برهمکنش پروتئین های گیاهی

برهمکنش پروتئین های گیاهی با سایر پلیمرها: روابط ساختار- عملکرد و کاربرد آنها در صنایع غذایی

در سال های اخیر، پروتئین های گیاهی به دلیل عملکردهای مختلف مفید برای سلامتی و کاربردهای گسترده در صنایع غذایی بسیار مورد توجه قرار گرفته اند. پروتئین های گیاهی همراه با سایر پلیمرهای خوراکی می توانند برای بهبود کیفیت و ارزش غذایی محصولات غذایی مورد استفاده قرار گیرند. در این سیستم های غذایی پیچیده، برهمکنش بین اجزای مختلف اجتناب ناپذیر است و این برهمکنش ها تأثیر قابل ملاحظه ای بر ساختار و عملکرد محصولات غذایی دارند. این مقاله به بررسی وضعیت فعلی اطلاعاتِ برهمکنش های بین پروتئین های گیاهی و سایر پلیمرها (پروتئین ها یا پلی ساکاریدها) در سیستم های غذایی و ساختار کمپلکس های تشکیل شده توسط این برهمکنش ها می پردازد. همچنین، بررسی جامعی از کاربردهای کمپلکس ها ارائه می دهد. پروتئین های گیاهی انواع مختلفی از برهمکنش ها با سایر پلیمرها (برای مثال پلی ساکاریدها یا پروتئین های حیوانی) در شرایط مختلف را نشان می دهند؛ بنابراین، مجموعه های مختلفی با ساختارهای مختلف (همچون شبکه های باینری، بافت موزاییکی و ساختارهای متقاطع) را تشکیل می دهند که تأثیرات متفاوتی بر خواص محصولات غذایی نهایی و کاربردهای آنها (من جمله جایگزینی برای چربی یا محصورسازی برای مواد فعال زیستی) در صنایع غذایی دارند. با این حال، از آنجا که مطالعات قبلی اساسآ بر مطالعۀ پروتئین های حبوبات و مخلوط های دو پلیمری با پایه پروتئین گیاهی متمرکز بودند، به مطالعات بیشتری در زمینه سایر پروتئین های گیاهی و سیستم های غذایی پیچیده تر حاوی پروتئین های گیاهی و سایر پلیمرها نیاز است.

پروتئین ها بخش بسیار مهمی از رژیم غذایی انسان محسوب می شوند زیرا برای حفظ توده عضلانی، پاسخ های ایمنی، سیگنالینگ سلولی و ترمیم سلول های آسیب دیده بسیار ضروری هستند. پروتئین های حیوانی و گیاهی دو منبع اصلی پروتئین در رژیم غذایی هستند. با این حال، مصرف بیش از حد پروتئین های حیوانی ممکن است منجر به چاقی، بیماری عروق کرونر قلب، فشار خون بالا، افزایش سرم و اسید اوریک ادرار شود. بسیاری از تحقیقات نشان داده اند که پروتئین های گیاهی فواید بسیاری برای سلامتی دارند همچون حمایت تغذیه ای از مبتلایان سیروز، بهبود اختلالات متابولیکی ناشی از چاقی، ضد بیماری های قلبی و عروقی و فعالیت های ضد سرطانی. همانطور که در شکل زیر ارائه شده است، سه نوع اصلی از پروتئین گیاهی وجود دارد: پروتئین های حبوبات، پروتئین غلات و پروتئین دانه های روغنی.

شکل 1:

با توجه به مزایای مختلفی که این پروتئین های گیاهی برای سلامتی دارند، تلاش های زیادی برای تولید فیلم های غذایی، هیدروژل ها، امولسیون ها یا فوم ها با پایۀ پروتئین های گیاهی برای استفاده در صنایع غذایی، تغذیه، بیولوژی و داروسازی صورت گرفته است. با این حال، پروتئین های گیاهی به فرآوری و محیط حساس هستند. دناتوره شدن پروتئین های گیاهی ممکن است در حین استخراج، پردازش یا ذخیره سازی مواد غذایی اتفاق بیفتد که به طور بالقوه می تواند عملکرد آنها در سیستم غذایی (مانند امولسیون ها و فوم ها) را تحت تأثیر قرار دهد. علاوه براین، محل پروتئین ها در داخل پلان می تواند بر استخراج پروتئین ها تأثیرگذار باشد. به منظور بهبود پتانسیل استخراج پروتئین، فرایندهای استخراج مانند گرمایش مایکروویو و فناوری اولتراسوند مورد بررسی قرار گرفت که ممکن است باعث دناتوره شدن پروتئین شود. در حین استخراج پروتئین ها، عوامل زیادی (مانند انواع حلال، دما، pH سیستم واکنش، سرعت هم زدن و زمان استخراج) را می توان برای بازیابی پروتئین ها و جلوگیری از اتلاف حلالیت آنها بهینه کرد. استراتژی های زیادی برای جلوگیری از دناتوره شدن پروتئین ها در حین پردازش یا ذخیره سازی مواد غذایی مانند اصلاح مولکولی پروتئین های گیاهی یا اختلاط پروتئین های گیاهی با سایر پلیمرها ارائه شده است. در این سیستم های غذایی چند جزئی، برهمکنش های بین پروتئین های گیاهی و سایر اجزاء به طور اجتناب ناپذیری به روش های مختلفی انجام می شود. این برهمکنش ها به طور بالقوه می توانند تأثیرات زیادی بر ساختار و خواص این محصولات غذایی داشته باشند. با این حال، اطلاعات بسیار محدودی از برهمکنش بین پروتئین های گیاهی و دیگر بیو پلیمرها در دسترس است. در نهایت، این مطالعه به بررسی وضعیت فعلی بررسی های صورت گرفته از برهمکنش های پروتئین های گیاهی با ماکرومولکول های غذایی، روابط ساختار- عملکرد بیوپلیمرها با پایۀ پروتئین گیاهی و کاربرد آنها در صنایع غذایی می پردازد.

کاربرد پروتئین های گیاهی در صنایع غذایی

پروتئین های گیاهی که بعنوان جایگزینی برای پروتئین های چرب یا حیوانی استفاده می شوند، می توانند ارزش سلامتی مواد غذایی را افزایش دهند. برای مثال SPI را می توان برای کاهش میزان چربی، لاکتوز و کالری در غذا استفاده کرد. با این حال، افزودن SPI بیش از حد ممکن است به دلیل طعم لوبیا بر طعم غذا تآثیر بگذارد. بنابراین، برخی از مواد غذایی خوش طعم دیگر (مانند پودر شیر و شکر) بایستی با SPI مخلوط شوند تا خواص حسی (مانند ظاهر، طعم و مزه دهان) محصولات نهایی بهبود یابد. علاوه براین، پروتئین های گیاهی معمولا بعنوان فیلر یا تثبیت کننده چربی برای بهبود بافت محصولات گوشتی مانند سوریمی، پاستیل گوشت خوک و خمیر گوشت استفاده می شوند. بر همین اساس، به منظور بهبود کیفیت محصولات غذایی حاوی پروتئین های گیاهی، اصلاح پروتئین های گیاهی به روش های مختلف (مانند از طریق پیوند متقابل کاتالیز شده با ترانس گلوتامیناز، فشار بالا، امواج فراصوت یا مایکروویو) به طور روزافزونی افزایش می یابد. با این حال، افزودن پروتئین های گیاهی تأثیر زیادی بر بافت و کیفیت طعم غذا دارد. گنجاندن مقادیر زیادی از آنها ممکن است بافت محصولات گوشتی را از بین برده و طعم نامطلوبی ایجاد کند. پختن اکستروژن به دلیل میزان بالای نگهداری مواد مغذی در صنایع غذایی کاربرد گسترده ای دارد. محصولات غذایی تهیه شده به روش اکستروژن از ساختار متخلخل و قابلیت هضم بالایی برخوردار هستند. به همین دلیل، محصولات غذایی اکسترود شده همیشه حاوی سطوح پایینی از پروتئین و فیبر هستند. از پروتئین های گیاهی می توان برای بهبود محتوای پروتئین و در نتیجه، ارزش غذایی محصولات غذایی اکسترود شده استفاده کرد. همچنین، این پروتئین ها تأثیر زیادی بر طعم غذاهای اکسترود شده دارند. متفاوت بودن برهمکنش ها بین مواد مختلف در غذاها (مانند واکنش میلارد) در حین پردازش اکسترود می تواند منجر به ایجاد طعم های مختلف در غذا شود. افزودن پروتئین های گیاهی بایستی به دقت انجام شود زیرا سطح بالای آنها (بیش از 20 درصد وزنی) می تواند دوام بافت را از بین برده، انبساط را کاهش داده و تراکم محصولات غذایی نهایی را نیز افزایش دهد.

پروتئین های گیاهی براساس خواص مولکولی شان (مانند وزن مولکولی، اندازه ذرات یا بار) و شرایط برهمکنش (مانند غلظت و نسبت اولیه، pH، قدرت یونی و دما) می توانند با دیگر پلیمرها به روش های مختلف برهمکنش داشته باشند. بر همین اساس، ساختارهای مختلف (همچون شبکه های باینری، بافت موزاییکی و ساختارهای متقاطع) می توانند برای بهبود خواص مکانیکی، حسی و عملکردی محصولات غذایی شکل بگیرند. امروزه، تحقیقات در زمینه برهمکنش پروتئین های گیاهی با سایر بیوپلیمرها به منبع بسیار محدودی از پروتئین های گیاهی (همچون پروتئین های حبوبات) اشاره دارد و اساسآ بر مخلوط های ساده از دو نوع مختلف پروتئین گیاهی یا مخلوط پروتئین های گیاهی با پلی ساکاریدها متمرکز است. در نهایت، میتوان گفت که منابع جدید پروتئین های گیاهی و سیستم های غذایی پیچیده تر بر پایه این پروتئین ها کاربردهای گسترده ای در صنایع غذایی داشته و پتانسیل بالایی برای توسعه بیشتر دارند.