بررسی ویژگی‌های امولسیون‌کنندگی کمپلکس‌های کووالانسی و غیرکووالانسی بتالاکتوگلوبولین- صمغ فارسی

STUDENT

DEGREE

YEAR

Emulsions and emulsifiers are widely used in Food industry. Application of proteins, polysaccharides and in particular protein-polysaccharide complexes has been attracted for stabilization of O/W emulsions. In fact, the exploitation of protein-polysaccharide interactions offers opportunities for the design of new ingredient with novel functionality in food industries. In this study, complexation behavior of ?- lactoglobulin (BLG) and Farsi Gum (FG) in aqueous solution, emulsifying properties of electrostatic and covalent complexes and application of the complexes with better performance in mayonnaise formulation was investigated. First, behavior of two biopolymers in aqueous solution was investigated and based on pH c , pH ?1 , pH opt and pH ?2 from turbidimetric curves, seven pH-delimited zones (pH after mixing , pH after mixing pH pH c , pH c pH pH ?1 , pH ?1 pH pH opt , pH opt , pH opt pH pH ?2 , pH pH ?2 .) were determined. Then, emulsion stabilizing properties of electrostatic and covalent complexes (at BLG/FG 1:1, 1:2, and 2:1 mixing ratios) were compared. Electrostatic complexes and covalent complexes by wet heating (85°C for 25min) at normal pH (pH=6.5-7) and pH with absorbance=0.3 was prepared (pHc pH pH ?1 ). pHs with absorbance=0.3 for BLG/FG (1:1), (1:2), and (2:1) were 4.35±0.05, 3.80±0.05, and 5.00±0.05, respectively. Covalent complexes at dry-state made at 14days. Emulsifying properties of 6 electroestatic complexes, 6 covalent complexes by wet heating, 4 covalent complexes that produced by dry heating and FG as control were evaluated. It was observed that electrostatic complexation between BLG and FG was controlled by pH and mixing ratio. In addation, as BLG/FG ratio increased, all critical pHs shifted toward higher pH values. In addition, soluble protein mesurements showed that maximum solubility was observed at pHc pH pH ?1 (in all BLG/FG mixing ratios). However, particle size mesurments showed that the FG molecules may increase complexes size, especially at BLG/FG ratio of 1:2. Emulsions were stabilized at higher solubility of BLG-FG complexes (i.e., pH after mixing pH pH c , pH c pH pH ?1 in all mixing ratios, and also pH pH ?2 at BLG:FG (1:2)). Linkage between two biopolymers and formation of high molecular components were confirmed by BLG band displacement on SDS -PAGE analysis and observing the top of gel slab at the beginning of running gels. Emulsion capacity (EC), emulsion stability (ES), and creaming index (CI) of emulsions showed that FG stabilized-emulsion had higher values but oiling-off was observed upon centrifugation and heat treatment. In addition, it was observed that electrostatic complex at BLG:FG (1:2) and pH=3.80, wet heating complex at BLG:FG (1:2) and pH= 6.69, and also complexes that incubated for 14days at BLG:FG (1:2) had better performance in comparison of their counterparts. Electrostatic complexes in acidic pH had higher viscosity compared to electrostatic counterparts (normal pH). But emulsion stabilized with wet heating complexes at normal pH had higher viscosity than acidic pHs. Moreover, dry heat treatment increased viscosity of the emulsio compared to electrostatic complexes with normal pHs (except, BLG/FG at 1:2 mixing ratio). D 0.1 , D 0.5 , D 0.9 , Span, and D 43 of BLG-FG, FG, and Gum Arabic stabilized emulsions were determined after emulsion formation and 1week storage at refrigerator. Analysis of variance of these parameters revalved that electrostatic complex at BLG:FG (1:2) and pH=3.80, wet heat complex at BLG:FG (1:2) and pH=6.69, dry heat complex that incubated for 1 and 2 weeks had lower particle size (better performance). Also, from the comparative microstructures of FG and BLG-FG complexes, some BLG-FG complexes exhibited a lower initial oil droplet size compared to FG. Finally, characteristics of mayonnaise contained chosen BLG-FG complexes compared to mayonnaise contained FG and commercial mayonnaise demonstrated that BLG-FG complexes had very good performance in mayonnaise formulation. But rheological properties of mayonnaise revalved that some complementary researches should be performed to optimize rheological properties of mayonnaise stabilized with BLG-FG complexes. Keywords: ?-lactoglobulin, Farsi Gum, Covalent complexe, Dry heating, Wet heating, Emulsion, droplet size distribution, Mayonnaise

صنعت غذا برپایه استفاده از امولسیون و امولسیفایرها استوار است. استفاده از پروتئین، پلی‌ساکارید و به طور خاص کمپلکس‌های پروتئین- پلی‌ساکارید، برای پایداری امولسیون‌های روغن-آب موردتوجه قرار گرفته است. در واقع، می‌توان با دستکاری برهمکنش بین این دو بیوپلیمر، کمپلکس‌هایی با عملکرد امولسیون‌کنندگی مطلوب و بی‌نظیر در مقایسه با هر یک از دو بیوپلیمر ایجاد کرد. در این پژوهش، رفتار کمپلکس دادن بتالاکتوگلوبولین (BLG) و صمغ فارسی (FG) در حالت محلول، ویژگی‌های امولسیون‌کنندگی کمپلکس‌های الکترواستاتیکی و کووالانسی، و در انتها به کارگیری کمپلکس‌های با بهترین عملکرد امولسیونی در فرمولاسیون مایونز مورد مطالعه قرار گرفت. در بخش ابتدایی، رفتار دو بیوپلیمر در حالت محلول بررسی شد و براساس pH c ،pH ?1 ، pH opt و pH ?2 از روی منحنی تغییرات کدورت، هفت ناحیه pH ( بعد مخلوط کردن pH، بعد مخلوط کردن pH pH pH c ، pH c pH pH ?1 ، pH ?1 pH pH opt ، pH opt ، pH ?2 pH pH opt و pH pH ?2 ) برای بررسی‌های بعدی، تعیین شدند. سپس، ویژگی‌های امولسیون‌کنندگی کمپلکس‌های الکترواستاتیکی و کووالانسی BLG/FG در سه نسبت 1:1، 2:1 و 1:2 با هم مقایسه شدند. کمپلکس‌های الکترواستاتیکی و کووالانسی تولیدی با حرارت‌دهی مرطوب (25 دقیقه در دمای °C85) در pH طبیعی (pH طبیعی برای هر سه نسبت بیوپلیمری بین 7-5/6 بود) و در pH دارای کدورت 3/0 (pH c pH pH ?1 ) آماده‌سازی شدند. pH با جذب 3/0 برای BLG/FG 1:1، 2:1 و 1:2 به ترتیب عبارت بودند از: 05/0±35/4، 05/0±80/3 و 05/0±00/5. کمپلکس‌های الکترواستاتیکی و کووالانسی روش حرارت‌دهی مرطوب بعد از تولید، به طریق انجمادی خشک گردید (غلظت بیوپلیمر کل در محلول %5/1 وزنی). کمپلکس‌های کوالانسی به روش حرارت‌دهی خشک طی 14 روز گرمخانه‌گذاری تهیه گردیدند. در مجموع، ویژگی‌های امولسیون‌کنندگی شش کمپلکس الکترواستاتیکی، شش کمپلکس کوالانسی تیمار حرارتی مرطوب و چهار کمپلکس کووالانسی تیمار حرارتی خشک و صمغ فارسی، به عنوان نمونه شاهد مورد ارزیابی قرار گرفتند. نتایج بخش اول نشان داد که برهمکنش الکترواستاتیکی بین این دو بیوپلیمر تحت تأثیر pH و نسبت بیوپلیمرها قرار داشته و با افزایش نسبت BLG/FG، تمامی محدوده‌های pH بحرانی به سمت مقادیر pH بالاتر حرکت کردند. همچنین، آنالیز پروتئین‌های محلول نشان داد که بیشترین حلالیت (برای تمامی نسبت‌های پروتئین به پلی‌ساکارید) در pH c pH pH ?1 دیده می‌شود. توزیع اندازه ذرات کمپلکس‌ها نشان داد که FG بیشترین تأثیر را بر اندازه‌ کمپلکس‌های BLG-FG، (به خصوص در2:1=BLG/FG) دارد. فعالیت امولسیونی هم نشان داد که پایداری بهتر امولسیون نیز در مقادیر pH با بیشترین حلالیت یعنی، بعد مخلوط کردن pH pH pH c ، pH c pH pH ?1 صورت می‌پذیرد. البته (1:2)BLG:FG در pH pH ?2 هم پایدار بود. جابه جایی جایگاه BLG در آنالیز SDS-PAGE و مشاهده شروع ژل در نمونه‌های کمپلکس کووالانسی، به ترتیب ایجاد پیوند بین دو بیوپلیمر و تشکیل ترکیبات با وزن مولکولی بالا را بعد از تیمار حرارتی تأیید کرد. نتایج ظرفیت امولسیون‌کنندگی، پایداری امولسیون و اندیس خامه‌ای شدن نشان داد که امولسیون FG تنها بالاترین مقدار را دارا بود اما در زمان سانتریفیوژ و تیمار حرارتی خروج روغن اتفاق افتاد. همچنین، نتایج نشان داد که کمپلکس الکترواستاتیکی با 80/3=pH در نسبت BLG/FG (2:1)، کمپلکس تیمار حرارتی مرطوب با 69/6=pH و (2:1)، و کمپلکس تیمار حرارتی تیمار خشک در نسبت (2:1) به مدت دو هفته گرمخانه‌گذاری، عملکرد بهتری در مقایسه با همتاهای خود داشتند. ویسکوزیته کمپلکس‌های الکترواستاتیکی با pH اسیدی نسبت به همتاهای الکترواستاتیکی خود با pH طبیعی بالاتر بود. اما در مورد کمپلکس‌های تیمار حرارتی مرطوب، نتیجه عکس کمپلکس‌های الکترواستاتیک مشاهده شد؛ به عبارتی، امولسیون‌های تولیدی در pH طبیعی، ویسکوزیته بالاتری در مقایسه با نمونه‌های با pH اسیدی نشان دادند. به علاوه، تیمار حرارتی خشک نیز ویسکوزیته امولسیون را نسبت به نمونه الکترواستاتیکی با pH طبیعی افزایش داد (به جز در نمونه پروتئین/پلی‌ساکارید 1:2). برای بررسی توانایی تولید امولسیون پایدار کمپلکس‌های BLG-FG، D 0/1 ، D 0/5 ، D 0/9 ، اٍسپُن (Span) و D 43 ، کمپلکس‌ها بلافاصله بعد از تولید امولسیون و یک هفته نگهداری در دمای C°4 با FG و صمغ عربی (به عنوان امولسیفایر بیوپلیمری شاهد) مقایسه شدند. آنالیز آماری این عوامل نشان داد که کمپلکس الکترواستاتیکی با 80/3=pH و نسبت BLG/FG (2:1)، کمپلکس تیمار حرارتی مرطوب 69/6=pH و (2:1)، کمپلکس تیمار حرارتی خشک یک و دو هفته گرمخانه‌گذاری شده (1:1)، مقادیر پایین‌تری را به خود اختصاص داده‌اند (یعنی عملکرد بهتری دارند). سه کمپلکس آخر از بین تمامی کمپلکس‌ها، بهترین عملکرد را از خود نشان داده و دارای تفاوت معنی‌داری نسبت به سایرین بودند. همچنین، ریزساختار امولسیون‌ها، اندازه ذرات چربی کوچک‌تر امولسیون کمپلکس‌ها را در مقایسه با صمغ فارسی تنها نشان داد. در آخر، استفاده از کمپلکس‌های BLG-FG منتخب در فرمولاسیون مایونز و مقایسه ویژگی‌ مایونزها با نمونه دارای FG تنها و تجاری، نشان داد که کمپلکس‌های تولیدی دارای عملکرد مناسبی هستند اما ویژگی‌های رئولوژیک مایونزهای تولیدی برای رسیدن به میزان مناسب همانند نمونه تجاری، نیاز به تحقیقات بیشتری دارد.