Auswirkungen der luftklassifikationsbasierten Trockenfraktionierung auf die strukturellen, thermischen und funktionellen Eigenschaften von Kichererbsenproteinkonzentrat für Anwendungen in der Nanoemulsion

Summary

Das trocken extrahierte Kichererbsenproteinkonzentrat zeigte einen hohen Proteingehalt, starke schäumende Eigenschaften und eine effektive Stabilisierung der Nanoemulsion bei einer W/V-Konzentration von 3,0 %. Strukturelle und thermische Analysen zeigten eine amorph-dominante Organisation mit niedriger Residualkristallinität und verbesserter molekularer Flexibilität, was ihre Eignung als nachhaltiger, pflanzenbasierter funktioneller Bestandteil für Lebensmittelkolloidsysteme unterstützt.

Abstract

Kichererbsenproteinkonzentrat (CPC) wurde durch einen trockenen Extraktionsansatz gewonnen und systematisch hinsichtlich seiner Zusammensetzung, Funktions- und Struktureigenschaften charakterisiert, um seine Eignung für Nanoemulsionsanwendungen (NE) zu bewerten. Das trocken extrahierte CPC besaß einen Proteingehalt von 44,8 % und zeigte eine überlegene funktionelle Leistung, darunter eine Schäumkapazität von 61,1 % und eine hohe Schaumstabilität von 94,7 %, was eine effiziente Schnittflächenadsorption und kohäsive Filmbildung widerspiegelt. Die NE-Formulierung, die mit 3,0 % w/v CPC als Emulgiationsmittel hergestellt wurde, erreichte eine signifikante Verringerung der Tröpfchengröße, was einen Z-durchschnittlichen Tröpfchendurchmesser von 152,7 nm und einen niedrigen Polydispersitätsindex (0,30) ergab, was auf eine feine, relativ gleichmäßige Tröpfchengrößenverteilung und kinetisch stabile kolloidale Stabilität hinweist. Die vergleichende Analyse von Kichererbsenmehl (CF) und CPC (DSC) zeigte zwei Hauptendotherme Übergänge. Während beide Proben einen ähnlichen Übergang bei niedrigen Temperaturen bei 68,4 °C zeigten, der mit der Freisetzung gebundenen Wassers verbunden war, zeigte CPC eine deutlich geringere Enthalpieänderung, was auf eine teilweise Störung der nativen molekularen Ordnung nach der trockenen Extraktion hinweist. Das in den NE-Systemen verwendete Röntgenbeugungsprofil (XRD) des CPC zeigte einen breiten, amorphen Halo im 2θ-Bereich von 10°-30°, unterbrochen von begrenzten scharfen Reflexionen mit geringer Intensität. Diese Ergebnisse bestätigen eine amorph-dominante Struktur mit partiellen kristallinen Regionen, wobei die Gesamtkristallinität des Konzentrats auf etwa 15 % geschätzt wird. Diese Studie beschreibt ein reproduzierbares und lösungsmittelfreies Protokoll zur Herstellung von Öl-in-Wasser-NEs unter Verwendung von trocken-luftklassifiziertem CPC, geeignet für den Lehrzweck und eine mögliche industrielle Skalierung.

Introduction

Aus Hülsenfrüchten gewonnene Proteine haben als multifunktionale Zutaten für die Entwicklung strukturell stabiler Lebensmittelemulsionen große Bedeutung erhalten. Unter diesen Quellen ist Kichererbse (Cicer arietinum) besonders bemerkenswert wegen ihrer hohen weltweiten Produktion (die^drittmeist angebaute Hülsenfrüchte weltweit), ihres hohen Proteingehalts (18%–24%), ihrer hypoallergenen Natur und ihres ausgewogenen essentiellen Aminosäureprofils ^1,2. Typischerweise enthalten Proteinisolate eine höhere Proteinkonzentration (80%–90%), da sie zusätzlich verar....

Protocol

Probenvorbereitung
Proteintrennung vom Kichererbsenmehl (CF)
Kabuli-Kichererbsen (Cicer arietinum L.), die in der Vegetationsperiode 2025 geerntet und aus dem Südosten der Türkei stammen, wurden mit einem aufprallbasierten Luftklassifizierungs-Mahlsystem verarbeitet, bei dem die Partikel Zentrifugalkräften und wiederholten Aufprallen auf die Mahlscheibe und das Zahnrad ausgesetzt wurden. Nach einem ersten Vorfrässchritt wurden grobe Körnungen weiter gefräst, um mit einer Luftklassifikator-Mühle CF herzustellen. Während des Aufprallfräsens wurden eine Luftdurchflussrate von 40–45 m³/h, eine Kl....

Results

Ernährungsphysiologische und physikochemische Charakterisierung von CF und CPC
Kompositionsparameter
Die Kompositionsparameter von CF und CPC sind in Tabelle 1 zusammengefasst. Das CPC enthielt 44,8 % Eiweiß, 5,8 % Rohfett und 45,9 % Gesamtkohlenhydrate, was eine erhebliche Proteinanreicherung im Vergleich zu CF durch den trockenen Fraktionierungsprozess zeigt. Der erhöhte Proteingehalt bei CPC bestätigt die Wirksamkeit der Luftklassifikation bei d.......

Discussion

In dieser Studie wurde CPC durch Luftklassifikation gewonnen und hinsichtlich seiner Zusammensetzung, Funktionalität, strukturellen und kolloidalen Eigenschaften charakterisiert, mit besonderem Fokus auf seine Anwendung als pflanzenbasierter Nanoemulgator. Nicht-thermische Methoden, wie die Luftklassifikation, können eine deutliche Anreicherung des Proteingehalts im Vergleich zur CF erzielen, was zu einem CPC mit einem Proteingehalt von 44,8 %^³ führt. Im Vergleich.......

Materials

List of materials used in this article

Name	Company	Catalog Number	Comments
50-mL konische Röhren	Corning	352070	Polypropylen-Zentrifugenröhren
Luftklassifikatormühle		CSM1250	Luftklassifikator-Mühle, die zur Proteinfraktionierung verwendet wird
Analytisches Gleichgewicht	Sartorius	BCE224I-IS	Analytisches Gleichgewicht (maximale Kapazität 120 g)
Automatische Pipetten	Marke	3123000055	Verstellbare Pipetten (200 & mu; L, 1 mL, 5 mL)
Zentrifuge	Eppendorf	5810R	Gekühlte Zentrifuge
Kichererbsenprobe		—	Kichererbsen in lebensmitteltauglicher Qualität
Kolorimeter	HunterLab	A60-1014-593	Instrument zur Farbanalyse
Differential-Scanning-Kalorimeter	NETZSCH	—	DSC-Analyse
Digitales Thermometer	Hanna Instruments	HI-98501	Temperaturüberwachung
Dikaliumwasserstoffphosphat (Na2HPO4)	Sigma-Aldrich	S7907	Analytische Note
Fettanalysator	C. Gerhardt GmbH & Kompanie KG	13-0005	Soxhlet-basierte Fettanalyse
Hochgeschwindigkeitshomogenisator	VELP	SA20900010	Homogenisierung grober Emulsionen
Salzsäure (HCl)	Sigma-Aldrich	320331	Analytische Note
Salzsäurelösung (0,1 N)	Sigma-Aldrich	H1758	pH-Anpassung
Kjeldahl-Katalysatortabletten	C. Gerhardt GmbH & Kompanie KG	12-0328	Kjeldahl-Analyse
Magnetischer Rührer	IKA	3339000	Probenmischung und Hydratation
Mittelkettiges Triglyzeridöl	Ataman Kimya A.	https://www.atamanchemicals.com /mittelkettige-triglyzeride-mct _u30009/?. lang=TR#:~:text =Orta%20zincirli%20trigliseritler %20(MCT)%2C%20hindistance vizi%20ve%20hurma%20%C3 %A7ekirde%C4%9Fi%20ya%C 4%9Flar%C4%B1nda,g%C3%B Cne%C5%9F%20kremleri%20i% C3%A7in%20%C4%B1slat%C4% B1c%C4%B1% 20ajand%C4%B1r.	Lebensmittel- und pharmazeutisches Öl
Feuchtigkeitsanalysator	Mettler Toledo	HC103	Feuchtigkeitsbestimmung
Partikelgrößen- und Zetapotentialanalysator	Malvern-Instrumente	ZEN3600	DLS und elektrophoretische Mobilität
pH-Meter	Mettler Toledo	MET-30671567	pH-Messung
Kunststoffzentrifugenröhren	ISOLAB	078.02.003	Einweg-Plastikröhrchen
Schweinepepsin	Sigma-Aldrich	P7012	Enzym (1:10.000)
Kaliumdihydrogenphosphat (KH2PO4)	Sigma-Aldrich	P5379	Analytische Note
Sondenkall-Sonikator	Bandelin	—	Emulsionssonikation
Schutzbrille	Baymax	BX-2500	Laborsicherheitsausrüstung
Proteinanalysator	C. Gerhardt GmbH & Kompanie KG	12-0520	Proteinbestimmung
Proteinverdauungssystem	C. Gerhardt GmbH & Kompanie KG	12-0700	Kjeldahl-Verdauungseinheit
Natriumchlorid (NaCl)	Sigma-Aldrich	S9625	Analytische Note
Natriumhydroxid (NaOH)	Sigma-Aldrich	S5881	Analytische Note
Pfannenwender	—	https://www.blabmarket.com/ meta-etiket/plastik-spatul?srsltid =AfmBOoqsvXR_3rQgU1n8QBn DyR_P9D52v2Hahy27RLOH7Zg VbFzzcbsb	Plastik-Spatel
Ultrareines Wassersystem	ELGA Labwater	PC110COBPM1	Wasserwiderstand 18,2 MΩ · cm
Volumetrische Flasche	Schott Duran	2120117	100-mL Volumenkolben
Wasserbad	Memmert	WTB24	Temperaturkontrolle (20 Sekunden; 25 & Grad; C)
Röntgendiffraktometer (Cu– Kα)	PANalytisch	STEM-LE-0294-LC	XRD-Analyse (45 kV, 40 mA)