PL: Interakcje termicznie modyfikowanego półrafinatu κ-karagenu z białkami | EN: Semi-rafinated κ-carrageenan and protein interactions

abstractPL: Celem badań było rozpoznanie charakteru oddziaływań pomiędzy półrafinatem κ-karagenu (w tym poddanym modyfikacji termicznej) a białkami roślinnymi (sojowym i ziemniaczanym) w tworzeniu żeli kształtujących cechy jakościowe modelowych przetworów mięsnych. Analizę współzależności białek i karagenu w przemianie fazowej zol-żel prowadzono w wieloetapowym doświadczeniu modelowym obejmującym w pierwszej fazie zole niemodyfikowanego i modyfikowanego termicznie półrafinatu κ-karagenu, następnie zole i żele w układzie karagen-białka roślinne (w roztworach wodnych i buforze potasowo-fosforanowym oraz przy zwiększonej sile jonowej z dodatkiem NaCl). Zasadnicze badania interakcji niekowalencyjnych pomiędzy karagenem a białkami przeprowadzono dla żeli trójskładnikowych polisacharyd-białko roślinne-białka miofibrylarne (ekstrahowane z tkanki mięśniowej i oczyszczone miofibryle) z dodatkiem 2% NaCl. Ostatnim etapem badań była analiza wpływu dodatku preparatów karagenu i białek roślinnych na cechy tekstury i wyróżniki jakościowe modelowych produktów mięsnych. Celem rozpoznania charakterystyk reologicznych i mechanicznych/tekstury zoli i żeli oraz jakościowych modelowych przetworów mięsnych analizowano: wartość modułu zachowawczego (sprężystości) i temperaturę początku przemiany zol-żel (wiskozymetria oscylacyjna), cechy mechaniczne żeli przy podwójnej deformacji, strukturę protonowym rezonansem magnetycznym (1H-NMR HR-MAS), mikrostrukturę z wykorzystaniem skaningowej mikroskopii elektronowej (CPD-SEM i Cryo-SEM), przemiany termiczne (DSC), wiązania hydrofobowe, jonowe i wodorowe metodą pośrednią (poprzez różnice w rozpuszczalności białek) oraz cechy sensoryczne modelowych przetworów mięsnych. Celem zbadania współzależności w kształtowaniu modułu sprężystości i temperatury początku przemiany zol-żel w modelu karagen-białko roślinne zastosowano metodę planowania eksperymentów (DoE) w oparciu o dwuczynnikowy, trójwartościowy centralny plan kompozycyjny. Wykazano że modyfikacja termiczna półrafinatu κ-karagenu wpływa na mikrostrukturę tworzonych żeli, zwiększając zagęszczenie sieci karagenu i zmniejszając przekrój poprzeczny struktur polimerowych. Dla żeli modyfikowanego półrafinatu κ-karagenu uzyskano wyższe wartości cech tekstury, szczególnie w modelowych układach z białkami roślinnymi, niż dla żeli niemodyfikowanego polisacharydu. Ponadto odziaływania niekowalencyjne w żelach karagenu modyfikowanego termicznie z białkami są większe niż polisacharydu niemodyfikowanego. Ustalono, że dodatek białek roślinnych wpływa na mikrostrukturę karagenu na dwa sposoby: wzmacniając sieć polisacharydu tworząc miejsca łączenia kilku struktur helikalnych lub tworząc większe struktury wypełniające uwodnione przestrzenie międzysieciowe. Przy niskiej sile jonowej i bez dodanych jonów potasowych, dla żeli karagen-białko ziemniaczane uzyskano wyższe wartości cech mechanicznych i reologicznych niż dla żeli karagen-białko sojowe. Zwiększenie siły jonowej poprzez dodatek NaCl wpływa korzystnie na cechy reologiczne żeli karagen białko-roślinne. Wykazano, że oddziaływania hydrofobowe i wodorowe są silniejsze w żelach karagen-białka miofibrylarne z białkiem ziemniaka w porównaniu do białka soi, których dodatek zwiększa oddziaływania jonowe. Modyfikacja termiczna półrafinatu κ-karagenu wpływa na poprawę cech mechanicznych i sensorycznych homogenizowanych produktów modelowych z zastosowaniem izolatu białka sojowego. Zastosowanie białek roślinnych jako zamiennika białek mięsa w modelowych przetworach powoduje obniżenie natężenia barwy czerwonej oraz akceptacji tego wyróżnika jakościowego. Preparat białka ziemniaczanego może być stosowany zamiast izolatu białka sojowego w przetworach mięsnych, osiągając zbliżone cechy mechaniczne i sensoryczne w modelowych produktach mięsnych. Ponadto wyniki badań wskazują, że przy projektowaniu mieszanek składników dla przemysłu mięsnego możliwa jest optymalizacja ich składu pod kątem udziału karagenu i białka roślinne.

abstractEN: The aim of the study was to identify the nature of interactions between semi-refined κ-carrageenan (including thermally modified type) and plant proteins (soy and potato) by formation of the gels shaping the quality characteristics of model meat products. Analysis of interaction between proteins and carrageenan by sol-gel phase transition was performed in a multi-stage model experiment. In the first phase the analyses were carried out on sols of unmodified and thermally modified semi-refined κ-carrageenan, then sols and gels in the carrageenan-plant protein system (in aqueous solutions and potassium-phosphate buffer and with increased ionic strength by NaCl addition). Fundamental studies of non-covalent interactions between carrageenan and proteins were performed with ternary polysaccharide-vegetable protein- myofibrillar proteins (myofibrils extracted from muscle tissue and purified) gels with 2% NaCl addition. By the last stage of the research, an influence of carrageenan and plant proteins addition on the model meat products texture and quality was analysed. To recognize the rheological and mechanical characteristics/texture of sols and gels, as well as, model meat products quality factors, the following analyses were done: storage modulus and sol-gel transition onset temperature analysis (oscillation viscosimetry), gel mechanical properties by double deformation, structure by the proton magnetic resonance (1H-NMR HR-MAS), microstructure by scanning electron microscopy (CPD-SEM and Cryo-SEM), thermal effects (DSC), hydrophobic, ionic and hydrogen bonds indirectly (through differences in protein solubility) and sensory analysis of the model meat products. In order to investigate mutual influence on the storage modulus and sol-gel transition onset temperature in the carrageenan-plant protein system, the Design of Experiments (DoE) method based on a two-factors, trivalent central compositional plan was used. It was found that the thermal modification of κ-carrageenan affects the microstructure of the formed gels by increasing the density of the carrageenan network and reducing the cross-section of the polymer structures. For gels of modified semi-refined κ-carrageenan, higher values of texture characteristics were obtained, especially in model systems with plant proteins, relative to gels of unmodified polysaccharide. Moreover, the non-covalent interactions in gels of thermally modified carrageenan with proteins were greater than in gels of unmodified polysaccharide. Addition of plant proteins had an effect on the microstructure of carrageenan by two ways: by fortification of polysaccharide network by creating helical structures combining point or by creating larger structures that are filling the polysaccharide inter-network spaces. At low ionic strength and without potassium ions addition, higher values of mechanical and rheological properties were obtained for carrageenan-potato protein gels than for carrageenan-soy protein gels. Increasing the ionic strength by NaCl addition has a positive effect on the rheological properties of carrageenan-plant protein gels. It was shown that hydrophobic and hydrogen interactions were stronger in carrageenan-myofibril gels with potato protein in comparison to soybean protein, where the addition increases the ionic interactions. Thermal modification of semi-refined κ-carrageenan improved the mechanical and sensory properties of homogenized model products with soy protein isolate. The use of plant proteins, as a meat proteins substitute, in model products reduced the intensity of the red color and the acceptance of this quality attribute. The potato protein can be used in meat products, instead of soy protein isolate, assuring similar mechanical and sensory characteristics. Moreover, research results indicated that it is possible to optimize composition of blends for the meat industry in terms of carrageenan and plant proteins content.

status: finished

collation: 97