Технічні функціональні властивості водорозчинних білків, що розчиняються з їстівних комах

Те-Кун Кім

1 Дослідницька група харчової промисловості, Корейський інститут харчових досліджень, Ванджу 55365, Корея

Хе Ін Йонг

1 Дослідницька група харчової промисловості, Корейський інститут харчових досліджень, Ванджу 55365, Корея

Чанг Хі Чжон

2 Департамент харчової науки та біотехнології тваринних ресурсів, Університет Конкук, Сеул 05029, Корея

Сун Гу Хань

2 Департамент харчової науки та біотехнології тваринних ресурсів, Університет Конкук, Сеул 05029, Корея

Янг-Бунг Кім

1 Дослідницька група харчової промисловості, Корейський інститут харчових досліджень, Ванджу 55365, Корея

Хюн-Донг Паїк

2 Департамент харчової науки та біотехнології тваринних ресурсів, Університет Конкук, Сеул 05029, Корея

Юнь-Санг Чой

1 Дослідницька група харчової промисловості, Корейський інститут харчових досліджень, Ванджу 55365, Корея

Анотація

Досліджено амінокислотний склад, якість білка та функціональність білка розчину білка, витягнутого з трьох їстівних видів комах. Ми використовували 0,02% аскорбінової кислоти та 0,58 М сольового розчину для вилучення водорозчинних та солерозчинних білків з трьох видів комах. Екстраговані білкові розчини Tenebrio molitor (TM), Allomyrina dichotoma (AD) та Protaetia brevitarsis seulensis (PB) були розділені на шість груп за видами та розчинністю: WTM, WAD, WPB (водорозчинний) та STM, SAD, і SPB (розчинний у солі). Знежирений ТМ мав найвищий вміст білка, але його розчинність у білках була найнижчою як для води, так і для сольових розчинів. Амінокислотний склад відрізнявся за видами їстівних комах та типом буфера; SPB мав найвищу якість білка, за яким слідував WPB. PB мав вищий рН, ніж інші види. Значення кольору також відрізнялись у видів. SPB мав рясні високомолекулярні білки, порівняно з іншими методами лікування; а також мав найвищу здатність до піноутворення, стабільність піни та емульгуючу здатність. На закінчення, PB є хорошим джерелом функціонального білка порівняно з іншими досліджуваними видами. Крім того, екстракція білка з використанням сольового розчину є перспективним методом для поліпшення функціональності їстівних комах.

Вступ

Видалення неперетравної фракції з їстівних комах є головним фактором їх використання як джерела білка (Choi et al., 2017; Mishyna et al., 2019). Дослідники підходили до вилучення білка шляхом застосування розчинності білка з використанням різних процесів, таких як лужний, ферментативний гідроліз або методи засолення, навіть якщо на це було витрачено великі витрати та час на вилучення білка з їстівних комах (Nongonierma та FitzGerald, 2017). На сьогодні дослідження зосереджені на визначенні розчинності екстрагованих білків та функціональних властивостей за допомогою методів, заснованих на контролі рН або температури (Zhao et al., 2016). За даними Choi та співавт. (2011), м’язовий білок є важливою складовою м’ясних продуктів, оскільки він контролює властивості гелеутворення та містить понад 50% розчинних у солі міофібрилярних білків. Хоча багато дослідників намагалися замінити м’ясний білок їстівним білком комах, мало відомостей про функціональні властивості солерозчинних білків, отриманих від їстівних комах. Отже, повинні бути визначені функціональні властивості екстрагованих білків з їстівних комах сольовим розчином.

Таким чином, метою цього дослідження було оцінити функціональні властивості екстрагованого білка з трьох різних їстівних видів комах, посилити їх фізико-хімічні властивості як джерела їжі відповідно до розчинності білка.

Матеріали і методи

Їстівні комахи та знежирення

Три різні види ліофілізованих їстівних комах були отримані з комерційного ринку (Farm Bang, Jeongeup, Корея) на стадії личинок, таким чином: ТМ (волога: 4,83 ± 0,05; білок: 58,44 ± 2,89; жир: 25,33 ± 0,65; зола: 4,29 ± 0,22), AD (волога: 7,18 ± 0,21; білок: 49,68 ± 0,54; жир: 24,54 ± 0,11; зола: 2,20 ± 0,30) та PB (волога: 4,00 ± 0,05; білок: 51,08 ± 0,40; жир: 21,18 ± 0,18; зола: 5,24 ± 0,15). Для вилучення білка 200 г меленої речовини комах диспергували в н-гексані (Daejung, Пусан, Корея) при 1: 5 (мас./Об.). Після перемішування при 20 ° С протягом 1 год жир, розчинений у гексані, видаляли; потім процедуру повторювали до досягнення прозорого гексану. Потім залишок гексану в знежиреному порошку комах (DIP) потім випарювали при 20 ° С протягом ночі в витяжній шафі. DIP зберігали при -20 ° C до екстракції.

Екстракція білка

Екстракцію білка з DIP проводили з використанням 0,02% (мас./Об.) Аскорбінової кислоти для водорозчинного білка та 0,58 М сольового розчину (0,49 М NaCl, 17,8 мМ Na5P3O10 та 1 мМ NaN3; рН 8,3, 2 ° C) сольорозчинний білок. DIP і кожен з буферів гомогенізували при 1: 2 (мас./Об.) При 10000 об/хв і фільтрували за допомогою медичної марлі. Фільтрат центрифугували при 15000 g протягом 30 хв при 2 ° C, і отриманий супернатант вважався екстрагованим розчином білка без регулювання рН (Choi et al., 2011; Yi et al., 2016). Таким чином, були отримані водорозчинні (W) та розчинні у солі (S) білкові розчини для TM, AD та PB, які ми назвали WTM, STM, WAD, SAD, WPB та SPB.

Близький склад

Складові властивості знежирених їстівних комах визначали із застосуванням стандартних еталонних методів AOAC (2000). Вміст вологи (метод AOAC 950,46B) визначали за втратою ваги через 12 год сушіння при 105 ° C у сушильній шафі (SW-90D; Sang Woo Scientific Co., Бучеон, Корея). Вміст жиру (метод AOAC 960,69) визначали екстракцією Сокслета за допомогою системи екстракції розчинником (Soxtec ® Avanti 2050 Auto System; Foss Tecator AB, Höganäs, Швеція). Вміст білка (метод AOAC 981.10) визначали методом Кельдаля (Kjeltec ® 2300Analyzer Unit; Foss Tecator AB, Höganäs, Швеція). Золу визначали згідно з методом AOAC 920.153.

Розчинність білка

Розчинність їстівних комах у білках визначали біуретовим методом. Після екстракції білка з буферами (0,02% (мас./Об.) Аскорбінової кислоти та 0,58 М сольового розчину) визначали концентрацію білка в кожному розчині (Kim et al., 2017).

Якість амінокислот і білків

Після змішування 0,5 мл 1% екстрагованого розчину білка з 10 мл 6 М HCl в 20 мл ампулі герметичні зразки поміщали в сушильну шафу (SW-90D; Sang Woo Scientific Co., Бучеон, Корея) при 105 ° C. протягом 24 год гідролізувати під азотом. Після випаровування насухо при температурі 40 ° С у вакуумних умовах гідролізати розчиняли в 3–5 мл 0,02 М HCl. Вміст амінокислот визначали за допомогою аналізатора амінокислот (L-8800; Hitachi, Токіо, Японія) з використанням іонообмінної колони смоли (4,6 мм id × 60 мм) після фільтрування гідролізату за допомогою мембранного фільтра 0,20 мкм (Merck KGaA, Дармштадт, Німеччина). Стандартні амінокислоти були отримані від Sigma-Aldrich Co. (Сент-Луїс, Міссурі, США).

Додецилсульфат натрію – електрофорез у поліакриламідному гелі (SDS-PAGE)

Концентрацію білка в зразках розраховували за допомогою реактиву Бредфорда (Sigma-Aldrich Chemical Co., Сент-Луїс, Міссурі, США). Електрофорез додецилсульфату натрію – поліакриламідного гелю (SDS-PAGE) проводили, як описано раніше (Yi et al., 2013). Коротко, зразки білка (20 мкг) і буфер для зразків (Bio-Rad Laboratories Inc., Каліфорнія, США) змішували разом у співвідношенні 1: 1. Потім суміші нагрівали при 100 ° С протягом 5 хв і розділяли, використовуючи 10% SDS-PAGE. Далі гель фарбували Coomassie Brilliant Blue R250 (B7920; Sigma-Aldrich, Сент-Луїс, Міссурі, США), а забарвлені білкові смуги визначали за молекулярною масою (кДа), використовуючи маркер білка регулярного діапазону (PM2510; SMOBIO Technology Inc., Сіньчжу, Тайвань) (Kim et al., 2018).

Значення рН кожного розчиненого розчину білка вимірювали, використовуючи рН-метр моделі 340 (Mettler Toledo GmbH, Schwerzenbach, Швейцарія).

Колір

Інструментальний колір білкового розчину, вилученого з трьох їстівних видів комах, визначали за допомогою колориметра (CR-410 Chroma Meter; Konika Minolta, Осака, Японія). Для калібрування використовували білу пластину. Умови пластини були такими: CIE L * (легкість), 97,83; CIE a * (почервоніння), –0,43; CIE b * (жовтизна), 1,98; та орієнтація спостерігача, 2 °. Після заливки 1% екстрагованого розчину білка в колориметр CR-A40 на висоту 2 см було виявлено інструментальний колір (L *, a * і b *).

Місткість та стабільність піни

Після того, як концентрація білка в розчині була доведена до 1% (мас./Об.), 10 мл кожного зразка переносили в конічну пробірку на 50 мл. Кожен розчин гомогенізували при 12000 об/хв протягом 2 хв для отримання піни. Ємність піни розраховували як відсоткову різницю між початковим та об’ємом піноутворюючого розчину. Після завершення гомогенізації об’єм піноутворюючого розчину реєстрували через 2, 5, 10, 20, 30 та 60 хв (Mishyna et al., 2019).

Емульгуюча здатність та стійкість емульсії

Для того, щоб визначити емульгуючу здатність, 10 мл 1% (мас./Об.) Розчину білка та 1 мл чистої оливкової олії гомогенізували при 18000 об/хв протягом 2 хв. Після витримки протягом 10 хв при 20 ° C вимірювали об’єм емульгованого масляного шару. Різницю між об'ємом розчину до і після гомогенізації обчислювали у відсотках. Для визначення стійкості емульсії змішували 50 мкл емульсії та 10 мл 0,3% (мас./Об.) Розчину SDS. Після того, як розчин перевернули кілька разів, застосовували час витримки 10, 20, 30, 60, 90 і 120 хв. Для вимірювання поглинання кожного розчину при 500 нм використовували спектрофотометр, а різницю до і після часу витримки обчислювали у відсотках для визначення стійкості емульсії (Pearce and Kinsella, 1978).

Статистичний аналіз

Усі значення є середнім значенням ± SD для трьох повторень (n = 3).