Zusammensetzung und Eigenschaften der Aquafaba: Wasser erholt kommerziell Dosen Kichererbsen
10. Februar 2018
Aquafaba ist eine zähflüssige Saft aus Kichererbsen aus der Dose, wenn kräftig gerührt, produziert einen relativ stabilen weißen Schaum oder Schaum. Das primäre Forschungsziel ist es, die Komponenten des Aquafaba zu identifizieren, die viscosifying/Verdickung Eigenschaften mittels Kernspinresonanz (NMR), Ultrafiltration, Elektrophorese und Peptid tragen Masse Fingerabdruck.
Mein Name ist Martin Reaney. Ich bin Inhaber des Lehrstuhls für Lipidqualität und -nutzung an der University of Saskatchewan, Department of Agriculture and Bioresources. Hülsenfrüchte und Hülsenfrüchtefraktionen werden in letzter Zeit als Milch- und Eizellersatz verwendet.
Zu diesem Zweck untersuchten wir die Verwendung von Aquafaba als Milch- und Eiersatz. Aquafaba ist das Wasser, das aus Kichererbsen in Dosen übrig bleibt. Dieses Wasser enthält Bestandteile, die Lebensmittel eindicken und Lebensmittelschäume und -emulsionen stabilisieren können.
Im Internet gibt es viele Rezepte, die die Verwendung von Aquafaba in Lebensmitteln beschreiben. Die Leute berichten jedoch oft, dass sie Rezepte, die sie im Internet gefunden haben, nicht wiederholen und nicht die gleichen Eigenschaften von Aquafaba erreichen konnten, die andere Benutzer erreicht haben. Das übergeordnete Ziel unserer Studie war es, den Zusammenhang zwischen Aquafaba-Zusammensetzung, Dichte, Viskosität und Schaumeigenschaften zu untersuchen.
NMR und Elektrophorese wurden verwendet, um die Zusammensetzung von Aquafaba zu untersuchen. Es gibt ein Verfahren, das von allen Herstellern verwendet wird, die Kichererbsen in Dosen herstellen. Dabei wird das Saatgut zunächst nach Qualität sortiert, um unerwünschtes Saatgut zu entfernen.
Optional wird das Saatgut mit Wasser gespült, um Oberflächenverunreinigungen zu entfernen. Für unsere Zwecke wird der Samen für einige Sekunden in Wasser getaucht und dann wird das Wasser sofort abgelassen. Nachdem der Samen gespült wurde, wird er in zwei Volumina Wasser oder mehr getaucht, damit er sich ausdehnen und vollständig hydratisieren kann.
Dieses Einweichen wird als Einweichen bezeichnet. Nach dem Einweichen haben sich die Samen ausgebreitet und sind bereit für die Dose. Die Samen sind vergleichsweise weicher und zerbrechlicher und müssen entsprechend behandelt werden.
Dazu gehört zunächst, die Samen nach Qualität zu sortieren, um unerwünschte Samen zu entfernen, dann folgt daraus, dass die Samen in Wasser eingeweicht werden. Zuerst werden sie gespült und dann für eine gewisse Zeit eingeweicht, wie Sie hier sehen können. Nach dem Einweichen haben sie ihr Volumen stark vergrößert und sind bereit für die Einmachung.
Nachdem wir die Samen eingeweicht haben, gießen wir den eingeweichten Samen durch ein Sieb. Wasser, das durch das Sieb gelangt, wird verworfen. Das Saatgut wird mit einem großen Löffel wie diesem hier in eine 300-ml-Dose umgefüllt.
Die Dose wird bis auf einen Zentimeter von der Oberseite mit Wasser befüllt, so dass ausreichend Platz für die Erweiterung zur Verfügung steht. Der Dosendeckel wurde auf die Dose gelegt und wie gezeigt in den Dosenverschließer gelegt. Die Bedienung des Versiegelers erfolgt durch Herunterdrücken des Griffs, um den Deckel während des Verschließens in Kontakt mit der Dose zu drücken.
Die Handkurbel am Versiegeler wird gedreht, um die Dose sowohl zu drehen als auch die Dose mit zwei Matrizen zu verschließen, die den Deckel formen und an der Dose befestigen. Sobald die Dose verschlossen ist, zieht sich die Matrize zurück und die Dose lässt sich leicht entfernen. Der Verschluss der Dose sollte wasserdicht sein.
Dann wird die verschlossene Dose in einen Schnellkochtopf gestellt. In den Kocher wird Wasser gegeben, um ihn bis zu einer Tiefe von etwa vier Zentimetern zu füllen. Der Kocher wird versiegelt, indem der Deckel auf den Herd gelegt und gedreht wird, bis er wie abgebildet verschlossen ist.
Bei Hülsenfrüchten beträgt die Garzeit 75 Minuten bei 115 Grad Celsius. Nachdem wir die Erbsen gekocht haben, müssen wir sie herausnehmen und die Erbsen von den Aquafaba trennen. Diesen öffnen wir mit einem handelsüblichen Dosenöffner.
Jetzt, da die Dose geöffnet ist, können wir den Inhalt der Dose in ein Sieb geben, das in ein größeres Auffanggefäß gegeben wird. Der Aquafaba-Saft geht durch das Sieb und kann so von den Erbsen in der Dose getrennt werden. Es ist diese Flüssigkeit, die wir für weitere Experimente verwenden.
Also, das ist Aquafaba von zwei Minuten. Hier sehen Sie, welche Art von Schaumstoff wir für weitere Studien verwenden würden. In dieser Studie haben wir kommerzielle Dosen aus 10 verschiedenen kommerziellen Quellen als Quelle für Aquafaba verwendet.
Nach zweiminütigem Mixen wurde der Schaum in Plastikbecher gegeben und über die Zeit beobachtet. Wie Sie sehen können, kollabiert der Schaum in allen Bechern. Nur zwei Proben, D und H, erzeugten einen stabilen Schaum, der während des gesamten Experiments anhielt.
Alle anderen Schäume brachen mit der Zeit zusammen. Um null Uhr waren alle Becher voller Schaumstoff. Nach einer Stunde war die Trennung der Flüssigkeit in allen Proben außer Probe H erkennbar.Nach 14 Stunden hatte sich ein Teil der Flüssigkeit von Probe H getrennt.Wir wollten weiterhin Aquafaba aus Erbsen in Dosen charakterisieren.
Wir untersuchten die Bruttoeigenschaften, die Massenbilanz, einschließlich des Gehalts an Kichererbsensamen, des Saftvolumens, der Saftdichte und der Saftviskosität. Auch die Korrelationen zwischen diesen Eigenschaften wurden untersucht. Es überrascht nicht, dass es eine starke negative Korrelation zwischen dem Gewicht der Kichererbsenfrische und dem Saftvolumen gab.
Es zeigte sich eine starke positive Korrelation zwischen dem Frischgewicht der Kichererbsen und der Viskosität von Aquafaba. Aquafaba-Proben wurden für die NMR-Spektroskopie vorbereitet. Das Aquafaba, hier als Saft, wurde mit 9200g in einem Eppendorf-Röhrchen für 10 Minuten zentrifugiert.
Der Überstand wurde aus dem Eppendorf-Rohr in einer Spritze mit einer Steigung von 1 ml entnommen, wie hier zu sehen. Dann werden etwa vier oder fünf Mikron-Filter an den Luer-Lok an der Spritze angebracht. Wir stellten fest, dass die Filtration einen gewissen Kraftaufwand erforderte, um die Probe auszustoßen.
Sobald die Probe filtriert ist, ist es möglich, sie für die NMR-Spektrometrie zu verwenden. Hier wird die Probe in ein NMR-Röhrchen überführt. Später wird der Probe auch deuteriertes Wasser zugesetzt, damit das NMR-Spektrometer auf seine Frequenz einrasten kann.
Anhand der beobachteten NMR-Resonanzen ist es möglich, die Verbindungen zu bestimmen, die in Aquafaba vorhanden sind. Wir konnten Verbindungen beobachten, die die Bedingungen widerspiegelten, denen die Kichererbse während der Verarbeitung ausgesetzt war. Zum Beispiel können die Bedingungen während des Einweichens eine anoxische Atmung durch das Saatgut oder vorhandene Mikroorganismen ermöglichen.
Wir beobachteten Verbindungen wie Milch- und Essigsäure, die wahrscheinlich beim Einweichen gebildet werden. Wir beobachteten auch Verbindungen, die wahrscheinlich während des Kochens aus dem Samen austreten. Dazu gehören Verbindungen wie Cholin und Zucker.
Der Überstand wurde auch für den Peptid-Massen-Fingerabdruck nach der Entfernung von niedermolekularen Spezies verwendet. In diesem Fall wurde die Kichererbsenflüssigkeit in eine Zentrifugaleinheit mit einer Drei-Kilodalton-Membran gegeben. Mit der Zentrifugaleinheit wurde es zwei Stunden lang bei 3900 mal g zentrifugiert.
Das Retentat dieser Zentrifugation wurde für die SDS-PAGE-Analyse verwendet. Nach der Standardtrennung der Proteine mittels SDS-PAGE wurde das Gel mit Coomassie Blue gefärbt. Intensiv gefärbte Banden wurden dann aus dem Gel geschnitten, entfärbt, einem tryptischen Verdau unterzogen und die Aufschlussfragmente wurden mit Hilfe der LC-Massenspektrometrie analysiert.
Bei den meisten der vorhandenen Proteine scheint es sich um Kichererbsen zu handeln, aber es sind auch einige Proteine mit hohem Molekulargewicht vorhanden, die auf eine mikrobielle Kontamination durch den Kichererbsenkrankheitserreger Ascochytafäule zurückzuführen sind. Bei der Mehrzahl der identifizierten Proteine handelt es sich um bekannte, hitzestabile Proteine, darunter Dehydrantien, Proteine im späten Embryonalbereich und Defensine. Zu den Zusatzstoffen von Kichererbsen gehören Salz, Dinatrium, ADT und Calciumchlorid.
Die Dosenauskleidungen, die wir beobachteten, waren weiß, klar gelb oder metallisch. Das Frischgewicht der Kichererbsen korreliert positiv mit ihrer Saftviskosität und dem VF/VJ-Verhältnis. Dieser Zusammenhang hängt weitgehend mit den Stichproben zusammen, bei denen kein AZL hinzugefügt wurde.
Diese Proben haben eine viel höhere Viskosität, aber einen viel niedrigeren VF/VJ als andere Proben. Das Gewicht der Kichererbsenfrische und das Saftvolumen können von den Verbrauchern leicht bestimmt werden. Wir beobachteten eine negative Korrelation zwischen der Saftdichte und dem Volumenzunahmeverhältnis.
Der Schaum, der aus Aquafaba-Proben gebildet wurde, die aus mit Salz gekochten Kichererbsen gewonnen wurden, hatte eine viel höhere Stabilität. Aquafaba enthält Proteine mit einem Molekulargewicht von mehr als drei Kilodalton. Das Ende unserer Analyse zeigt das Vorhandensein von Substanzen in Kichererbsen, z.B. Cholin, und auch Verbindungen, die sich beim Einweichen der Erbsen aufgrund der Einwirkung von Bakterien oder des Samenstoffwechsels ansammeln können, wie Essigsäure und Milchsäure.
Die Elektrophorese und der Massen-Fingerabdruck von Peptiden ermöglichten eine vorläufige Charakterisierung der vorhandenen Proteine.
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Übersicht
Aquafaba ist die zähe Flüssigkeit aus Dosenkichererbsen, die beim Aufschlagen einen stabilen Schaum bilden kann. Diese Studie untersucht die Bestandteile von Aquafaba, die zu ihren Verdickungseigenschaften beitragen.
Wesentliche Studienkomponenten
Bereich der Wissenschaft
- Lebensmittelwissenschaft
- Biokemie
- Lebensmitteltechnologie
Hintergrund
- Aquafaba dient als Ersatz für Milch und Eier in verschiedenen Rezepten.
- Es enthält Bestandteile, die Schaumstoffe und Emulsionen stabilisieren können.
- Die Studie konzentriert sich darauf, seine funktionellen Eigenschaften zu verstehen.
- Zu den Forschungsmethoden gehören fortschrittliche analytische Techniken.
Zweck der Studie
- Identifizierung der Bestandteile von Aquafaba, die zu ihren Verdickungseigenschaften beitragen.
- Untersuchung ihres Potenzials als Lebensmittelzutat.
- Verbesserung des Verständnisses pflanzlicher Lebensmittelalternativen.
Verwendete Methoden
- Kernspinresonanz (NMR)
- Ultrafiltration
- Elektrophorese
- Peptid-Massen-Fingerprinting
Hauptergebnisse
- Identifizierung der Schlüsselkomponenten, die für die Viskosität verantwortlich sind.
- Nachweis der Wirksamkeit von Aquafaba bei der Stabilisierung von Schäumen.
- Erkenntnisse zu ihren potenziellen Anwendungen in Lebensmittelprodukten.
- Beitrag zum Verständnis pflanzlicher Emulgatoren.
Schlussfolgerungen
- Aquafaba ist eine geeignete Alternative zu Milch und Eiern.
- Weitere Forschung kann ihre Anwendung in der Lebensmitteltechnologie verbessern.
- Das Verständnis ihrer Eigenschaften kann zu innovativen Lebensmittelzusammensetzungen führen.
Häufig gestellte Fragen
Aussagekräftige Branchenrelevanz
Das Verständnis der Zusammensetzung und funktionellen Eigenschaften von Aquafaba unterstützt die Entwicklung pflanzlicher Alternativen in der Lebensmittelformulierung, insbesondere zum Ersatz von Ei- und Milchproteinen. Diese Arbeit liefert Einblicke in die Zusammensetzung, die zur Standardisierung von Zutaten und zur Qualitätssicherung bei der skalierbaren Produktion beitragen können. Solche Daten helfen, formulierte Entscheidungen in frühen Entwicklungsstadien risikominimiert zu treffen, indem molekulare Bestandteile mit ihrer funktionellen Leistung in Schäumen und Emulsionen verknüpft werden.
Strategische Anwendungen in der Biopharma-Forschung und -Entwicklung
Frühe Entdeckung und Zielvalidierung
- Wissenschaftlicher Wert: Identifiziert Biomoleküle wie Proteine, Peptide, Cholin, Milchsäure und Essigsäure, die zu Verdickungs- und Schaumstabilisierungseigenschaften beitragen.
- Operationaler Wert: Ermöglicht die Korrelation der molekularen Zusammensetzung mit funktionellen Ausgaben wie Viskosität und Schaumstabilität für hypothesenbasiertes Screening von Inhaltsstoffen.
Screening und Assay-Entwicklung
- Wissenschaftlicher Wert: Demonstriert die Anwendung von NMR, Elektrophorese und Peptid-Massen-Fingerprinting zur Charakterisierung der Zusammensetzung von Aquafaba über verschiedene Molekulargewichtsfraktionen hinweg.
- Praktischer Wert: Bietet einen methodischen Rahmen zur Herstellung und Analyse komplexer, lebensmittelbasierter Flüssigkeiten für die Untersuchung funktioneller Eigenschaften.
Translationale und präklinische Forschung
- Wissenschaftlicher Wert: Ermöglicht die Herstellung von Zusammenhängen zwischen Zusammensetzung und Eigenschaften, die die Vorhersage der funktionellen Leistung in Lebensmittelsystemen unterstützen.
- Operativer Wert: Bietet eine Methodik, um von einem Rohextrakt über Ultrafiltration und analytische Charakterisierung zu einem charakterisierten Inhaltsstoff zu gelangen.
Pipeline- und Workflow-Integration
Diese Arbeit fällt in die frühe Entdeckungsphase, in der biologische Systeme hinsichtlich ihrer funktionellen Eignung bewertet werden, um Entscheidungen über die Geeignetheit von Inhaltsstoffen für die nachfolgende Formulierung und Stabilitätsprüfung zu unterstützen.
- Entdeckungsbiochemie: Unterstützt die Hypothesenprüfung darüber, welche molekularen Bestandteile Verdickung, Emulgierung und Schaumstabilisierung in pflanzlichen Flüssigkeiten antreiben.
- Screening: Ermöglicht die standardisierte Bewertung von Aquafaba-Partien hinsichtlich ihrer funktionellen Eignung anhand quantitativer Messgrößen wie Viskosität, Dichte und Schaumstabilität.
- Analytik: Erzeugt zusammensetzungsbasierte und biophysikalische Daten, die den Vergleich zwischen Chargen von Inhaltsstoffen sowie deren Korrelation mit funktionellen Ergebnissen ermöglichen.
- Translationale Forschung: Verbindet die Zusammensetzungsanalyse mit der funktionellen Leistungsfähigkeit und unterstützt so die risikoadjustierte Weiterentwicklung pflanzlicher Inhaltsstoffe.
- Unternehmensweite Wiederverwendung: Schafft einen wiederverwendbaren analytischen Workflow zur Charakterisierung von pflanzlichen Flüssigkeiten aus Hülsenfrüchten in der Entwicklung von Lebensmittelalternativen.
Operative und unternehmerische Auswirkungen
- Wissenschaftlicher Wert: Vorhersagegenauigkeit hinsichtlich der Funktionalität von Inhaltsstoffen durch Korrelationen zwischen Zusammensetzung und Funktion.
- Operativer Wert: Standardisierte Methoden zur Analyse der Zusammensetzung und zur funktionellen Prüfung über verschiedene Lieferanten und Chargen hinweg.
- Strategischer Wert: Fundierte Entscheidungen über die Weiterverfolgung oder Einstellung von Projekten basierend auf molekularen Leistungsmarkern, wodurch das Risiko von Fehlschlägen in der Formulierung verringert wird.
- Portfolio-Auswirkung: Ermöglicht eine risikoadjustierte Priorisierung von Aquafaba-Quellen oder Verarbeitungsbedingungen für eine konsistente Eignung in Lebensmittelanwendungen.
Durchführungsaspekte
- Kenntnisse in Lebensmittelbiochemie, NMR-Spektroskopie und Proteinelektrophorese.
- Zugang zu Ultrafiltrationsanlagen, NMR-Spektrometern und Massenspektrometrie-Plattformen.
- Standardisierung der Probenpräparation über verschiedene Aquafaba-Quellen hinweg.
- Anpassung der Methoden auf andere aus Hülsenfrüchten gewonnene Flüssigkeiten oder pflanzliche Matrices.
- Einschränkungen umfassen Variabilität aufgrund von Verarbeitungsbedingungen, mikrobieller Aktivität und der Herkunft der Samen, die Zusammensetzung und Funktion beeinflussen.
