش پروتئین - پلی ساکارید عمدتاً الکترواستاتیکی است و قدرت واکنش به pH و قدرت یونی بستگی دارد.

این واکنش می تواند برای کنترل حلالیت پروتئین، تشدید ژله ای شدن و پایداری امولسیون و کف بکار رود3)).

اضافه کردن پلی ساکاریدها به محلول پروتئین از تجمع زیاد مولکول‌های پروتئین توسط محدود کردن واکنش پروتئین - پروتئین، یا توسط حفظ گروه‌های بار دار و یا افزایش ویسکوزیته، جلوگیری می کند( 4).

واکنش دو بیوپلیمر می‌تواند به صورت تفکیکی (بیوپلیمرها یکدیگر را دفع می کنند که به عنوان عدم سازگاری مطرح می شود) و یا تجمعی باشد که در این صورت پلیمرها یکدیگر را جذب می‌کنند (5).

واکنش پروتئین و پلی ساکارید به صورتهای حلالیت همزمان، ناسازگاری، رسوب، تشکیل کمپلکس یا جداسازی فاز وجود دارد( 6).

از نقطه نظر ترمودینامیکی، پروتئین وپلی ساکارید در محلول به صورت سازگار و یا ناسازگار وجود دارند.

تحت شرایط ناسازگاری ترمودینامیکی، سیستمی شامل دو فاز حاصل می شود که عمدتاً هر فاز دارای مولکول‌های متفاوت است(4).

فاکتورهای مؤثر در ایجاد سازگاری پروتئین - پلی ساکارید، شامل نسبت پروتئین به پلی ساکارید، pH، قدرت یونی، میزان کل مواد جامد، درجه حرارت، میزان اسیدی بودن و طبیعت پلیمرها ( وزن مولکولی، بار و قابلیت انعطاف زنجیر) می باشد( 4).

واکنش دافعه، بین پروتئین و پلی ساکارید غیر یونی یا پلی ساکارید آنیونی در pH بالای نقطه ایزوالکتریک پروتئین اتفاق می افتد.

واکنش جاذبه غیر خاص بین پروتئین وپلی ساکارید از تشکیل پیوندهای یونی، واندوالس، هیدروژنی و...

حاصل می گردد.

جاذبه قوی بین پروتئین ها با بار مثبت ( pH زیر نقطه ایزوالکتریک پروتئین ) و پلی ساکارید آنیونی، مخصوصاً درقدرت یونی پایین، و جاذبه ضعیف بین پروتئین‌های خنثی یا با بار منفی (pH بالای نقطه ایزوالکتریک پروتئین) و پلی ساکارید اتفاق می افتد (2).

محلول آبی پروتئین وپلی ساکارید، ممکن است در محدوده خاصی از نظر مقدار، جداسازی فاز نشان دهد.

جداسازی فاز در اثر دو رفتار ثانویه توده ای شدن یا ناسازگاری ترمودینامیکی صورت می‌گیرد.

ترکیب دوگانه پروتئین - پلی ساکارید، بسته به دما، شرایط حلال و میزان آنها می تواند توده ای شدن، ناسازگاری یا هیچ کدام را نشان دهد.

توده ای شدن شامل جداسازی خودبه‌خودی سیستم به دو فاز غنی از حلال و بدون حلال( شامل پروتئین وپلی ساکارید) می‌باشد.

این امر توسط رسوب همزمان مخلوط پروتئین- پلی ساکارید تحت اثر واکنش‌های جاذبه الکترواستاتیکی( غیر خاص ) بین بارهای مخالف پروتئین - پلی ساکارید انجام می‌شود (2).

توده ای شدن زمانی که نیروی جاذبه بین دو بیوپلیمر مختلف آنقدر قوی باشد که آنها را بهم نزدیک نماید وتشکیل کمپلکس دهد، اتفاق می افتد.

چون کمپلکس حاصل دارای دانسیته متفاوتی نسبت به محیط اطراف خود می‌باشد، جداسازی در بالا یا پایین سیستم در اثر نیروی جاذبه زمین صورت می‌گیرد (7).

توده‌ای شدن در میزان کم پلی ساکارید اتفاق می‌افتد.

چون در میزان کم، پلی ساکارید نمی‌تواند بطور کامل پروتئین را پوشش دهد و پلی ساکارید ممکن است بیشتر از یک مولکول پروتئین را جذب نماید (8, 5).

ناسازگاری ترمودینامیکی شامل جداسازی خود به خودی سیستم به دو فاز غنی از حلال است که در یک فاز پروتئین و در دیگری پلی ساکارید غالب است.

این پدیده در اثر مخلوط نشدن محلول پروتئین و پلی ساکارید غیر‌ رقیق، تحت اثر واکنش دافعه پروتئین - پلی ساکارید (2) و در واقع زمانی که واکنش بین بیوپلیمرهای مشابه (1BP-1BP و 2BP- 2BP ) از نظر انرژی نسبت به واکنش بین بیوپلیمرهای مختلف( 2BP- 1BP ) مطلوب‌تر باشد، اتفاق می افتد(7).

2- مواد وروش ها
2-1 – آماده سازی نمونه
برای آماده سازی محلول از زانتان با میزان 0، 04/0، 09/0 و 13/0 درصد ، کاراگینان با میزان 0 ، 03/0، 07/0 و 09/0 درصد و ایزوله پروتئین سویا( SPI) به مقدار 5/6% در محلول استفاده شد.

پروتئین، زانتان و کاراگینان توسط یک همزن کاسه دار مخصوص مواد پودری به مدت 5-7 دقیقه با دور متوسط بطور کامل مخلوط گشتند.

به این ترتیب پودری همگن و یکنواخت بدست آمد.

این پودر در تهیه محلول جهت انجام آزمایشات به کار گرفته شد.

2-2- آزمایشات فیزیکی و شیمیایی
2-2-1- تعیین میزان حلالیت ایزوله پروتئین سویا
برای تعیین حلالیت پروتئین، از اندیس حلالیت نیتروژن (NS) استفاده می شود.

جهت اندازه‌گیری NS از روش برادفورد استفاده شد.

با استفاده از این روش می توان میزان نیتروژن در ماده را تعیین کرد.

میزان نیتروژن در کل نمونه / میزان نیتروژن در فازشفاف =NS
برای انجام آزمایش، پودر با آب با نسبت 1 به 9/6 ( پودر به آب) توسط همزن مغناطیسی به مدت نیم ساعت مخلوط شدند و به این ترتیب مایعی یکنواخت حاصل گشت.

نمونه‌های موجود، به مدت 15 دقیقه سانتریفوژ شدند( g × 4350).

در اثر سانتریفوژ دو فاز در هر نمونه به دست آمد که شامل مایع شفاف در بالا و رسوب در پایین بود.

با تعیین نیتروژن در فاز شفاف و در کل نمونه، میزان حلالیت پروتئین تعیین گردید(9).

برای اندازه گیری میزان نیتروژن کل نمونه و میزان نیتروژن فاز شفاف به روش براد فورد، نیاز به تهیه محلول استاندارد می باشد.

محلول استاندارد غلظت های مختلف و مشخصی از پروتئین استاندارد آلبومین گاوی است که جهت تهیه منحنی استاندارد دستگاه اسپکتروفتومتر ( طول موج 540 نانو‌متر) به کار می‌رود.

با استفاده از میزان جذب محلول های استاندارد معادل رگرسیونی مناسب به دست آمد که از آن برای تعیین میزان نیتروژن فاز شفاف و کل نمونه استفاده شد.

2-2-2-تعیین مقدار رسوب
حجم رسوب در تمام نمونه ها پس از گذشت زمان 90 و 120 دقیقه بر حسب میلی لیتر محاسبه شد.

برای محاسبه مقدار رسوب، ابتدا نمونه محلول مطابق آن چه در قسمت 2-1 توضیح داده شد، آماده گردید.

سپس نمونه‌ها در داخل مزورهای یکسان ریخته شدند.

بر حسب نوع محلول حالت های متفاوتی در مزور‌ها مشاهده شد.

حجم رسوب تشکیل شده در قسمت پایین مزور بر حسب میلی لیتر به عنوان حجم رسوب گزارش شد.

حجم رسوب مربوط به شانزده نمونه پس از گذشت مدت زمان 90 و 120 دقیقه از شروع آزمایش خوانده شد.

2-2-3- تعیین مقدار سرم
پس از گذشت مدت زمانی از آماده سازی محلول، در بعضی از نمونه‌ها مایع شفافی از قسمت رسوب و کف محلول جدا می‌شود که تحت عنوان سرم مطرح می‌شود.

به دلیل تشکیل سرم در بعضی از نمونه ها، حجم سرم پس از گذشت مدت زمان 90 و 120 دقیقه از شروع آزمایش، بر حسب میلی لیتردر مزور‌های یکسان (مرحله قبل) محاسبه گردید.

سرم مایع شفافی است که در بعضی از نمونه ها پس از گذشت مدت زمانی از شروع آزمایش تشکیل می‌گردد.

پس از آماده سازی نمونه، حجم سرم پس از گذشت مدت زمان 90 و 120 دقیقه از شروع آزمایش بر حسب میلی لیتر محاسبه گردید.

برای بررسی نتایج از آزمایش فاکتوریل در قالب طرح کاملا تصادفی در سه تکرار(16*3) استفاده شد.

نتایج و بحث 3-1 – اثر زانتان بر حلالیت پروتئین با توجه به نمودار 1 با افزایش میزان زانتان، NS افزایش پیدا می کند که علت آن پیوند بین هیدروکلوئید با پروتئین و جلوگیری از رسوب پروتئین است(10).

نمودار 1 – اثر زانتان بر درصد حلالیت نیتروژن 3-2- اثر زانتان بر حجم سرم بررسی اثر زانتان (x) بر حجم سرم در دو زمان 90 و 120 دقیقه ( نمودار2و 3) نشان می دهد که این مقدار در سطح اطمینان (p نمودار 2 -اثر زانتان بر حجم سرم در زمان 90 دقیقه نمودار 3- اثر زانتان بر حجم سرم در زمان 120 دقیقه 3-3- بررسی اثر صمغ زانتان بر حجم رسوب نتایج آنالیز واریانس گویای معنی دار بودن تاثیر زانتان (x) بر حجم رسوب در سطح اطمینان یک در صد(p نمودار 4 - اثرزانتان بر حجم رسوب در زمان 90 دقیقه نمودار 5- اثر زانتان بر حجم رسوب در زمان 120 دقیقه 3-4- اثر کاراجینان بر حلالیت پروتئین با توجه به نمودار 6 با افزایش میزان کاراجینان، NS( سطح دوم نسبت به سطح اول) افزایش پیدا می‌کند که علت آن باند شدن هیدروکلوئید با پروتئین و جلوگیری از رسوب پروتئین است( 11 ، 5).

نمودار6 - اثر کاراجینان بر درصد حلالیت نیتروژن 3-5- اثر کاراجینان بر حجم سرم نتایج آنالیز واریانس نشان دهنده معنی دار بودن تاثیر کاراجینان (c) بر حجم سرم در سطح اطمینان یک درصد ( p در نمودار 8 ( زمان 120 دقیقه) سطح اول و دوم کاراجینان نیز داری اختلاف معنی دار در سطح اطمینان یک درصد( p نمودار7- اثر کاراجینان بر حجم سرم در زمان 90 دقیقه نمودار 8 - اثر کارجینان بر حجم سرم در زمان 120 دقیقه 3-6- بررسی اثر صمغ کاراجینان بر حجم رسوب مطابق نمودار 9 و10 در زمان 90 و120 دقیقه، حجم رسوب با افزایش میزان کاراجینان(c) تقریبا کاهش می‌یابد که این اختلاف در اکثر سطوح کاراجینان معنی دار(p نمودار9- اثر کاراجینان بر حجم رسوب در زمان 90 دقیقه نمودار10- اثر کاراجینان بر حجم رسوب در زمان 120 دقیقه 3-7- بررسی اثر متقابل صمغ زانتان و کاراجینان بر ضریب حلالیت نیتروژن(NS) با توجه به نمودار 11، بررسی اثر متقابل صمغ زانتان(x) و کاراجینان (c) بر ضریب حلالیت نیتروژن نشان می دهد که اختلاف در تمام سطوح زانتان وکاراجینان به لحاظ آماری معنی دار (p نمودار 11- اثر متقابل زانتان و کاراجینان بر درصد حلالیت نیتروژن 3-8- بررسی اثرمتقابل صمغ زانتان و کاراجینان بر حجم سرم نتایج نمودارهای 12 و13 حاکی ازآن است که اثرمتقابل زانتان و کاراجینان بر حجم سرم در اکثر سطوح اختلاف معنی دار در سطح یک درصد (p با افزایش همزمان مقادیر زانتان و کاراجینان، حجم سرم کاهش پیدا می‌کند که این امر به دلیل تشکیل شبکه بین دو هیدروکلوئید و به تله انداختن آب آزاد بیشتر می باشد (13).

افزایش حجم سرم در نمونه دارای (x = 0 % و c = 03/0%)، (x = 0 % و c = 07/0%)، (x =04/0 % و c = 09/0%)، (x = 09/0 % و c = 07/0%) و (x =13/0 % و c = 03/0%) به علت وقوع پدیده جداسازی فاز و نا متناسب بودن نسبت مقدار صمغ به پروتئین می باشد (2, 4, 5).

اختلاف حجم بین دو زمان 90 و 120 دقیقه به دلیل آن است که جداسازی فاز به زمان وابسته بوده و ازطرفی، گذشت زمان جهت برقراری پیوند بین هیدروکلوئیدها و پروتئین الزامی می باشد (2 12,).

نمودار12- اثر متقابل زانتان و کاراجینان برحجم سرم در زمان 90 دقیقه نمودار13- اثر متقابل زانتان و کاراجینان برحجم سرم در زمان 120 دقیقه 3- 9- بررسی اثر متقابل صمغ زانتان و کاراجینان بر حجم رسوب بررسی اثر متقابل صمغ زانتان (x) و کاراجینان (c) بر حجم رسوب(نمودار 14 و 15 ) نشان می‌دهد که این مقدار در اکثر سطوح هیدروکلوئیدها دارای اختلاف معنی دار در سطح یک درصد (p با افزایش میزان زانتان و کاراجینان در اکثر نمونه ها حجم رسوب کاهش پیدا می‌کند.

علت این امر تشکیل شبکه بین دو هیدروکلوئید است که در این شبکه مولکولهای پروتئین محبوس می شوند و از رسوب آنها جلوگیری می شود(13).

همان طور که در قسمت 3-6 بیان گردید، افزایش حجم رسوب در نمونه (x =13/0 % و c = 03/0%)، به صورت ظاهری است و در واقع در این نمونه رسوب مایع( رسوب به صورت پراکنده در مایع) تشکیل شده که نشان دهنده جداسازی فاز است و مقدار واقعی رسوب بدون در نظر گرفتن حجم مایع همراه آن در سطح چهارم زانتان، کمتر از سطح دوم و سوم آن می باشد.

نمودار14- اثر متقابل زانتان و کاراجینان بر حجم رسوب در زمان 90 دقیقه نمودار15 – اثر متقابل زانتان و کاراجینان بر حجم رسوب در زمان 120 دقیقه منابع 1- Koning, M.

M.

G., Eendenburg, J.

and Bruijne, D.

W.

(1993).

Mixed biopolymers in food systems.

pp.103-112.

in: Food Colloids and Polymers: Stability and Mechanical Properties.

Dickinson, E.

and Walstra, P.

Royal Society of Chemistry.UK.

2- Dickinson, E.(1993).

Protein- polysaccharides interactions in food hydrocolloids.

pp.

77-93.

3- and Kalapathy, U.( 1999).

Food Protein.

Chemistry Society, pp.80-95.

4- Laneuville, S.I., Paquin, P.

and Turgeon, S.L.(2000).

Effect of preparation conditions of whey protein- xanthan gum complexes.

Food Hydrocolloids.

14: 305-314.

5- Kruif, C.G.

and Tuinier, R.( 2001).

Polysaccharide protein interactions.

15: 555-563.

6- Howell, N., Bristow, E., Copeland, E.

and Friedli, G.L.(1998).

Interaction of deamidated soluble wheat protein with sodium alginate.

12: 317- 324.

7- Bryant,C.

and McClements, D.J.(2000).

Influence of xanthan gum on physical characteristics of heat – denatured whey protein solutions and gels.

14: 383-390.

8- Bourriot, S., Garnier, C.

and Doublier, J.L.( 1999).

Phase separation, rheology and microstructure of micellar casein- guar gum mixtures.

Food Hydrocolloids.13: 43-49.

9- Bradford, M.M.

(1976).

A rapid and sensetive method for the quantitation of microgram quantities of protein utilizing the principle of protein – dye binding.

Anal.

Biochemistry.

7: 248-254.

10- Xie, Y.R.

and (1998).

Effect of xanthan gum on enhaning the foaming properties of soy protein isolate.

Journal of American Oil Chemistry and Society.

75: 729-732.

11- صداقت، ن.

(1369).

بررسی کاربرد و نقش صمغ‌ها در صنایع غذایی.

سمینار کارشناسی ارشد علوم و صنایع غذایی.

دانشکده کشاورزی، دانشگاه تربیت مدرس.

142 ص.

12- Koczo, K., Wasan, D.T., Borwankar, P.

and Gonsalves, A.

(1998).

Flocculation of food dispersions by gums: isotropic/ anisotropic dispersion separation by xanthan gum.

12: 43-53.

13- Nishinari, K.

and Doi, E.(1994).Food Hydrocolloida: structure, properties and functional.

Plenum Press.

1-19.

Abstract The growing demand for food proteins with good nutritional value and superior properties provide an opportunity for increasing the utilization of soy protein in food applications.

Soy protein isolate (SPI) is a good source of protein but it doesn’t solve in water and has a bad taste.

In this research the effect of xanthan and carrageenan on the precipitation, serum and nitrogen solubility( NS) was studied.

The combination of xanthan (X)(0, 0.04, 0.09 and 0.13%) and carrageenan( C)( 0, 0.03, 0.07 and 0.09%) was used.

Statistical results showed that the samples of (X=0.13%, C=0%), (X=0.13%, C=0.07%), (X=0.13%, C=0.09%) and (X=0.09%, C=0.09%) had the worse volume of precipitation and serum and the most amount of nitrogen solubility.