بهینه‌سازی استخراج و اصلاح ویژگی‌های فیزیکوشیمیایی پروتئین و فیبر باقلا توسط اولتراسوند و هیدرولیز آنزیمی

مجله پژوهشهای علوم و صنایع غذایی ایران

مقاله 5، دوره 16، شماره 5 - شماره پیاپی 65، آذر و دی 1399، صفحه 569-580   

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

شناسه دیجیتال (DOI): 10.22067/ifstrj.v16i5.81629

نویسندگان

محیا اورجی¹؛ مزدک علیمی^{* 2}؛ علی معتمدزادگان³؛ شیرین شکوهی⁴

¹گروه علوم و صنایع غذایی، دانشگاه آزاد اسلامی واحد ساری.

²گروه علوم و صنایع غذایی، دانشگاه آزاد اسلامی واحد آیت الله آملی.

³گروه علوم و صنایع غذایی، دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی ساری.

⁴پژوهشکده توسعه فناوری های شیمیایی، پلیمری و پتروشیمیایی، پژوهشگاه صنعت نفت.

چکیده

در بین حبوبات مختلف، باقلا حاوی مقدار زیادی پروتئین، فیبر، ویتامین‌های گروه B و مواد معدنی است که می‌توان با هدف توسعه مواد غذایی نوین با مشخصات تغذیه‌ای بهبود‌یافته مورداستفاده قرار گیرد. در این پژوهش جهت بهینه‌سازی استخراج و اصلاح ویژگی‌های فیزیکوشیمیایی پروتئین و فیبر باقلا، از اولتراسوند و هیدرولیز آنزیمی استفاده شد، به‌طوری‌که پروتئین‌های باقلا تحت‎تأثیر اولتراسوند در قدرت‌های 200، 300 و 400  وات و در طی مدت زمان‌های 15، 25 و 35 دقیقه و آنزیم آلکالاز 2.4 LFG در دوز‌های مصرفی 15/0، 3/0 و 45/0 درصد در مدت زمان‌های 15، 25 و 35 دقیقه استخراج و تیمار‌ها توسط نرم‌افزار دیزاین اکسپرت طراحی شدند. استخراج فیبر باقلا، تحت شرایط قلیایی از محلول 0012/0، 012/0 و 12/0 درصد هیدروکسید سدیم تا رسیدن به pH 12، 11 و 10 و آنزیم Termamy 2x جهت هیدرولیز آنزیمی استفاده شد. نتایج نشان داد استفاده از اولتراسوند و هیدرولیز آنزیمی تأثیر مثبتی در حلالیت، ظرفیت جذب روغن و میزان خاصیت امولسیون‌کنندگی نمونه‌های پروتئین باقلا داشت. همچنین پتانسیل زتا تمام تیمارها منفی بود که نشان می‌دهد محلول تیمار‌های پروتئین باقلا حاوی آمینواسید‌هایی با بار منفی بیشتری نسبت به اسید‌های آمینه با بار مثبت است. در بین نمونه‌های فیبر باقلا، نمونه فیبر با pH 10 بالاترین ظرفیت نگهداری آب و بالاترین سطح G' که نشان‌دهنده وجود ویژگی جامد و الاستیکی بیشتری نسبت به دو نمونه دیگر است را نشان داد. همچنین در تمامی نمونه‌های فیبر، با افزایش سرعت برشی، ویسکوزیته کاهش یافت و یک رفتار رقیق‌شونده با برش یا سودوپلاستیک از خود نشان دادند.

کلیدواژه‌ها

باقلا؛ استخراج؛ پروتئین؛ فیبر

مراجع

اصلان زاده، م. میزانی، م. گرامی، ع. علیمی، م. 1390، بررسی عملکرد پراکسید هیدروژن بر روی ویژگی های فیزیکی فیبر رژیمی تولید شده از سبوس گندم، فصلنامه علوم غذایی و تغذیه، دوره 9، شماره 4، 21-28.

صالحی فر، م، فدایی نوغانی، و، 1392، بررسی قابلیت استخراج فیبر رژیمی از سبوس برنج و مقایسه خواص عملکردی آن با فیبر تجاری گندم، علوم غذایی و تغذیه، 61، 21-30.

AACC (2000c). American association of cereal chemists. Approved method 56-30 (10th ed.). St. Paul, MN, USA.

Abdel-Aal, E. S. M., Shehata, A. A., El-Mahdy, A. R., & Youssef, M. M. (1986). Extractability and functional properties of some legume proteins isolated by three different methods. Journal of the Science of Food and Agriculture, 37(6), 553-559.

Amani. M, M., Javanmard, A., Morshedloo, M. R., Maggi, F. (2017). Evaluation of yield, essential oil content and compositions of peppermint (Mentha piperita L.) intercropped with faba bean (Vicia faba L.). Journal of Cleaner Production, 167, ISSN 0959-6526.

Amaral. D. E, J., Levien. V, N., Zanella. P, V., De. B, J. J., Renato. G. D , A & Rosa. Z, E. D. (2017). Black bean (Phaseolus vulgaris L.) protein hydrolysates: physicochemical and functional properties. Food Chemistry, 214, 460-467.

Arzeni, C., Martinez, K., Zema, P., Arias, A., Perez, O., & Pilosof, A. (2012). Comparative study of high intensity ultrasound effects on food proteins functionality. Journal of Food Engineering, 108(3), 463–472.

Aslanzadeh, M., Mizani, M., Alimi, M & Gaeami, A. (2012). Rheological properties of low fat mayonnaise with different levels of modified wheat bran. Food Biosciences and Technology, 2, 27-34.

Avramenko, N. A., Low, N. A & Nickerson, M. T.(2013). The effects of limited enzymatic hydrolysis on the physicochemical and emulsifying properties of a lentil protein isolate. Food Research International, 51, 162-169.

Bouzid, H., Rabiller-Baudry, M., Paugam, L., Rousseau, F., Derriche, Z., & Bettahar, N. E. (2008). Impact of zeta potential and size of caseins as precursors of fouling deposit on limiting and critical fluxes in spiral ultrafiltration of modified skim milks. Journal of Membrane Science, 314(1), 67–75

Boye, J. I., Aksay, S., Roufik , S., Ribereau, S., Mondor, M., Farnworth, E & Rajamohamed, S.H. (2010). Comparison of the functional properties of pea, chickpea and lentil protein concentrates processed using ultrafiltration and isoelectric precipitation techniques. Food Research International, 43, 537-546.

Caliskanturk. K, S., Gunay, D & Sayar, S. (2017). In vitro evaluation of whole faba bean and its seed coat as a potential source of functional food components. Food Chemistry, 230,182-188.

Coda, R., Varis, J., Verni, M., G. Rizzello, C & Katina, K. (2017). Improvement of the protein quality of wheat bread through faba bean sourdough addition. Food Science and Technology , 82, 296-302.

Constantinides, A., & Adu-Amankwa, B. (1980). Enzymatic modification of vegetable protein: Mechanism, kinetics, and production of soluble and partially soluble protein in a batch reactor. Biotechnology and Bioengineering, 22(8), 1543-1565.

Chen, L., Chen, J., Ren, J., & Zhao, M. (2011). Effects of ultrasound pretreatment on the enzymatic hydrolysis of soy protein isolates and on the emulsifying properties of hydrolysates. Journal of Agricultural and Food Chemistry, 59(6), 2600–2609.

Du, M., Xie, J., Gong, B., Xu, X., Tang, W., Li, X., Li, Ch., Xie, M. (2017). Extraction, physicochemical characteristics and function properties of mung bean protein. Food Hydrocolloids xxx, 1-10.

Eromosele, C. O., Arogundade, L. A., Eromosele, I. C., & Ademuyiwa, O. (2008). Extractability of African yam bean (Sphenostylis stenocarpa) protein in acid, salt and alkaline aqueous media. Food Hydrocolloids, 22(8), 1622-1628.

Feng, Z., Dou, W., Alaxi, S., Niu, Y & Yu, L. (2017). Modified soluble dietary fiber from black bean coats with its

rheological and bile acid binding properties. Food Hydrocolloids, 62, 94-101.

Hendawey, M. H & Younes, A. M. A. (2013). Biochemical evaluation of some faba bean cultivars under rainfed conditions at El-Sheikh Zuwayid. Annals of Agricultural Sciences, 58, 183-193.

Janser. S. d. C, R., Granato. C, V & Harumi. S, H. (2017). Binary mixture of proteases increases the antioxidant properties of white bean (Phaseolus vulgaris L.) protein-derived peptides obtained by enzymatic hydrolysis. Biocatalysis and Agricultural Biotechnology, 10, 291-297.

Jiang, L., Wang, J., Li, Y., Wang, Zh., Liang, J., Wang, R., Chen, Y., Ma, W., Qi, W & Zhang, M. (2014). Effects of ultrasound on the structure and physical properties of black bean protein isolates. Food Research International, 62, 595-601.

Johnston, S. P., Nickerson, M. T & Low, N. H. (2015). The physicochemical properties of legume protein isolates and their ability to stabilizer oil-in-water emulsions with and without genipin. J Food Sci Technol. 52(7), 4135-4145.

Karim, M., Alimi, M., Shokoohi, S & Fazeli, F. (2017). Effect of long-chain inulin and modified starch on the physicochemical and rheological properties of doogh (Iranian yogurt drink). Acta Alimentaria, 46 (1), 51–60.

Kinsella, J. E. (1979). Functional properties of soy proteins. Journal of the American Oil Chemists’ Society, 56, 242–258.

Khosravi, Y., Keramat, J., Hoseini, E., Keshavarz. H, A. A & Mahmodi, E. (2013). Investigating the effect of pH and ionic concentration on foaming and emulsifing different Iranian beans. Innovation in Science and Technolory, 1, 99-111(in Persian).

Kimura, A., Fukuda, T., Zhang, M., Motoyama, S., Maruyama, N., & Utsumi, S. (2008). Comparison of physicochemical properties of 7S and 11S globulins from pea, fava bean, cowpea, and French bean with those of soybean-french bean 7S globulin exhibits excellent properties. Journal of Agricultural and Food Chemistry, 56, 10273-10279.

Lin, M. J. Y., & Humbert, E. S. (1974). Certain functional properties of sunflower meal products. Journal of Food Science, 39(2), 368–370.

Lu, W., Chen, X. W., Wang, J. M., Yang, X. Q., Qi, J. R. (2015). Enzyme-Assisted Subcritical Water Extraction and Characterization of Soy Protein from Heat-Denatured Meal. Journal of Food Engineering.

Maani, B., Alimi, M., Shokoohi, S & Fazeli, F.(2016). Substitution of modified starch with hydrogen peroxidemodified rice bran in salad dressing formulation: physicochemical, texture, rheological and sensory properties. Texture Studies, 48, 205-214.

Martinnez. M, D., Hernandez, B., Amigo, L., Miralles, B & AngelGomez, J.(2013). Extraction/Fractionation techniques for proteins and pepfies and protein digestion. Food Microbiology and Food Safety 2.

Martinez. V, A., Lobato. C, C., Hernandez. R, B. E., Roman. G, A., Alvarez. R, J., Vernon. C, E. J. (2018). High intensity ultrasound treatment of faba bean (Vicia faba L.) protein: Effect on surface properties, foaming ability and structural changes. Ultrasonics Sonochemistry, 44, 97-105.

Mu, L., Zhao, M., Yang, B., Zhao, H., Cui, C., & Zhao, Q. (2010). Effect of ultrasonic treatment

on the graft reaction between soy protein isolate and gum acacia and on the physicochemical properties of conjugates. Journal of Agricultural and Food Chemistry, 58(7), 4494–4499.

Moure, A., J. Sineiro, J., Herminia Domınguez, H & Parajo, J.C. (2006). Functionality of oilseed protein products: A review. J. Food Research International 39, 945–963.

Multari, S., Stewart, D & Russell, W. R. (2015). Potential of Fava Bean as Future Protein Supply to

Partially Replace Meat Intake in the Human Diet. Comprehensive Reviews in Food Science and Food Safety, 14, 511-522.

Nivala, O., Makinen, O. E., Kruus, K., Nordlund, E & Ercili. C, D. (2017). Structuring colloidal oat and faba bean protein particles via enzymatic modification. Food Chemistry, 231, 87-95.

Okezie , B. O., Bello, A. B. (1988). Physicochemical and functional properties of winged bean flour and isolate compared eith soy isolate. Food Sci, 53, 450-454.

Quemener, B. (1988).Improvements in the high pressure liquid chromatographic determination of amino sugars and α-galactosides in faba bean, lupin and pea. Journal of Agriculture and food chemistry, 36,754-759.

Rosa.S, N., Heinio, R. L., Cassan, D., Holopainen. M, U., Micard, V., Lantto, R & Sozer, N. (2016). Effect of bioprocessing and fractionation on the structural, textural and sensory properties of gluten-free faba bean pasta. Food Science Technology, 67, 27-36.

Rocıo, R., Jimenez, A., Fernandez. B, J., Guillen, R &, Heredia, A. (2006). Dietary fibre from vegetable products as source of functional ingredients. Trends in Food Science & Technology, 17, 3–15.

Singh, G., Wani, A.A,. Kaur,D, and Dalbir Singh Sogi, D. (2008). Characterization and functional properties of proteins of some Indian chickpea (Cicer arietinum) cultivars. J Sci Food Agric 88:778–786.

Sikorski, Z. E. (2001). Functional properties of proteins in food systems. In Z. E. Sikorski (Ed.), Chemical and functional properties of food proteins (pp. 113–135).

Song, X., Zhou, C., Fu, F., Chen, Z., & Wu, Q. (2013). Effect of high-pressure homogenization

on particle size and film properties of soy protein isolate. Industrial Crops and Products, 43, 538–544

Tan, E. S., Ngoh, Y. Y & Gan, C. Y. (2014). A comparative study of physicochemical characteristics and functionalities of pinto bean protein isolate (PBPI) against the soybean protein isolate (SPI) after the extraction optimization. Food Chemistry, 152, 447-455.

Tirgar, M., Silcock, P., Carne, A & Birch, E.J. (2017). Effect of extraction method on functional properties of flaxseed protein concentrates. Food Chemistry, 215, 417-424.

Tiwari, U & Cummins, E. (2011).Functinal and physicochemical properties of legume fiber. Pula Foods, Processing, Quality and Nutraceutical Applications, 121-156.

Yust, M. M., Pedroche, J., Giro´ n-Calle, J., Alaiz, M., Milla´ n, F., & Vioque, J. 2003. Production of ace inhibitory peptides by digestion of chickpea legumin with alkalase. Food Chemistry, 81, 363–369.

Zee, J. A., Boudreau, A., Bourgeois, M. and Breton, R. (1988). Chemical composition and nutritional quality of faba bean (Vicia faba L.Minor) based tofu. Journal of Food Science, 53(6), 1772-1774, 1781.