Ali hidrolizirani koruzni protein najbolje emulgira pri nevtralnem pH?

 

Emulgatorji igrajo ključno vlogo pri stabilizaciji sistemov olja-v-vodi ali vode-v-olju, ki so vseprisotni v živilski, farmacevtski in kozmetični industriji. Z naraščajočim povpraševanjem po-na rastlinskih in trajnostnih alternativah so se hidrolizirani rastlinski proteini izkazali kot obetavni emulgatorji zaradi svoje biorazgradljivosti, nizkih stroškov in funkcionalne vsestranskosti (Garti, 2018). Med temi,hidrolizirane koruzne beljakovine(HCP) je pritegnil pozornost, saj je koruzni protein (zein) obilen stranski produkt predelave koruznega škroba, hidroliza pa izboljša njegovo topnost in funkcionalne lastnosti v primerjavi z nativno obliko (Liu et al., 2021).

 

Ključno vprašanje pri optimizaciji HCP kot emulgatorja je vpliv pH na njegovo učinkovitost emulgiranja. Zmožnost emulgiranja, opredeljena s sposobnostjo zmanjšanja medfazne napetosti in tvorbe stabilnih emulzij, je tesno povezana s strukturo beljakovin, topnostjo in površinsko aktivnostjo,-ki so vse odvisne od pH-. Ta članek raziskuje, ali je nevtralen pH (pH 7) optimalen pogoj za HCP-jevo emulgirno aktivnost, pri čemer vključuje vpoglede iz strukturne kemije, eksperimentalne podatke in praktične uporabe.

Naravni zein je prolamin, bogat s hidrofobnimi aminokislinami (npr. prolin, levcin) in je slabo topen v vodi zaradi močnih intramolekularnih hidrofobnih interakcij, kar omejuje njegov emulgacijski potencial (Shukla & Cheryan, 2001). Hidroliza, običajno z uporabo encimov (npr. alkalaza, pankreatin) ali kislin, prekine peptidne vezi, pri čemer nastanejo krajši peptidni fragmenti z zmanjšano molekulsko maso (Mw). Ta postopek izpostavi zakopane hidrofobne skupine in poveča število hidrofilnih ostankov (npr. glutamina, asparagina) na površini peptida, kar uravnoteži hidrofobnost in hidrofilnost, kar je značilnost učinkovitih emulgatorjev (Gao et al., 2020).

Mehanizem emulgiranjahidrolizirane koruzne beljakovinevključuje dva ključna koraka: (1) adsorpcijo na meji olje-voda, ki jo poganjajo hidrofobne interakcije med peptidnimi hidrofobnimi domenami in oljnimi kapljicami; in (2) tvorba sterične ali elektrostatične pregrade okoli kapljic za preprečevanje združevanja, posredovano s hidrofilnimi ostanki in neto nabojem (McClements, 2015). Oba koraka sta občutljiva na pH, saj pH modulira naboj beljakovin, topnost in konformacijsko prožnost.

Nevtralen pH: uravnoteženje naboja in hidrofobnosti

Pri nevtralnem pH,hidrolizirane koruzne beljakovine pogosto izkazuje povečano emulgirno aktivnost, kot je dokazano z višjim indeksom emulgirne aktivnosti (EAI) in indeksom stabilnosti emulgiranja (ESI) v številnih študijah. Na primer, Li et al. (2020) je poročal, da je HCP s stopnjo hidrolize (DH) 8 % pokazal največji EAI (125 m²/g) in ESI (35 min) pri pH 7 v primerjavi s pH 3 (EAI: 89 m²/g; ESI: 18 min) in pH 10 (EAI: 98 m²/g; ESI: 22 min). Ta pojav lahko pripišemo dvema dejavnikoma:

• Nevtralnost neto naboja in hidrofobna interakcija: Izoelektrična točka (pI) hidroliziranih koruznih beljakovin se običajno giblje od 6,5 do 7,5, odvisno od pogojev hidrolize (Wang et al., 2019). Pri pH blizu pI je neto naboj HCP minimiziran, kar zmanjša elektrostatično odbojnost med peptidnimi verigami. To omogoča povečano agregacijo peptidov na meji olje-voda, ki jo poganjajo hidrofobne interakcije, s čimer se učinkoviteje zmanjša medfazna napetost (Dickinson, 2019).
•  
• Optimalna topnost: medtem ko imajo proteini pogosto minimalno topnost pri svojem pI, njihova majhna velikost peptida (Mw < 10 kDa) omili ta učinek. Hidroliza poruši velike agregate in celo blizu pI ostane hidroliziran koruzni protein dovolj topen, da lahko difundira do meje (Gao et al., 2020). To je v nasprotju z nativnim zeinom, ki se obori pri pH blizu pI (~6,2), zaradi česar je neučinkovit kot emulgator.
•  

Kisli in bazični pH: Omejitve zaradi učinkov naboja

Pri kislem pH (npr. pH 3–5) ima HCP pozitiven neto naboj zaradi protonacije amino skupin (-NH3+). Močno elektrostatično odbijanje med pozitivno nabitimi peptidi ovira njihovo adsorpcijo na vmesniku, kar zmanjša EAI. Poleg tega protonacija karboksilnih skupin (-COOH → -COOH2+) zmanjša hidrofilnost, oslabi sterično pregrado okoli kapljic in zmanjša stabilnost emulzije (Li et al., 2020).

Pri alkalnem pH (npr. pH 8–10) je hidroliziran koruzni protein negativno nabit zaradi deprotonacije karboksilnih skupin (-COO-). Medtem ko se lahko topnost poveča (ker odbojnost preprečuje agregacijo), čezmerno elektrostatično odbojnost med peptidi na vmesniku omejuje nastanek gostega medfaznega filma. To zmanjša sposobnost stabilizacije kapljic, kar vodi do nižjega ESI v primerjavi z nevtralnim pH (Liu et al., 2021). Poleg tega lahko alkalni pogoji povzročijo odvijanje peptida, pri čemer se izpostavi več hidrofobnih skupin, vendar je to izravnano z odbijanjem, ki ga poganja-naboj, kar ima za posledico neoptimalno delovanje emulgiranja.

Medtem ko je pH ključni regulator, na emulgirno delovanje HCP vplivajo tudi pogoji hidrolize, ki vplivajo na učinke pH. Na primer:

• 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 %) ustvarja manjše peptide s povečano hidrofilnostjo, ki so lahko manj občutljivi na pH, vendar imajo na splošno manjšo emulgirno sposobnost (Gao et al., 2020).
•  
• Vrsta encima: Encimi, kot je alkalaza (cepi hidrofobne ostanke), proizvajajohidrolizirane koruzne beljakovinez večjo površinsko hidrofobnostjo, kar poveča učinek pH pri nevtralnih pogojih, medtem ko tripsin (cepi bazične ostanke) daje peptide z več naboja, zaradi česar so bolj stabilni pri alkalnem pH (Wang et al., 2019).

Ionska moč je še en moteč dejavnik. V prisotnosti soli (npr. NaCl) elektrostatično presejanje zmanjša odboj naboja pri ne-nevtralnem pH, kar lahko izboljša emulgirno aktivnost HCP. Na primer, 0,1 M NaCl pri pH 5 (pod pI) lahko poveča ESI HCP za 20 % v primerjavi s-brezsolnimi pogoji, kar zmanjša vrzel v učinkovitosti z nevtralnim pH (Li et al., 2020).

V Le-Nutri smo predani zagotavljanju visoke-kakovostihidrolizirane koruzne beljakovineki ustreza najvišjim standardom čistosti in učinkovitosti. Naše koruzne beljakovine so zasnovane za izboljšanje funkcionalnosti in stabilnosti vaših izdelkov, zaradi česar so bistvena sestavina za širok spekter uporabe.

Ključni poudarki

• Visoka vsebnost beljakovin: Zajamčeno je, da ima naš izdelek vsebnost beljakovin več kot ali enako 80 %, kar zagotavlja vrhunsko kakovost in učinkovitost.

• Optimalno emulgiranje: raziskave kažejo, da je nevtralen pH (6,5–7,5) idealen za emulgiranje hidroliziranih koruznih beljakovin. Pri tem območju pH ima naš izdelek koristi od uravnoteženega naboja, izboljšanih hidrofobnih interakcij in zadostne topnosti, ki so ključni za tvorbo stabilnih emulzij.

• Robustna embalaža: Naš izdelek je zapakiran v vakuumske vrečke iz aluminijaste folije in odpremljen v 25-kilogramskih sodih iz vlaken z dvo-slojnimi polietilenskimi vrečkami za hrano-v notranjosti, kar zagotavlja svežino in zaščito med prevozom.

• Desetletje strokovnega znanja: z več kot 10-letnimi izkušnjami v industriji naravnih sestavin se je Le-Nutra uveljavila kot zaupanja vreden dobavitelj visoko-kakovostnih izdelkov.

Za več informacij ali naročilo nas kontaktirajte nainfo@lenutra.com. 

Reference:

Dickinson, E. (2019). Koloidni vidiki funkcionalnosti prehranskih beljakovin.

Garti, N. (2018). Emulgatorji iz naravnih virov: sestava, delovanje in uporaba.

Gao, Y., Li, J. in Chen, H. (2020). Učinki stopnje hidrolize na strukturne in emulgirne lastnosti hidrolizatov beljakovin koruznega glutena.

Li, S., Wang, Q. in Zhang, L. (2020). pH-odvisne emulgirne lastnosti hidroliziranih koruznih beljakovin: vloga naboja in hidrofobnosti.

Liu, R., Sun, D. in Zhao, M. (2021). Emulgatorji-na osnovi rastlinskih beljakovin: mehanizmi, aplikacije in izzivi.