Aquafaba の組成と性質: 市販缶詰のヒヨコ豆から水が回復しました。

サマリー

Aquafaba は缶詰のひよこ豆から粘性のジュース、精力的にかくはん、比較的安定した白い泡または泡を生成します。主な研究目標は核磁気共鳴 (NMR)、限外濾過法、電気泳動、ペプチドを使用して viscosifying/増粘特性を貢献する aquafaba のコンポーネントの識別、ペプチドマスフィンガープリンティング。

要約

ひよこ豆と他のパルス一般的厚いソリューションまたは塩水詰め缶詰として販売されています。このソリューションは、最近安定した泡と、エマルジョンを生成する示されている、増粘剤として使用できます。最近この製品への関心は今成長のコミュニティによって aquafaba と呼ばれる、このソリューションをすることができます提案インターネットを通じて強化されています卵と牛乳のタンパク質の交換を使用します。Aquafaba は新しいの両方とその組成またはプロパティの知られている少しインターネットによって基づくコミュニティによって開発されています。10 商業缶詰のひよこ豆製品から回収された Aquafaba と aquafaba 組成、密度、粘度、発泡特性間の相関関係を調べた。プロトン NMR aquafaba 組成に分子量の異なるカット膜限外濾過を特徴付けるために使用されたトレードオフ (3、10、または 50 kDa の MWCOs)。プロトコルの電気泳動およびペプチドの質量指紋もされます。これらのメソッドは機能性 aquafaba 担当コンポーネントに関する貴重な情報を提供しました。この情報は、標準的な商業 aquafaba の製品を生産するためのプラクティスを開発することが、優れた一貫性のあるユーティリティの製品を選択する消費者に役立つことがあります。

概要

ますます肉、ミルクおよび卵の特性を模倣する菜食主義プロダクトを開発されています。パルスの機能特性は食品用途での現在の使用に重要であり、その特性は、動物性タンパク質の代替の開発で探求されています。たとえば、乳製品の代替 88 億ドル、2015 年とこの市場は急速に成長しています。2024 $ 350 億 6000 万に成長するこの市場が予想されます。また、植物ベースのミルク代用品の需要の増加傾向は、一部、牛乳生産¹で使用される多くの場合成長ホルモン、抗生物質、コレステロールに関する消費者の健康懸念の結果。同様に、植物性タンパク質や寒天卵代用市場は急速に拡大し、5.8% の複合年間成長率が期待されるこれらの材料販売 15 億ドルの 2026年²で期待される次の 8 年間で。ベジタリアンのたんぱく源を好む消費者が増えて、アレルゲンのダイエット、食品用の二酸化炭素排出量を削減します。特にから、レンズ豆、ひよこ豆、ソラマメ、パルス ベースの製品の需要は、高たんぱく、食物繊維、低飽和脂肪含有量がパルス³のため着実に成長しています。パルスには、潜在的に有益な生物活動⁴フィトケミカルも含まれています。

営利団体、科学者および個人は、卵と牛乳の代替品ベースのひよこ豆の品質特性を通信するための異なるアプローチを撮影しています。Guggerら。⁵は、小豆やひよこ豆など高いデンプンからミルクのような製品を生産しました。彼らの方法で支持者は、彼らの製品はユニークで"aquafaba"⁶とは異なることを示すしようと。Tetrickらが明らかにした別の商業的なアプローチで⁷植物ベースの代用卵が開発されました。自分の特許出願では、卵焼きの材料に白の機能をエミュレートする知られている増粘剤とパルス小麦粉を組み合わせる方法について説明します。典型的な公式は、80-90% パルス小麦粉と 10-20% 濃縮添加剤に含まれます。

査読文学もひよこ豆で可能な機能を示し、kabuli とヒヨコ豆の粉から得られたアルブミン蛋白延展性に優れたプロパティがあることを示しています。彼らはまたアルブミン収量およびパフォーマンス⁸ひよこ豆のソースの重要な効果を発見しました。

後でフランス人シェフ ジョエル Roessel"aquafaba"を説明する最初のインターネット報告、オープン ソース運動は多くの食品用途で卵白および酪農場蛋白質の代替として aquafaba の有用性を示しています。多くの高度表示した web ページがあると氷の特性をエミュレートする食品 aquafaba 定款を示す YouTube のビデオ、メレンゲ、チーズ、マヨネーズ、スクランブルエッグ、クリームしホイップ クリーム。缶詰のヒヨコ豆のいきみが彼らの材料を取得 aquafaba のオープン ソース アプリケーション (レシピ) を提供するほとんどの開拓者および調理法で液体を使用します。これらの個人は、ほとんど訓練をしない科学者です。動画のコメント セクションでは、回答者がレシピをコピーして、aquafaba の支持者の成功を複製に失敗したいくつかを示します。

すべての 3 つのアプローチ (企業、科学およびオープン ソース) 卵と牛乳の代替品を開発するメリットがあるが、重要な要素が欠けています。応用科学者、基本的な科学とパルス ベースの製品を広めるための個人が不完全な特徴、自分の入力素材を標準化します。特定の使用のための製品の標準化は、通常の産業練習です。Aquafaba 品質の標準化されていないひよこ豆品種と缶詰の産業のあり方は一貫したヒヨコ豆ない aquafaba を生成する標準化されました。

他の商品の研究に基づいて、それは予測遺伝子型と環境の両方がパルス aquafaba 質に貢献します。それは遺伝子と環境の両方が影響 kabuli ひよこ豆缶詰プロパティ⁹知られています。通常、遺伝的影響、近縁種の間大きいと種のメンバー内で小さい。物理・化学的性質の変化は、所望の性質を持つ品種の選択を可能にする id を保持を最小化できます。環境への影響も大きくなることが、品質評価によって管理され、¹⁰をテスト特定の標準的なパフォーマンスをブレンドします。

商業生産でひよこ豆の遺伝的に異なる多くの品種があります。例については、サスカチュワン大学作物開発センター商業ヒヨコマメ遺伝資源の主要なソース 6、カナダで栽培の推奨は現在 1980 年以来 23 ひよこ豆の品種をリリースしました。科学的な写本はしばしば研究で使用される品種を描写する、特許および調査されたインターネット ページは使用品種やヒヨコ豆の産地示しませんでした。品種や処理の標準化は、ひよこ豆を使用して彼らの成功を高めるユーザーを助けることができるが、この情報は缶詰のひよこ豆製品を利用できません。

本研究の目的は、起泡性を貢献する aquafaba のコンポーネントを決定することです。ここでは、商業のひよこ豆のブランドから aquafaba のレオロジー特性を比較した、NMR、電気泳動およびペプチドによる化学的性質を調べたペプチドマスフィンガープリンティング。私たちの知る限り、これは化学組成と aquafaba viscosifier コンポーネントの機能特性を記述する最初の研究です。

プロトコル

ひよこ豆の Aquafaba の分離

1. 取得ローカル食料品店と手動で開くからひよこ豆の缶オープナーをできます。
2. J. に A からラベル缶
3. ステンレス鋼を用いた aquafaba から別ひよこ豆は、台所のストレーナーのメッシュし、分離されたひよこ豆と aquafaba の重量を量る。

化学分析のひよこ豆と Aquafaba の代表サンプルを取得します。

4. 含水率を決定するための aquafaba を排出した後 10 ひよこ豆をランダムに選択します。
5. 乾燥錫と 100 ± 2 ° C 乾燥オーブンで 16-18 時間で熱に選択したヒヨコ豆を配置します。
6. 乾燥後、さらに使用 (例えば蛋白質とカーボン内容分析) の粉に豆を挽きます。
7. 凍結 aquafaba とそれぞれから aquafaba 泡-20 ° c ソースし、凍結乾燥機で乾かします。窒素・炭素定量の乾燥 aquafaba が使用されます。

Aquafaba 機能性

8. 第 2 シェル カップを使用して 25 の ° c の aquafaba 粘度を決定します。
   1. Aquafaba シェル カップを浸します。
   2. カップ¹¹を排出するために必要な時間を記録します。カップは、aquafaba から解除され、カップを残してストリームが停止したときに停止しても、タイマーが開始されます。
   3. Aquafaba 粘度は、粘度や排水時間関連カップ付属のグラフで確認できます。
9. 発泡機能
   1. 2 分の 10 の速度設定でハンド ミキサー ステンレス鋼ボールの aquafaba 液 (100 mL) をブレンドします。
   2. 卒業の計量カップに泡を置くことによって V_f100として aquafaba 溶液 100 mL を混合後すぐに泡の量を記録します。
   3. 立つし、泡安定性を観察し、乾燥した泡のサンプルを取得する時間の経過と共に乾燥泡を許可します。

ひよこ豆の種子の色のパラメーター

10. 各色定量からひよこ豆の種子がランダムに選択します。
11. 測定前に白、黒、参照標準を使用してハンター ラボの測色計を調整します。
12. 色座標値は、CIE Lab によって決まりますシステム¹² L (正を表す白と 0 を表します暗い) を含む、 (正は赤、マイナスは緑)、a とb (正は黄色、マイナスは青) で日ライト 65 ° を持つトリプリケートします。

タンパク質および炭素含有率

13. 元素分析装置¹³を使用して燃焼によるタンパク質および炭素含有率を決定します。タンパク質含量は、6.25¹⁴掛けた窒素含有量として推定されます。

含水率

14. シードと aquafaba の水分含量を 100 ± 2 ° C 乾燥オーブン¹⁵16 18 時間で試料を加熱することによって決定します。

核磁気共鳴法

15. サンプル準備
    1. 分析法前、9200 × g 10 分で aquafaba サンプルを遠心します。遠心分離の後 0.45 μ m シリンジ フィルター (ポリテトラフルオロ エチレン (PTFE) 膜を 25 mm シリンジ フィルター) を上澄みを通過します。NMR 管 wuth 追加 50 mg aquafaba サンプル (0.4 mL) に転送中の重水素酸化物と件名 NMR 解析用のサンプル。
    2. 前述の乾燥した泡のサンプル、サンプル (25 mg) は、重水素酸化物 (500 mg) で、ソリューションは NMR 分析に服従します。
    3. キャップ 5 mm NMR チューブに¹³C NMR と¹H NMR のためのすべてのサンプルを置きます。重水素酸化物と 3-(トリメチルシリル) 追加溶剤ロック信号を提供し、内部標準としてそれぞれに各 NMR チューブにプロピオン酸-2,2,3,3-d₄酸ナトリウム塩 (TMSP)。
16. NMR の条件
    1. 500 MHz NMR または同じような高磁場 NMR 分光計を用いたプロトン NMR スペクトルを取得)、水を用いたスペクトルあたり少なくとも 16 のスキャンと抑制プログラム二重パルス フィールド グラデーション スピン エコー プロトン NMR (核磁気共鳴 DPFGSE) パルス シーケンス¹⁶のようです。
    2. TMSP ピークを 0 ppm に配置し、統合ソフトウェアを使用して、化合物の存在の相対量を決定するスペクトル シフトを調整します。

電気泳動

注: この手順では、最も安定した泡 (ブランド H) が得られた aquafaba が選ばれました。このブランドには、塩が含まれていませんでした。

17. サンプル準備
    1. Aquafaba 遠心力の 3 つの上部の貯蔵所を再生成セルロース限外ろ過デバイス紹介各分子量の異なるカットの 3、10、または 50 kDa のトレードオフ (MWCOs)。
    2. 上澄みと非透過の分数を取得するには、4 ° C で適当な遠心と 2 時間 3900 × g で遠心遠心フィルター ユニットを配置します。上清画分は、 ¹H NMR 分析より小さい分子より高い分子量 (MW) 種の不在のため使用されました。3 kDa の膜非透過率は、この膜がほとんどの蛋白質を保持すると信じられていたように電気泳動分離に使われました。
    3. 両方の上澄みの蛋白質内容を推定し、標準¹⁷としてウシ血清アルブミンを使用して変更されたブラッドフォード法を用いた retenate。
    4. エッペン チューブに上清と未透過分画のサンプルを置き、適したシェーカー¹⁸25 秒 (10 分) あたりの周波数で振動するこれらの画分を対象します。揺れから泡が形成されるかどうかを決定する動揺のソリューションを観察します。
    5. 2.0 mL の蒸留水を diafilteration を達成するために 2 番目の遠心処理の限外ろ過デバイスに追加することによって、非透過を溶解します。4 ° C で 2 時間 3900 × g 第 2 遠心限外濾過装置を対象します。
    6. 0.02 M トリス-HCl Ph7.4 のリン酸緩衝生理食塩水 (PBS) pH 7.4 タンパク質を溶解する 1 mL と未透過 (0.025 g) を混ぜます。
    7. 1 分の 21000 x g で混合物を遠心分離機します。
    8. 前述したように変更されたブラッドフォードを使用して蛋白質内容を決定し、上清を使用します。
18. 電気泳動分離
    注: (上記) 3 kDa MWCO 膜非透過はナトリウム dodecyl 硫酸塩-ポリアクリルアミドゲル電気泳動 (SDS-PAGE) を用いた電気泳動分離に服従します。
    1. 15% のポリアクリルアミドゲルの解決のゲルと 5% ポリアクリルアミドゲル スタッキングのゲルを使用してポリアクリルアミドゲルを準備します。
    2. 20 μ g の蛋白質のサンプルを別ポリアクリルアミドゲル レーンに 10 170 kDa の範囲でゲルと PageRuler Prestained 蛋白質の梯子の 1 つのレーンに適用します。
    3. 塩化物イオン (1970 年)¹⁹から変更されたものとして、ゲルをミニ タンパク質テトラ電池システムで電流の対象します。動作条件の電気泳動のゲルの染色と染め色フォロー Ratanapariyanuch et al.(2012 年)²⁰。

ペプチド ペプチドマスフィンガープリンティング

注: は、Ratanapariyanuchらによるとトリプシンの消化力のための 3 の kDa 未透過 (約 8、10、13、14、15、20、22、31、37、55、MWs と 100 kDa) の SDS ページのゲルからバンドを切断します。(2012 年)²⁰質量スペクトル分析を実行します。

19. ゲル内消化
    1. デ 200 mM 重炭酸アンモニウム (NH₄HCO₃) 50% アセトニ トリル (ACN) での 100 μ L に浸漬によって 2 回バンドを汚し、30 ° C、20 分で孵化させなさい。
    2. ACN とゲルのサンプルを扱う染色解除の完了後 (100 μ L) 10 分とし、ドライ真空下で、室温で 15 分間遠心真空蒸着装置を使用して。
    3. 100 μ L の 10 mM ジチオトレイトール (DTT) 100 mM NH₄HCO₃ソリューション内で乾燥ゲルのサンプルを浸すし、56 ° C 1 時間インキュベートします。
    4. バッファー削除過剰な削減と交換 100 μ L バッファー [質量分析法 (MS) グレード水で 100 mM ヨードアセトアミド] をアルキル化します。
    5. 室温で 30 分間暗闇の中でゲルのサンプルをインキュベートします。
    6. 200 mM NH₄HCO₃ (100 μ L) で二回洗うゲルのサンプルが ACN でそれらを浸すことによってジェルを縮小 (100 μ L)、200 mM NH₄HCO₃ (100 μ L) ゲルを再膨張し、ACN と扱うことによって再び縮小 (100 μ L)。
    7. ACN を切り、15 分間遠心真空蒸着装置で真空下でゲルのサンプルを乾燥します。
    8. 20 μ L のトリプシンのバッファーを使用して乾燥ゲルのサンプルを再膨張 (1:1,200 mm NH₄HCO₃50 ng/μ L のトリプシン: トリプシン原液) 200 mM NH₄HCO₃の 30 μ L の追加によって各サンプルに続いた。
    9. 300 rpm で振とうしながら一晩で 30 の ° C の Thermomixer のサンプルをインキュベートします。
    10. 最終巻 (手順 8 の後の混合物の容積) 1 %trifluoracetic 酸の 1/10 を追加することによってトリプシン消化反応を停止し、真空遠心使用下で 60 %acn とドライに 0.1 %trifluoracetic 酸の 100 μ L を使用してゲルのサンプルから由来ペプチドを抽出真空蒸着装置です。
    11. 質量分析の前に-80 ° C に由来ペプチドを格納します。
20. 質量分析法
    1. MS グレード水の 12 μ L を追加することによってトリプシンのペプチドを再構成: ACN: ギ酸 (97:3:0.1, v/v) し、ペプチドを溶解する 1 に 2 分の渦。
    2. 4 ° C で 10 分間遠心する 18,000 g で得られた溶液
    3. 液体クロマトグラフィー/タンデム質量分析法 (MS/LCMS) 分析用 MS 管瓶に液体クロマトグラフィー計測器と LC MS インターフェイス装備四重極飛行時間 (QTOF) 質量のソリューション因数 (10 μ L) を転送します。
    4. 高容量の高速液体クロマトグラフィー チップを用いたクロマトグラフィーによるペプチド分離を実行: 360 nL 濃縮カラムと 75 μ m × 150 mm の分析カラムで構成され、両方が満載 Å、3 μ m 固定相 C18、180。
    5. 2.0 μ L/分の流量で水に 0.1% ギ酸濃縮列にサンプルをロードします。
    6. 分析カラムに濃縮カラムからサンプルを転送します。
    7. ペプチドの分離条件: 線形グラデーション溶剤系溶剤 (0.1% ギ酸水) と溶剤 B から成る (ACN の 0.1% ギ酸)。線形グラデーションを 3% 溶剤 25% 溶剤 B 50 分以上に増加する B で開始します。その後溶剤 B は 25 から 90 %0.3 μ L/分の流量で 10 分以上に増加します。
    8. 1900 V で設定キャピラリー電圧、360 V で設定フラグメント イオンと乾燥ガス (窒素) 12.0 L/分の流量で 225 ° C で設定を使用して肯定的なイオンのエレクトロ スプレー質量スペクトル データを取得します。
    9. 質量範囲は 250-1700 (質量/電荷; スペクトル結果を収集します。m/z)で 50-1700 m/zの範囲と 1.3 原子質量単位のセットの分離幅を 8 のスペクトル/s. 収集 MS/MS データのスキャン レート。トップ 20 の最も強烈な前駆体イオン 0.25 分アクティブな除外とタンデム MS の各 MS のスキャンを選択します。
21. タンパク質の同定
    1. スペクトル データをアジレント MassHunter 定性分析ソフトウェアを使用して質量/電荷データ形式に変換します。
    2. データベース検索エンジンとして SpectrumMill を使用して UniProtされたヒヨコマメ培養(ひよこ豆) データベースに対してデータを処理します。
    3. システインの固定変更として 50 ppm の断片の質量誤差、親の質量誤差 20 ppm、トリプシンの切断特異性、および carbamidomethyl などの検索パラメーターを含めます。

結果

ひよこ豆の各缶は缶詰の中に加えられる原料を示すラベルを貼ってください。成分は、水、ひよこ豆、塩およびナトリウム エチレンジアミン四酢酸 (EDTA) に含まれています。さらに、2 つの缶は「塩化カルシウムを含んでいる可能性があります」を標識しました。 されました3 つの異なる裏地色が観測されました。白、透明な黄色と金属 (表 1)。

<...

ブランド コード	塩	ナトリウム EDTA	塩化カルシウム	ライニングをすることができます。
A	+	-	-	ホワイト

ディスカッション

本研究で我々 はプロパティ (ボリュームと泡の安定性) と化学組成が異なる生成フォーム異なる商業ソースからそのひよこ豆 aquafaba を発見しました。Aquafaba 粘度および水分含量には正の相関があった。泡のボリュームの増加 (V_f100) これらのパラメーターに関連していなかった.添加物塩とナトリウム EDTA が粘度を抑制し、泡沫安定性と缶詰のひよこ豆から aquafaba、これらの添加剤低粘度があったなど泡安定性の低い発泡体を製造。この結果は、ベヘラらの動作とは異なります。(2014)²²塩存在下におけるミセル泡のボリュームが減ったし、泡崩壊率であることが報告されましたが、塩で遅くなった。追加塩煮標本から得られるひよこ豆 aquafaba より高い水分と塩と缶詰のひよこ豆から aquafaba と比較して低炭素含有にまた持っていた。デンプンとタンパク質腫れ²³ひよこ豆を調理前に塩を加えることを限られている可能性があります。

膜濾過法に...

材料

この記事で使用された材料の一覧

名前	会社	カタログ番号	コメント
<ストロング>凍結乾燥機
ストッパードライヤー	Labconco Inc.	7948040
<ストロング>ミキサー
ステンレス製ハンドミキサー	ロブロウ	PC2200MR
<ストロング>粘度測定
シェルカップ No.2	ノークロス株式会社
色測定
Colorflex HunterLab分光光度計	ハンター・アソシエイツ研究所
<ストロング>タンパク質と炭素含有量
元素分析装置	LECO株式会社	CN628
NMR 分光
Spectrafuge 24D	Labnet International株式会社
シリンジフィルター	VWRインターナショナル	CA28145-497	25 mm、0.45&マイクロ;m PTFE膜
酸化重水素	ケンブリッジアイソトープラボラトリーズ株式会社	7789-20-0
3-(トリメチルシリル)プロピオン-2,2,3,3-d4酸性ナトリウム塩	Sigma-Aldrich	169913-1G
Bruker Avance 500 MHz NMR分光計	Bruker BioSpin
TopSpin 3.2ソフトウェア	Bruker BioSpin GmbH
電気泳動
再生セルロースメンブレン	ミリポア株式会社		3, 10, 50 kDa (MWCO)
遠心式フィルターユニット	ミリポア株式会社
卓上遠心分離機	アレグラX-22R、ベックマン・コールター・カナダ社
ミキサーミル MM 300  ビーズミル	F. Kurt Retsch GmbH & Co. KG
Eppendorf 遠心分離機 5417C	Eppendorf
リン酸緩衝生理食塩水、pH 7.4	Sigma-Aldrich	P3813-10PAK
Tris-HCl 緩衝液 pH 7.4	Sigma-Aldrich	T6789-10PAK
PageRuler 染色済みタンパク質ラダー	フィッシャーサイエンティフィック
ミニプロテインテトラセルシステム	BioRad
Peptide Mass Fingerprinting
Thermo-Savant SpeedVac	BioSurplus		遠心真空蒸発器
トリプシンバッファー			20 µ1 mM 塩酸と 200 mM NH4HCO3
Iodoacetamide	Sigma-Aldrich	I1149-5 g
トリフルオロ酢酸	フルーカ	BB360P050
アセトニトリル	フィッシャーサイエンティフィック	L14734
ギ酸	Sigma-Aldrich	33015-500mL
質量分析バイアル	アジレント・テクノロジーズ・カナダ
Agilent 6550 iFunnel 四重極飛行時間型質量分析計	アジレント・テクノロジーズ・カナダ		Agilent 1260シリーズLC装置とAgilent Chip Cube LC-MSインターフェース
HPLC-Chip II: G4240-62030 Polaris-HR-Chip_3C18			360 nL濃縮カラムおよび75 µm ×150 mm分析カラム、どちらもPolaris C18-A、180Å、3 µm固定相。
Agilent MassHunter 定性分析ソフトウェア	Agilent Technologies Canada Ltd.
SpectrumMillデータ抽出器	Agilent Technologies Canada Ltd.