ارزیابی ویژگی‌های ساختاری و عملکردی کونژوگه‌های ایزوله پروتئین دانه کدو (Cucurbita pepo) - صمغ فارسی

نوع مقاله : مقاله کامل علمی پژوهشی

نویسندگان

1 دانشکده صنایع غذایی، گروه آموزشی علوم و صنایع غذایی، دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی گرگان

2 استاد، گروه علوم و صنایع غذایی، دانشکده صنایع غذایی، دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی گرگان، گرگان، ایران

3 دانشیار، گروه علوم و صنایع غذایی، دانشکده صنایع غذایی، دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی گرگان، گرگان، ایران

چکیده

سابقه و هدف: پروتئین‌های گیاهی عمدتا از نوع پروتئین‌های ذخیره‌ای کروی با وزن مولکولی بالا هستند. استفاده از این پروتئین‌ها در فرمولاسیون محصولات غذایی به‌دلیل ساختار سخت و انعطاف‌ناپذیر آن‌ها، با محدودیت‌هایی از جمله حلالیت پایین، قابلیت امولسیون‌کنندگی و کف‌کنندگی ضعیف همراه است. در همین راستا، توسعه روش‌های کارآمد جهت اصلاح ساختار پروتئین‌های گیاهی به‌منظور بهبود عملکرد و گسترش کاربردهای صنعتی ضروری به‌ نظر می‌رسد. در سال‌های اخیر، واکنش میلارد به‌ عنوان روشی طبیعی و ایمن برای کونژوگه‌کردن پروتئین با کربوهیدرات با هدف اصلاح ساختار پروتئین‌ها بسیار مورد توجه قرار گرفته است. این روش بدون نیاز به افزودن ترکیبات شیمیایی و در شرایط کنترل‌شده رخ می‌دهد. پژوهش حاضر با هدف تهیه و بررسی ساختار و ویژگی‌های عملکردی کونژوگه‌های ایزوله پروتئین دانه کدو و بخش محلول صمغ فارسی در نسبت‌های مختلف (1به1)، (1به3) و (3به1) انجام شده است. نتایج این مطالعه می‌تواند به توسعه ترکیبات عملکردی جدید با کاربردهای گسترده در صنایع غذایی منجر شود.
مواد و روش‌ها: در این تحقیق تولید کونژوگه‌های ایزوله پروتئین دانه کدو- بخش محلول صمغ فارسی به روش حرارت‌دهی خشک در دمای 60 درجه‌سانتی‌گراد و رطوبت نسبی 75 درصد در نسبت‌های صمغ به پروتئین (1به1)، (1به3) و (3به1) به مدت 48 ساعت انجام شد. به منظور ارزیابی میزان پیشرفت فرایند تشکیل کونژوگه طی واکنش میلارد، درصد کونژوگه‌شدن و جایگزینی گروه‌های آمین آزاد پروتئین به روش اورتو-فتال‌دی‌آلدهید (OPA) اندازه‌گیری شد. در همین راستا طیف‌سنجی مادون قرمز تیدیل فوریه (FTIR)، الکتروفورز ژل پلی‌اکریل آمید (SDS-PAGE) به منظور تایید واکنش میلارد انجام شد و همچنین شاخص‌های رنگی، ویژگی‌های امولسیون‌کنندگی (شاخص فعالیت امولسیون‌کنندگی و پایداری امولسیون)، اندازه ذرات، پتانسیل زتا امولسیون و ویژگی‌های کف‌کنندگی ( شاخص ظرفیت کف‌کنندگی و پایداری کف) مورد ارزیابی قرار گرفت.
یافته‌ها: برهمکنش کووالانسی ایزوله پروتئین دانه کدو- بخش محلول صمغ فارسی طی واکنش میلارد با استفاده از روش OPA، طیف‌سنجی مادون قرمز تبدیل فوریه (FTIR) و نیز پروفایل الکتروفورز تایید شد. بر اساس نتایج حاصل از این پژوهش، بیشترین میزان پتانسیل زتا (mV 81/0 ± 35/41-)، فعالیت امولسیون‌کنندگی (m2/g 18/0 ± 19/14)، پایداری امولسیون (52/1 ± 57/67 درصد)، ظرفیت کف‌کنندگی ( 23/0 ± 23/36 درصد) و نیز پایداری کف ( 01/1 ± 53/27 درصد) برای نسبت (1به3) ایزوله پروتئین دانه کدو- بخش محلول صمغ فارسی تعیین‌شد (p ≤ 0.05) که با نتایج درجه کونژوگه‌شدن در نسبت ذکر‌شده هم راستا بود. به طور کلی نتایج حاصل از ارزیابی‌های مختلف نشان داد، کونژوگه‌های تولید‌شده در مقایسه با پروتئین، ویژگی‌های عملکردی بهتری را به نمایش می‌گذارند.
نتیجه‌گیری: کونژوگه شدن ایزوله پروتئین دانه کدو با بخش محلول صمغ‌فارسی منجر به بهبود ویژگی‌های امولسیون‌کنندگی، کف‌کنندگی و نیز تغییر چشمگیر در اندازه ذرات و پتانسیل زتا امولسیون تولیدی در مقایسه با پروتئین به تنهایی می‌گردد. این فرایند منجر به تولید ساختار‌های با ویژ‌گی‌های عملکردی بهبود‌یافته می‌شود که می‌توان از آن به عنوان بخشی از فرمولاسیون در طیف گسترده‌ای از فراورده‌های غذایی از جمله، نوشیدنی‌ها، محصولات نانوایی و فراورده‌های لبنی استفاده نمود.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Evaluation of the Structural and Functional Properties of Conjugates Prepared from Pumpkin (Cucurbita pepo) Seed Protein Isolate and Persian Gum

نویسندگان [English]

  • Mahdieh Akbari 1
  • Mehran Aalami 2
  • Yahya Maghsoudlou 2
  • Hoda Shahiri Tabarestani 3
1 Faculty of Food Industries, Department of Food Science and Technology, Gorgan University of Agricultural Sciences and Natural Resources
2 Mehran Aalami, Professor, Department of Food Science and Technology, Faculty of Food Industries, Gorgan University of Agricultural Sciences and Natural Resources, Gorgan, Iran
3 Hoda Shahiri Tabarestani, Associate Professor, Department of Food Science and Technology, Faculty of Food Industries, Gorgan University of Agricultural Sciences and Natural Resources, Gorgan, Iran
چکیده [English]

Background and Objectives: Plant proteins are predominantly globular storage proteins with high molecular weight. Their application in food formulations is often restricted by their rigid structure, which leads to poor solubility, weak emulsifying ability, and limited foaming capacity. Consequently, efficient strategies to tailor the structure of plant proteins are required to enhance their functionality and expand their industrial applications. In recent years, the Maillard reaction has been widely recognized as a natural and safe approach for conjugating proteins with carbohydrates, enabling structural modification under controlled conditions without the use of chemical additives. This study aimed to prepare and investigate the structural and functional properties of conjugates derived from pumpkin seed protein isolate and the soluble fraction of Persian gum at different ratios (1:1, 1:3, and 3:1). The findings of this study could facilitate the development of novel functional ingredients with broad applications in the food industry.
Materials and Methods: Pumpkin seed protein isolate-Soluble fraction Persian gum conjugates were prepared via the dry heating method at 60 °C and 75% relative humidity for 48 h at protein-to-gum ratio of 1:1, 1:3, and 3:1. The degree of conjugation or substitution of free amino groups during the Maillard reaction was quantified using the ortho-phthalaldehyde (OPA) method. Fourier transform infrared (FTIR) spectroscopy and sodium dodecyl sulfate–polyacrylamide gel electrophoresis (SDS–PAGE) were performed to confirm the occurrence of the Maillard reaction. Additionally, color parameters, emulsifying properties (emulsifying activity index and emulsion stability), particle size, zeta potential of emulsions, and foaming properties (foaming capacity and foaming stability) were evaluated.
Results: Covalent interactions between Pumpkin seed protein isolate– Soluble fraction Persian gum via the Maillard reaction were confirmed by OPA analysis, FTIR spectra, and SDS-PAGE profiles. Among the different ratios, the 1:3 Pumpkin seed protein isolate– Soluble fraction Persian gum conjugate exhibited the highest zeta potential (−41.35 ± 0.81 mV), emulsifying activity (14.19 ± 0.18 m²/g), emulsion stability (67.57 ± 1.52%), foam capacity (36.23 ± 0.23%), and foam stability (27.53 ± 1.01%) (p ≤ 0.05). These results were consistent with the highest degree of conjugation observed for this ratio. In general, the results of different evaluations showed that the produced conjugates exhibited better functional properties compared with the native protein.
Conclusion: Conjugation of pumpkin seed protein isolate with the soluble fraction of Persian gum via the Maillard reaction significantly enhanced emulsifying and foaming properties, as well as modified particle size and zeta potential of the resulting emulsions, compared to the unmodified protein. This process yields protein–polysaccharide structures with improved functional properties, which can be effectively incorporated into a wide range of food products, including beverages, bakery items, and dairy products.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Keywords: Maillard reaction
  • Persian gum
  • Pumpkin seed protein isolate
  • Functional properties
  • Conjugate