ملخص
الملخص
تُستخدم المكونات الغذائية، مثل النشا والبوليمرات الحيوية الأخرى والجزيئات الكبيرة (البروتينات)، في صناعة الأغذية كمكثفات أو عوامل تبلور أو مستحلبات في مجموعة متنوعة من المنتجات. هناك حاجة إلى بروتينات نباتية ذات وظائف عالية فيما يتعلق باستقرار الأنظمة متعددة المراحل. هناك العديد من طرق التعديل الموجودة المستخدمة لتعديل البروتينات النباتية، والتي تستخدم عمومًا ظروف تجزئة قاسية، مثل استخدام الماء أو المواد الكيميائية المسببة للتآكل أو الضغوط الفيزيائية العالية. سيهدف هذا المشروع إلى دراسة التجزئة الجافة عن طريق الطحن وتصنيف الهواء باعتبارها عمليات أكثر اعتدالًا واستدامة يمكن من خلالها الاحتفاظ بوظيفة البروتين. سيتم بعد ذلك معالجة الأجزاء عن طريق الرش الكهربائي لإنتاج جزيئات بمدى يتراوح بين 200-1000 نانومتر. يعد الرش الكهربائي تقنية ناشئة تستخدم لإنتاج جزيئات مجففة وتظهر مزايا كبيرة مقارنة بأنظمة الرش التقليدية لأنها لا تتطلب حرارة وبالتالي تستهلك طاقة أقل.
الخلفية
يتم استخدام المكونات الغذائية، مثل النشا والبوليمرات الحيوية الأخرى والجزيئات الكبيرة (البروتينات)، في صناعة المواد الغذائية كمكثفات أو عوامل تبلور أو مستحلبات في مجموعة متنوعة من المنتجات، بما في ذلك الصلصات والتوابل والآيس كريم. يعتمد نسيج هذه المنتجات واستقرارها على البنية والعلاقة الوظيفية للمكونات المضافة.
لقد أثار استخدام مجموعة واسعة من مصادر البروتين النباتي في تركيبات الأغذية اهتمامًا ملحوظًا خلال العقد الماضي. والآن أصبح من الواضح أن إعادة التوازن إلى الأنظمة الغذائية من خلال زيادة نسبة البروتينات النباتية، في ما يسمى بالأنظمة الغذائية المرنة، سوف تكون من بين الخيارات الوحيدة لتحقيق نظام غذائي عالمي مستدام، مقترناً بالحد بشكل كبير من هدر الغذاء. بعض التحديات التي تواجه استخدام البروتينات النباتية كمستحلبات أو مكونات غذائية تنتج عن التقنيات المستخدمة لعزل البروتينات النباتية عن المواد الخام (مثل البازلاء أو دقيق البازلاء) مقارنة بتلك المستخدمة لعزل البروتينات الحيوانية التي تؤثر على الخصائص الفنية والوظيفية مثل الذوبان والملمس والملمس. العديد من البروتينات النباتية ضعيفة الذوبان في الماء.
هناك حاجة إلى بروتينات نباتية ذات وظائف عالية فيما يتعلق بتثبيت الأنظمة متعددة المراحل، مثل الرغاوي والمستحلبات. هناك العديد من طرق التعديل الموجودة المستخدمة لتعديل البروتينات النباتية. تستخدم معظم طرق الاستخراج بشكل عام ظروف تجزئة قاسية، مثل استخدام الماء أو المواد الكيميائية المسببة للتآكل أو الضغوط الفيزيائية العالية. أثناء عملية الاستخلاص، يتم فصل أجزاء البروتين عن زيت الخلية النباتية أو الألياف أو مكونات النشا باستخدام المعالجة الرطبة اعتمادًا على خصائص المادة الخام الأولية. يتم استخدام الصب الرطب والترسيب الكهربي للبذور الزيتية أو البروتينات الغشائية المستخرجة من الأوراق الخضراء، مما يؤدي إلى عزل البروتين النقي نسبيًا. يتم إنتاج الجيل الحالي من بدائل اللحوم من مكونات غنية بالبروتين يتم الحصول عليها من خلال إجراءات الاستخلاص هذه.
الأهداف والغايات
سيهدف هذا المشروع إلى دراسة التجزئة الجافة عبر الطحن وتصنيف الهواء باعتبارها عمليات أكثر اعتدالًا واستدامة يمكن من خلالها الحفاظ على وظائف البروتين. يتضمن ذلك الطحن الدقيق للحبوب، حيث يتم إطلاق أجزاء النشا من مصفوفة البروتين التي تنقسم إلى أجزاء صغيرة. تتبع هذه الخطوة عملية تصنيف الهواء، حيث يتم خلالها فصل أجزاء البروتين بواسطة حبيبات النشا على أساس حجمها. يتم بعد ذلك الحصول على مركز البروتين باستخدام 50 جرامًا من البروتين/100 جرام من المادة الجافة ويتم الحصول على مركز النشا باستخدام ما يصل إلى 67 جرامًا من النشا/100 جرام من المادة الجافة. من المفترض أن استعادة هذين الجزأين، وتوصيفهما، والفهم المكتسب للعلاقات بين الهيكل والوظيفة، سوف يدعمان التطبيقات المستقبلية وإنتاج غذائي أكثر استدامة.
ستتم بعد ذلك معالجة الأجزاء عن طريق الرش الكهربائي لإنتاج جزيئات بمدى يتراوح بين 200-1000 نانومتر. الرش الكهربائي هو تقنية ناشئة تستخدم لإنتاج جزيئات مجففة وتظهر مزايا كبيرة مقارنة بأنظمة الرش التقليدية لأنها لا تتطلب حرارة وبالتالي تستهلك طاقة أقل. يتم إنشاء جهد كهربائي بين محلول البوليمر أو المستحلب والمجمع المؤرض، مما يؤدي إلى رذاذ الجسيمات. تكون أحجام الجسيمات المنتجة أصغر بكثير من التقنيات الأخرى، وصولاً إلى مقياس النانو ومع توزيع حجم أضيق (أي أقل تجميعًا) مما يسهل قابليتها للذوبان وخصائصها الوظيفية.
سيسعى مشروع الدكتوراه هذا إلى تطوير عملية تجزئة البصمة الكربونية المنخفضة للبقوليات مثل البازلاء والفول والعدس. سيتم تحديد التركيب (الألياف والبروتين والنشا) للأجزاء المنتجة باستخدام مجموعة من التقنيات متعددة النطاق. المسح التفاضليسيتم استخدام قياس السعرات الحرارية (DSC) لقياس درجة حرارة تمسخ البروتين ودرجة حرارة جلتنة النشا للحبوب والبقوليات والدقيق والأجزاء الحالية. سيمكن تجزئة تدفق الحقل غير المتماثل (AF4) مع الكشف المتعدد (DRI، MALS، UV-VIS) من وصف توزيع الوزن الجزيئي للبروتين وكسور السكاريد. سيتم قياس الخواص اللزوجة المرنة للكسور في المحلول باستخدام ريولوجيا التشوه الصغيرة وسيتم قياس زاوية التلامس والتوتر السطحي بواسطة مقياس التوتر. سيتم تقييم الخصائص الفيزيائية الحيوية الأخرى، بما في ذلك الحجم والبنية والقابلية للذوبان وإمكانات زيتا. ولأول مرة، سيتم استخدام نثر الأشعة السينية ذات الزاوية الصغيرة (SAXS) لفحص البنية النانوية الداخلية وبلورة النشا والبروتينات الخاصة بالأجزاء الموجودة. سيتم فحص مورفولوجية الجسيمات التي تم الحصول عليها بواسطة الفحص المجهري (المجهر الضوئي والمجهر الإلكتروني الماسح)، في حين سيتم توصيف بنيتها الكيميائية باستخدام التحليل الطيفي للأشعة تحت الحمراء لتحويل فورييه (FT-IR)، بينما ستتم مقارنة خصائصها الوظيفية بالمساحيق التقليدية.
