Composizione e proprietà dei Aquafaba: acqua recuperata da ceci commercialmente in scatola
10 febbraio 2018
Aquafaba è un succo viscoso da ceci in scatola che, quando viene agitata vigorosamente, produce una spuma bianca relativamente stabile o schiuma. L'obiettivo primario della ricerca è quello di identificare i componenti del aquafaba che contribuiscono viscosifying/ispessimento proprietà mediante risonanza magnetica nucleare (NMR), ultrafiltrazione, elettroforesi e peptide mass fingerprinting.
Mi chiamo Martin Reaney. Sono titolare della cattedra di Qualità e Utilizzo dei lipidi presso l'Università del Saskatchewan, Dipartimento di Agricoltura e Biorisorse. I legumi e le frazioni di legumi sono stati recentemente utilizzati come sostituti del latte e delle uova.
A questo scopo, abbiamo studiato l'uso dell'aquafaba per la sostituzione del latte e delle uova. L'aquafaba è l'acqua che rimane dai ceci in scatola. Quest'acqua contiene componenti che possono addensare i prodotti alimentari e stabilizzare le schiume e le emulsioni alimentari.
Ci sono molte ricette su internet che descrivono l'uso dell'aquafaba nei prodotti alimentari. Tuttavia, le persone spesso riferiscono di non essere in grado di ripetere le ricette che hanno trovato su Internet e ottenere le stesse proprietà dell'aquafaba che altri utenti hanno raggiunto. L'obiettivo generale del nostro studio era quello di indagare la correlazione tra la composizione, la densità, la viscosità e le proprietà schiumogene dell'aquafaba.
La risonanza magnetica mobile e l'elettroforesi sono state utilizzate per studiare la composizione dell'aquafaba. Esiste una procedura utilizzata da tutti i produttori che producono ceci in scatola. Ciò comporta prima la selezione del seme per la qualità per rimuovere i semi indesiderati.
Opzionalmente, il seme viene risciacquato con acqua per rimuovere la contaminazione superficiale. Per i nostri scopi, il seme viene immerso in acqua per pochi secondi e poi l'acqua viene immediatamente drenata. Dopo che il seme è stato risciacquato, il seme viene immerso in due volumi d'acqua o più per consentirgli di espandersi e idratarsi completamente.
Questo ammollo è chiamato macerazione. Dopo l'ammollo, i semi si sono espansi e sono pronti per essere inscatolati. I semi sono relativamente più morbidi e fragili e devono essere maneggiati in modo appropriato.
Ciò comporta, prima di tutto, la cernita dei semi per la qualità per rimuovere i semi indesiderati, quindi ne consegue che i semi verrebbero immersi in acqua. Prima vengono sciacquati e poi messi a bagno per un certo periodo di tempo, come potete vedere qui. Dopo l'ammollo, si saranno notevolmente espansi di volume e saranno pronti per l'inscatolamento.
Dopo aver messo in infusione i semi, versiamo il seme inzuppato attraverso un setaccio. L'acqua che passa attraverso il setaccio viene scartata. Il seme viene trasferito in una lattina da 300 ml con un cucchiaio grande come questo qui.
La lattina viene riempita d'acqua fino a un centimetro dalla parte superiore, in modo che sia disponibile spazio sufficiente per l'espansione. Il coperchio dell'inscatolamento è stato posizionato sopra la lattina e inserito nel sigillatore di lattine come dimostrato. Il sigillante viene azionato premendo sulla maniglia per forzare il coperchio a contatto con la lattina durante la sigillatura.
La manovella sul sigillatore viene girata sia per far girare la lattina che per sigillare la lattina con due trafile che modellano il coperchio e lo fissano alla lattina. Una volta che la lattina è sigillata, la matrice si ritrae e la lattina viene prontamente rimossa. La guarnizione della lattina deve essere a tenuta stagna.
Quindi, la lattina sigillata viene posta in una pentola a pressione. L'acqua viene aggiunta al fornello per riempirlo fino a una profondità di circa quattro centimetri. La cucina viene sigillata posizionando il coperchio sulla cucina e ruotandolo fino a quando non è sigillato come mostrato.
Per i legumi, il tempo di cottura è di 75 minuti a 115 gradi centigradi. Dopo aver cotto i piselli, dobbiamo tirarli fuori e separare i piselli dall'aquafaba. Lo apriamo con un apriscatole standard.
Ora che la lattina è aperta, possiamo mettere il contenuto della lattina in uno scolapasta che viene messo in un recipiente di raccolta più grande. Il succo di aquafaba passa attraverso lo scolapasta e può essere separato in questo modo dai piselli nella lattina. È questo liquido che usiamo per ulteriori esperimenti.
Quindi, questa è un'aquafaba di due minuti. Qui puoi vedere il tipo di schiuma che utilizzeremmo per ulteriori studi. In questo studio, abbiamo utilizzato lattine commerciali provenienti da 10 diverse fonti commerciali come fonti di aquafaba.
Dopo aver frullato per due minuti, la schiuma è stata posta in bicchieri di plastica e osservata nel tempo. Come puoi vedere, la schiuma sta collassando in tutte le coppette. Solo due campioni, D e H, hanno prodotto una schiuma stabile che è durata per l'intero esperimento.
Tutte le altre schiume sono collassate nel tempo. Alle ore zero, tutte le tazze erano piene di schiuma. Dopo un'ora, la separazione del liquido era evidente in tutti i campioni tranne il campione H.Dopo 14 ore, parte del liquido si era separato dal campione H.Volevamo inoltre caratterizzare l'aquafaba dai piselli in scatola.
Abbiamo esaminato le caratteristiche macroscopiche, il bilancio di massa, compreso il contenuto di semi di ceci, il volume del succo, la densità del succo e la viscosità del succo. Sono state studiate anche le correlazioni tra queste proprietà. Non sorprende che ci fosse una forte correlazione negativa tra il peso fresco dei ceci e il volume del succo.
C'era una forte correlazione positiva tra il peso fresco dei ceci e la viscosità dell'aquafaba. I campioni di aquafaba sono stati preparati per la spettroscopia NMR. L'aquafaba, qui mostrata come succo, è stata centrifugata di 9200 g in una provetta Eppendorf per 10 minuti.
Il surnatante è stato prelevato dalla provetta di Eppendorf in una siringa da un mL, come mostrato qui. Quindi circa quattro o cinque micron di filtri attaccati al Luer-Lok sulla siringa. Abbiamo scoperto che la filtrazione richiedeva l'applicazione di una certa forza per espellere il campione.
Una volta filtrato il campione, è possibile utilizzarlo per la spettrometria NMR. In questo caso, il campione viene trasferito in una provetta NMR. Successivamente, al campione verrà aggiunta anche acqua deuterata per consentire allo spettrometro NMR di agganciarsi alla sua frequenza.
Sulla base delle risonanze NMR osservate, è possibile determinare i composti presenti in aquafaba. Siamo stati in grado di osservare composti che riflettevano le condizioni vissute dal cece durante la lavorazione. Ad esempio, le condizioni durante la macerazione potrebbero consentire la respirazione anossica da parte del seme o dei microrganismi presenti.
Abbiamo osservato composti come l'acido lattico e acetico che si formano probabilmente durante la macerazione. Abbiamo anche osservato composti che probabilmente fuoriescono dal seme durante la cottura. Questi includono composti come colina e zuccheri.
Il surnatante è stato utilizzato anche per l'impronta digitale della massa peptidica dopo la rimozione di specie a basso peso molecolare. In questo caso, il liquido di ceci è stato posto in un'unità centrifuga con una membrana da tre kilodalton. L'unità centrifuga è stata utilizzata per centrifugarlo a 3900 volte g per due ore.
Il retentato di questa centrifugazione è stato utilizzato per l'analisi SDS-PAGE. Dopo la separazione standard delle proteine mediante SDS-PAGE, il gel è stato colorato con Coomassie Blue. Le bande intensamente colorate sono state quindi tagliate dal gel, decolorate, sottoposte a digestione triptica e i frammenti di digestione sono stati analizzati utilizzando la spettrometria di massa LC, il software di spettrometria di massa proteica è stato utilizzato per dedurre le sequenze di proteine presenti.
La maggior parte delle proteine presenti sembrano essere ceci, ma sono presenti alcune proteine ad alto peso molecolare che sono dovute alla contaminazione microbica dell'organismo patogeno dei ceci, Ascochyta blight. La maggior parte delle proteine identificate sono ben note proteine stabili al calore, inclusi disidratanti, proteine abbondanti di embrioni tardivi e defensine. Gli additivi per i ceci includono sale, ADT disodico e cloruro di calcio.
I rivestimenti delle lattine che abbiamo osservato erano bianchi, giallo chiaro o metallizzati. Il peso fresco del cece è correlato positivamente alla viscosità del suo succo e al rapporto VF/VJ. Questa relazione è in gran parte correlata ai campioni senza l'aggiunta di un AZL.
Questi campioni hanno una viscosità molto più elevata, ma VF/VJ molto più bassa rispetto ad altri campioni. Il peso fresco dei ceci e il volume del succo sono facilmente determinati dai consumatori. Abbiamo osservato una correlazione negativa tra la densità del succo e il rapporto di aumento del volume.
La schiuma formata da campioni di aquafaba derivati da ceci cotti con sale aveva una stabilità molto maggiore. L'aquafaba contiene proteine con pesi molecolari superiori a tre kilodalton. Alla fine delle nostre analisi emerge la presenza di sostanze nei ceci, ad esempio la colina, e anche di composti che potrebbero accumularsi durante l'ammollo dei piselli a causa dell'azione dei batteri o del metabolismo dei semi, come l'acido acetico e l'acido lattico.
L'elettroforesi e l'impronta digitale della massa peptidica hanno permesso una caratterizzazione preliminare delle proteine presenti.
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Panoramica
Aquafaba è il liquido viscoso proveniente dai ceci in scatola che può formare una schiuma stabile quando viene montato. Questo studio analizza i componenti dell'aquafaba che contribuiscono alle sue proprietà addensanti.
Componenti Chiave dello Studio
Area della Scienza
- Scienza degli alimenti
- Chimica biochimica
- Tecnologia alimentare
Sfondo
- Aquafaba sostituisce latte e uova in varie ricette.
- Contiene componenti in grado di stabilizzare schiume ed emulsioni.
- Lo studio si concentra sulla comprensione delle sue proprietà funzionali.
- I metodi di ricerca includono tecniche analitiche avanzate.
Scopo dello studio
- Identificare i componenti dell'aquafaba che contribuiscono alle sue proprietà addensanti.
- Esplorarne il potenziale come ingrediente alimentare.
- Migliorare la comprensione delle alternative alimentari di origine vegetale.
Metodi Utilizzati
- Risonanza Magnetica Nucleare (NMR)
- Ultrafiltrazione
- Elettroforesi
- Analisi dell'Impronta di Massa dei Peptidi
Risultati principali
- Identificazione dei componenti chiave responsabili della viscosità.
- Dimostrazione dell'efficacia dell'aquafaba nel stabilizzare le schiume.
- Approfondimenti sulle sue potenziali applicazioni nei prodotti alimentari.
- Contributo alla comprensione degli emulsionanti di origine vegetale.
Conclusioni
- Aquafaba è un'alternativa valida ai sostituti del latte e delle uova.
- Ulteriori ricerche possono migliorarne l'applicazione nella tecnologia alimentare.
- Comprendere le sue proprietà può portare a formulazioni alimentari innovative.
Domande frequenti
Rilevanza Industriale Direttiva
Comprendere la composizione e le proprietà funzionali dell'aquafaba favorisce lo sviluppo di alternative vegetali nella formulazione alimentare, in particolare per la sostituzione delle proteine dell'uovo e del latte. Questo studio fornisce informazioni sulla composizione che possono guidare la standardizzazione degli ingredienti e il controllo della qualità per una produzione su larga scala. Tali dati aiutano a ridurre i rischi nelle decisioni di formulazione nelle fasi iniziali, collegando i componenti molecolari alle prestazioni funzionali in schiume ed emulsioni.
Applicazioni Strategiche nella Ricerca e Sviluppo in Biopharma
Scoperta Precoce e Validazione del Bersaglio
- Valore scientifico: Identifica biomolecole come proteine, peptidi, colina, acido lattico e acido acetico che contribuiscono alle proprietà addensanti e stabilizzanti della schiuma.
- Valore operativo: Permette di correlare la composizione molecolare con risultati funzionali come viscosità e stabilità della schiuma, per una selezione di ingredienti basata su ipotesi.
Sviluppo di screening e saggi
- Valore scientifico: Illustra l'utilizzo della risonanza magnetica nucleare (NMR), dell'elettroforesi e dell'analisi del profilo di massa dei peptidi per caratterizzare la composizione dell'aquafaba attraverso frazioni di peso molecolare.
- Valore operativo: Fornisce un quadro metodologico per la preparazione e l'analisi di liquidi complessi di origine alimentare al fine della valutazione di attributi funzionali.
Ricerca Translazionale e Preclinica
- Valore scientifico: Stabilisce relazioni tra composizione e proprietà che supportano la modellizzazione predittiva delle prestazioni funzionali nei sistemi alimentari.
- Valore operativo: Offre un flusso di lavoro per passare da estratto grezzo a ingrediente caratterizzato mediante ultrafiltrazione e caratterizzazione analitica.
Integrazione di Pipeline e Flusso di Lavoro
Questo lavoro si inserisce nella fase iniziale di scoperta, in cui i sistemi biologici vengono valutati per la loro utilità funzionale, fornendo informazioni per decidere sull'idoneità degli ingredienti per la formulazione successiva e i test di stabilità.
- Biologia della scoperta: Supporta la verifica di ipotesi su quali componenti molecolari determinano l'addensamento, l'emulsificazione e la stabilizzazione della schiuma nei liquidi di origine vegetale.
- Screening: Permette la valutazione standardizzata di lotti di aquafaba per verificarne la funzionalità, utilizzando la viscosità, la densità e la persistenza della schiuma come parametri quantitativi.
- Analisi: Genera dati compositivi e biopisici che consentono il confronto tra diversi lotti di ingredienti e la loro correlazione con le prestazioni funzionali.
- Ricerca traslazionale: Collega l'analisi compositiva alle prestazioni funzionali, favorendo lo sviluppo di ingredienti di origine vegetale con rischi adeguatamente valutati.
- Riutilizzo aziendale: Stabilisce un flusso di lavoro analitico riutilizzabile per la caratterizzazione di liquidi derivati da legumi nello sviluppo di alimenti alternativi.
Impatto Operativo ed Aziendale
- Valore scientifico: Affidabilità predittiva della funzionalità degli ingredienti mediante correlazioni tra composizione e funzionalità.
- Valore operativo: Metodi standardizzati per l'analisi composizionale e i test funzionali applicabili a diversi fornitori e lotti.
- Valore strategico: Decisioni informate su prosegui/non prosegui basate su marcatori molecolari di prestazione, riducendo il rischio di insuccesso nella formulazione.
- Impatto sul portafoglio: Consente una priorizzazione adeguata al rischio delle fonti di acquafaba o delle condizioni di lavorazione, al fine di garantire un'utilità costante nelle applicazioni alimentari.
Considerazioni per l'Implementazione
- Competenze in biochimica alimentare, spettroscopia NMR ed elettroforesi delle proteine.
- Accesso a unità di ultrafiltrazione, spettrometri NMR e piattaforme di spettrometria di massa.
- Standardizzazione della preparazione dei campioni provenienti da diverse fonti di acquafaba.
- Adattamento dei metodi ad altri liquidi derivati da legumi o matrici di origine vegetale.
- Le limitazioni includono la variabilità dovuta alle condizioni di lavorazione, all'attività microbica e all'origine dei semi, che influiscono sulla composizione e sulle funzionalità.
