Summary
Aquafaba er en tyktflytende juice fra hermetisk kikert at når rørt kraftig, produserer en relativt stabilt hvitt skum eller skum. Grunnforskning målet er å identifisere komponenter i aquafaba som bidrar viscosifying/jevning egenskaper ved hjelp av kjernefysiske magnetisk resonans (NRM), ultrafiltrasjon, geleelektroforese og peptid masse fingeravtrykk.
Abstract
Kikert og andre belgfrukter er vanligvis selges som hermetisk produkter pakket i en tykk løsning eller en saltlake. Denne løsningen har nylig vist stabil skum og emulsjoner, og kan fungere som en thickener. Nylig interesse for dette produktet er blitt forsterket gjennom Internett der det er foreslått at denne løsningen, nå kalt aquafaba av et voksende fellesskap, kan brukes en erstatning for egg og melk protein. Som aquafaba er både nye og blir utviklet av et nettbasert fellesskap lite er kjent om dens sammensetning eller egenskaper. Aquafaba ble gjenopprettet fra 10 kommersielle hermetisk kikert produkter og korrelasjoner mellom aquafaba sammensetning, tetthet, viskositet og skummende egenskaper ble undersøkt. Proton NMR ble brukt til å beskrive aquafaba sammensetning før og etter ultrafiltrasjon gjennom membraner med ulike molekylvekt kuttet offs (MWCOs 3, 10 eller 50 kDa). En protokoll for geleelektroforese og peptid masse fingeravtrykk er også presentert. Disse metodene gitt verdifull informasjon om komponentene ansvarlig for aquafaba funksjonelle egenskaper. Denne informasjonen vil tillate utviklingen av praksis å produsere standard kommersielle aquafaba produkter og kan hjelpe forbrukerne velger produkter av førsteklasses eller konsekvent.
Introduction
Stadig utvikles vegetariske produkter som etterligner egenskapene til kjøtt, melk og egg. Funksjonelle egenskaper pulser er viktig i deres nåværende bruker i mat programmer og deres egenskaper er undersøkt i utviklingen av erstatninger for animalsk protein. For eksempel meieri alternativer salget var $8.80 milliarder USD i 2015 og dette markedet vokser raskt. Dette markedet er ventet for å vokse til $35.06 milliarder av 2024. Videre er den oppadgående trenden i etterspørselen etter plantebaserte melk erstatning delvis et resultat av forbrukernes helse bekymringer om kolesterol, antibiotika og veksthormoner ofte brukt i melk produksjon1. Tilsvarende vegetabilsk protein og hydrokolloid egg replacer markeder er raskt voksende og en sammensatt årlig vekstrate på 5,8% er forventet for disse materialene de neste 8 årene med salg på $1,5 milliarder USD i 20262. Et økende antall forbrukere foretrekker vegan proteinkilder, allergen redusert dietter og reduserte karbonutslipp for matvarer. Etterspørselen etter puls-baserte produkter, spesielt fra linse og kikert faba bønne er stadig høye proteininnhold, kostfiber og lite mettet fett innholdet i pulser3. Pulser også inneholde fytokjemikaliene med potensielt gunstig biological aktivitet4.
Kommersielle selskaper, forskere og privatpersoner har funnet måter å kommunisere kvalitetseiendommer kikert basert egg og melk erstatning. Gugger et al. 5 produsert en melk-lignende produkt fra høy stivelse korn inkludert adzuki bønne og kikert. I deres beskrevet metoder forsøkte talsmenn å vise at produktet er unik og forskjellig fra "aquafaba"6. I en annen kommersiell tilnærming belyst av Tetrick et al. 7 en plantebasert egg innbytter ble utviklet. Deres patentsøknad beskriver metoder å kombinere puls mel med kjente thickeners som emulere funksjonen av egg hvitt i bakt materialer. Typisk formler er 80-90% puls mel og 10-20% jevning tilsetningsstoffer.
Fagfellevurderte litteratur også angir funksjonen mulig med kikert og har vist at albumin protein fraksjoner fra kabuli og desi chickpea mel har god emulgering egenskaper. De har også funnet en signifikant effekt av kikert kilde på albumin kapasitet og ytelse8.
Etter den første internet rapporten beskriver "aquafaba" av den franske kokken Joël Roessel, viser en open source bevegelsen verktøyet av aquafaba som en erstatning for eggehvite og meieri proteiner i mange mat programmer. Det er mange svært viste websider og YouTube-videoer som viser inkorporering av aquafaba i mat som etterligne kvaliteter av ice cream, marengs, ost, majones, eggerøre, og pisket krem. De fleste pionerene gir åpen kildekode aquafaba programmer (oppskrifter) få materialet sitt ved å belaste boks kikerter og bruke væsken i sine oppskrifter. Disse personene er stort sett ikke trente forskere. Video Kommentarer deler viser at respondentene har kopiert oppskrifter og noen kunne replikere suksesser aquafaba talsmenn.
Alle tre tilnærminger (corporate, vitenskapelige og åpen kilde) til utvikle egg og melk erstatninger har fortrinn, men mangler en viktig dimensjon. Anvendt forskere, grunnleggende forskere og enkeltpersoner promulgating puls-baserte produkter har ufullstendig preget og standardisert sine inn materiale. Standardisering av et produkt for et spesifikt formål er en normal industriell praksis. Kikert kultivarer ikke er standardisert for aquafaba kvalitet og industrielle hermetikkboksfylling praksis er standardisert for å produsere konsekvente kikerter ikke aquafaba.
Basert på studier av andre varer, er det forutsigbart at både undersøke og miljø vil bidra til puls aquafaba kvalitet. Det er kjent at både genotype og miljø påvirker kabuli kikert canning egenskaper9. Genotypic effekter er vanligvis store mellom beslektede arter og mindre medlemmer av en art. Variasjon i fysiske og kjemiske egenskaper kan reduseres gjennom identitet bevaring som tillater valg av kultivarer med egenskapene. Miljømessige effekter kan også være stor og administreres av kvalitet evaluering og blending standard ytelse i spesifikke tester10.
Det er mange genetisk distinkte kultivarer av kikert i kommersiell produksjon. For eksempler, Universitetet i Saskatchewan beskjære utvikling sentrum, en stor kilde av kommersielle kikert germplasm, har befridd 23 kikert kultivarer siden 1980 som 6 som er anbefalt for dyrking i Canada. Mens vitenskapelig manuskripter beskriver ofte sorten brukt i en studie, inneholdt patenter og Internettsider som ble kartlagt sorten brukes eller proveniens av kikerter. Standardisering av kultivarer og håndtering kan hjelpe brukere øke deres suksess i å bruke kikert, men denne informasjonen er ikke tilgjengelig for hermetisk kikert produkter.
Målet med denne forskningen er å avgjøre aquafaba komponentene som bidrar skummende egenskaper. Her reologiske egenskapene til aquafaba fra kommersielle kikert merker ble sammenliknet og de kjemiske egenskapene ble studert ved NMR, geleelektroforese og peptid masse fingeravtrykk. Vi vet er dette første forskning som beskriver den kjemiske sammensetningen og funksjonelle egenskaper aquafaba viscosifier komponenter.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
Separasjon av Aquafaba fra kikerter
- Få bokser av kikerter fra lokale kjøpmenn og åpne med en manuell kan åpen.
- Etiketten bokser fra A til J.
- Separat kikerter fra aquafaba bruke en rustfritt stål meshed kjøkken sil og veie atskilt kikerter og aquafaba.
Få et representativt utvalg av kikerter og Aquafaba for kjemiske analyser.
- Tilfeldig velge ti kikerter etter tømming aquafaba for å fastslå fuktighetsinnhold.
- Legg kikertene i valgte tørking tinn og varme ved 100 ± 2 ° C 16-18 h i tørking ovn.
- Etter tørking, grind kikerter til et pulver for videre bruk (f.eks protein og karbon innholdsanalyse).
- Fryse aquafaba og aquafaba skum fra hver kilde til-20 ° C og tørk i en fryse tørketrommel. Den tørkede aquafaba brukes for nitrogen og karbon innholdet vilje.
Aquafaba funksjonelle egenskaper
- Bestemme aquafaba viskositet ved 25 ° C ved hjelp av en nr. 2 shell kopp.
- Lev det skall cup i aquafaba.
- Registrere tiden det tar å tømme cup11. En tidtakeren startes når koppen var løftet fra aquafaba og stoppet når de forlater koppen stopper.
- Aquafaba viskositet kan fastslås ved et diagram med koppen som relaterer viskositet og drenering tid.
- Skummende evne
- Bland aquafaba løsningen (100 mL) i en rustfritt stål bolle med en hånd blandebatteri på hastighetsinnstilling 10 i 2 minutter.
- Registrere skum volumet umiddelbart etter blending 100 mL aquafaba løsningen som Vf100 ved å plassere skum i en uteksaminert målebegeret.
- Tillate at skum for å stå og tørke over tid å observere skum stabilitet og få et utvalg av tørket skum.
Farge parametere av kikert frø
- Tilfeldig valgte kikert frø hver kan for farge vilje.
- Kalibrere Hunter lab fargemåleren bruke hvit, svart og referanse standarder før mål.
- Koordinere verdier bestemmes av CIE laben systemet12, inkludert L (positiv representerer hvitt og 0 representerer mørke), en (positiv er røde og negative grønn), og b (positiv er gule og negative blå) i tre eksemplarer med dagslys 65°.
Protein og karbon innholdet
- Bestemme protein og karbon innholdet ved forbrenning med en elementær analyzer13. Proteininnhold er beregnet som nitrogen innholdet multiplisert 6,2514.
Fuktighetsinnhold
- Finne frø og aquafaba fuktighet innholdet ved oppvarming samples ved 100 ± 2 ° C i 16-18 h i en tørking ovn15.
NMR massespektrometri
- Eksempel forberedelse
- Før massespektrometri, sentrifuge aquafaba prøver 9200 × g i 10 min. Etter sentrifugering, passere nedbryting gjennom et 0,45 µm sprøyte filter (25 mm sprøyte filter med polytetrafluoroethylene (PTFE) membran). Overføre aquafaba prøven (0,4 mL) i en NMR tube wuth 50 mg lagt deuterium oksid inne og emnet utvalget for NMR analyse.
- Prøven (25 mg) er i deuterium oksid (500 mg) tørket skum utvalget tidligere beskrevet, og løsningen er utsatt for NMR analyse.
- Sett alle prøver for 13C-NMR og 1H-NMR i avkortet 5 mm NMR rør. Legge til deuterium oksid og 3-(trimethylsilyl) propionsyre-2,2,3,3-d4 syre natrium salt (TMSP) til hver NMR tube å gi et løsemiddel lås signal og fungere som en intern standard, henholdsvis.
- NMR forhold
- Henting proton NMR spectra med en 500 MHz NMR eller lignende høy feltet NMR spectrometer) med minst 16 skanninger per spektrum med en vann undertrykkelse program som dobbel puls feltet gradient spinn ekko proton NMR (DPFGSE-NRM) puls sekvens16.
- Justere spectral Skift å plassere TMSP toppen på 0 ppm og deretter bruke programvare for integrasjon til å fastslå relative mengdene av forbindelsene til stede.
Geleelektroforese
Merk: Dette trinnet aquafaba som ga mest stabile skum (merkevare H) ble valgt. Dette merket inneholder ikke salt.
- Eksempel forberedelse
- Introdusere aquafaba til øvre reservoaret tre sentrifugal regenerert cellulose ultrafiltrasjon enheter hver med ulike molekylvekt kuttet offs (MWCOs) 3, 10 eller 50 kDa.
- Sted sentrifugal filter enheter i en egnet sentrifuge på 4 ° C og sentrifuge 3900 × g for 2t for å få nedbryting og retentate fraksjoner. Supernatant fraksjoner ble brukt for 1H-NMR analyse av mindre molekyler i fravær av høyere molekylvekt (MW). 3 kDa membran retentate brøken ble brukt for electrophoretic separasjon som det ble antatt at denne membranen ville beholde de fleste proteiner.
- Anslå protein innholdet i begge nedbryting og retenate med en modifisert Bradford metode med bovin serum albumin som en standard17.
- Plasser prøver av nedbryting og retentate brøker i Eppendorf rør og underlagt disse fraksjoner riste med en frekvens på 25 s (10 min) i en passende shaker18. Observere ristet løsningen å avgjøre hvis en skum har dannet fra risting.
- Oppløse retentate ved å legge til 2.0 mL destillert vann ultrafiltrasjon enheten for andre sentrifugering behandling å oppnå diafilteration. Underlagt ultrafiltrasjon enheten til en andre sentrifugering 4 ° C og 3900 × g for 2T.
- Bland retentate (0.025 g) med 1 mL av 0.02 M Tris-HCl pH 7.4 eller fosfat-bufret saltvann (PBS) pH 7.4 å oppløse protein.
- Sentrifuge blandingen 21000 x g for 1 min.
- Bruk nedbryting for å bestemme proteininnhold med det modifisert Bradford som tidligere nevnt.
- Electrophoretic separasjon
Merk: 3 kDa MWCO membran retentate (beskrevet ovenfor) er utsatt for electrophoretic separasjon med natrium dodecyl sulfat-polyakrylamid gel geleelektroforese (SDS-side).- Forberede polyakrylamid gels med en 15% polyakrylamid løse gel og en 5% polyakrylamid stabling gel.
- Et utvalg av 20 µg protein gjelde ett kjørefelt av gel og PageRuler Prestained Protein stigen med en rekke 10-170 kDa til en separat polyakrylamid gel kjørefelt.
- Underlagt geléer til en elektrisk strøm i en mini Protein Tetra celle systemet som endret Laemmli (1970)19. For geleelektroforese driftsforhold, gel flekker og destaining følger Ratanapariyanuch et al. (2012) 20.
Peptid masse fingeravtrykk
Merk: Klipp band fra SDS side gel av 3 kDa retentate (MWs av ca 8, 10, 13, 14, 15, 20, 22, 31, 37, 55 og 100 kDa) for trypsin fordøyelsen ifølge Ratanapariyanuch et al. (2012) 20 og utføre masse spektral analyse.
- I-gel fordøyelse
- De flekken bandene to ganger av leve i 100 µL av 200 mM ammonium bikarbonat (NH4HCO3) i 50% acetonitrile (ACN) og ruge på 30 ° C for 20 min.
- Etter ferdigstillelse av de flekker, behandle gel prøvene med ACN (100 µL) for 10 min og deretter tørr under vakuum, bruker en sentrifugal vakuum fordamperen, i 15 min ved romtemperatur.
- Legg tørket gel eksemplene i 100 µL av 10 mM dithiothreitol (DTT) i 100 mM NH4HCO3 løsning og ruge på 56 ° C i 1 time.
- Fjern overflødig redusere buffer og erstatte den med 100 µL alkylating buffer [100 mM iodoacetamide i massespektrometri (MS) klasse vann].
- Inkuber gel prøvene i romtemperatur i mørket 30 min.
- Vask gel prøver to ganger med 200 mM NH4HCO3 (100 µL), krympe geléer med fordyper seg i ACN (100 µL), re svelle gels med 200 mM NH4HCO3 (100 µL) og igjen krympe ved å behandle med ACN (100 µL).
- Avløp i ACN og tørr gel prøvene under vakuum i en sentrifugal vakuum fordamperen i 15 min.
- Nytt svelle tørket gel prøver ved 20 µL trypsin buffer (50 ng/µL trypsin i 1:1,200 mM NH4HCO3: Trypsin lagerløsning) fulgt av addisjon av 30 µL av 200 mM NH4HCO3 til hvert utvalg.
- Inkuber prøver på en Thermomixer overnatting på 30 ° C med skjelvende på 300 rpm.
- Stoppe trypsin fordøyelsen reaksjonen ved å legge til 1/10 endelige volume (volum blanding etter trinn 8) 1% trifluoracetic syre og pakke tryptic peptidene fra gel prøver bruker 100 µL av 0,1% trifluoracetic syre i 60% ACN og tørr vakuum bruker en sentrifugal vakuum fordamperen.
- Lagre tryptic peptider i-80 ° C før masse spectrometric analyse.
- Massespektrometri
- Rekonstituer tryptic peptider ved å legge til 12 µL MS klasse vann: ACN: maursyre (97:3:0.1, v/v) og deretter vortex i 1-2 min å oppløse peptider.
- Sentrifuger resulterende løsningen 18.000 g i 10 min på 4 ° C.
- Overføre løsning dele (10 µL) til MS hetteglass for flytende kromatografi-tandem massespektrometri (LC-MS/MS) analyse på en quadrupole tid-av-fly (QTOF) masse spectrometer utstyrt med en flytende kromatografi instrument og LC-MS grensesnitt.
- Utføre brukt kromatografiske peptid separasjon med en høy kapasitet HPLC-Chip: består av en 360 nL berikelse kolonne og en 75 µm × 150 mm analytisk kolonne, både fullpakket med C18-A, 180 Å, 3 µm stasjonære fase.
- Laste inn eksempler på berikelse kolonnen med 0,1% maursyre i vann på en strømningshastighet på 2,0 µL/min.
- Overføre prøver fra kolonnen berikelse kolonnen analytisk.
- Peptid separasjon er: en lineær gradient løsemiddel systemet løsemiddel en (0,1% maursyre i vann) og løsemiddel B (0,1% maursyre i ACN). Lineær gradient begynner med 3% løsemiddel B som øker til 25% løsemiddel B over 50 min. Senere øker løsemiddel B fra 25 til 90% over 10 min på en strømningshastighet på 0,3 µL/min.
- Kjøpe positive-ion electrospray masse spektraldata en kapillær spenning satt til 1900 V, fragment ion satt på 360 V og tørking gassen (nitrogen) satt til 225 ° C med en strømningshastighet på 12,0 L/min.
- Samle spectral resultater over en masse rekke 250-1700 (masse/kostnad; m/z) frekvensen skanning av 8 spectra/s. samle MS-/ MS data over en rekke 50-1700 m/z og en angitt isolasjon bredde på 1.3 atommasseenheter. Velg de topp 20 mest intense forløper ionene for hver MS skanning for tandem MS med en 0,25 min aktive eksklusjon.
- Protein identifikasjon
- Konvertere spektraldata til en masse/lade dataformat med Agilent MassHunter kvalitativ analyseprogramvare.
- Behandle data mot UniProt kikert Cicer arietinum (kikert) databasen, bruker SpectrumMill som søkemotoren databasen.
- Inkluder søkeparameterne som en fragment masse feil av 50 ppm, en forelder masse feil av 20 ppm, trypsin cleavage spesifisitet og carbamidomethyl som en fast endring av cystein.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
Hver boks med kikerter er merket for å angi at ingrediensene tilsettes under canning. Ingredienser inkludert vann, kikerter, salt og disodium ethylenediamine tetraacetic syre (EDTA). I tillegg ble to bokser merket som "kan inneholde veisalt". Tre distinkte fôr farger ble observert; hvit, klare gule og metallisk (tabell 1).
Merke koden | Salt | Disodium EDTA | Veisalt | Kan fôr |
A | + | - | - | Hvit |
B | + | - | - | Hvit |
C | + | + | - | Gul |
D | - | - | - | Metallisk |
E | + | + | - | Hvit |
F | + | + | - | Gul |
G | + | + | + /- | Hvit |
H | - | - | - | Gul |
Jeg | + | + | - | Gul |
J | + | + | + /- | Gul |
Tabell 1: Tilsetningsstoffer og kan fôr.
Merker E og D hadde høyest (607 g) og laveste (567 g) totale masse (kikerter pluss aquafaba). Variasjonskoeffisienten (CV) av totale masse per kan var bare 2%. Merkevare H inneholdt høyeste kikert massen (488 g). Merket J, med lavest kikert massen (335 g), var 31% lettere enn merkevare H, og hadde det laveste antallet frø (244) i hver kan (tabell 2). Merke D finnes laveste juice volum i kan (110 mL) høyeste juice volumet ble observert merke E (225 mL). Den høyeste viskositeten observert, for merkevare H (114.2 cP), var 4.3-20 ganger større enn observert for andre merker (5.7-26,4 cP). En rekke viktige sammenhenger ble observert som kan forutsi nytten av hermetisk produktet for å produsere aquafaba. Kikert frisk vekt var negativt korrelert med juice volum og positivt korrelert med juice viskositet. Pisking 100 mL aquafaba jevnt økte skum med ca 5 fold (Vf100 = 470) umiddelbart etter blanding med en CV på bare åtte prosent. D, E og G produsert det laveste beløpet av skum fra 100 mL aquafaba. Aquafaba viskositet ble negativt korrelert med totalt skum volum per kan (Vfcan) (tabell 3). Juice tetthet var minst variabel parameteren CV 4,6% mens juice viskositet var mest variabelen 160%. CV av erter per kan var 22%.
Merke koden | Kan innholdet (g) |
Kikert fwt (g) |
Frø/kan | Juice volum (mL) |
Juice tetthet (kg/m3) |
Juice viskositet (cP) 1 |
Vf100 (mL) 2 |
Vfcan (mL kanne) 3 |
A | 588 | 392 | 454 | 170 | 1067 | 8.75 ± 0,27f.Kr. | 500 | 850 |
B | 581 | 355 | 404 | 200 | 1100 | 8.34 ± 0,17abc | 500 | 1000 |
C | 590 | 389 | 289 | 175 | 1112 | 10.50 ± 0,18c | 470 | 823 |
D | 567 | 428 | 423 | 110 | 1180 | 26.41 ± 1.14e | 410 | 451 |
E | 607 | 364 | 300 | 225 | 1066 | 6.21 ± 0.24ab | 405 | 911 |
F | 602 | 364 | 304 | 220 | 1048 | 6.32 ± 0,10ab | 480 | 1056 |
G | 598 | 349 | 280 | 220 | 1103 | 5.70 ± 0,13en | 430 | 946 |
H | 595 | 488 | 429 | 125 | 1160 | 114.2 ± 4.29f | 500 | 625 |
Jeg | 599 | 385 | 323 | 200 | 1009 | 16.12 ± 0.64d | 500 | 1000 |
J | 584 | 335 | 244 | 220 | 1109 | 5.79 ± 0,30en | 510 | 1122 |
Mener | 591 | 385 | 345 | 186.5 | 1095.4 | 20.84 | 470 | 878.4 |
SD | 12 | 44 | 74.72 | 41.17 | 50.83 | 33.44 | 40 | 204.63 |
CV4 | 2 | 12 | 21.66 | 22.07 | 4.64 | 160.48 | 8.5 | 23.29 |
1 Hver verdi er presentert som den gjennomsnittlig ± SD (n = 3). Etterfulgt av forskjellige bokstaver er signifikant forskjellig (p < 0,05). | ||||||||
2 Prosent øker fra pisking 100 mL kikert juice. | ||||||||
3 Totalt skum volum per kan | ||||||||
4 Variasjonskoeffisienten (%) |
Tabell 2: Kvantitative verdier kikert kan.
Kan innholdet (g) |
Kikert fwt (g) |
Frø / kan |
Juice volum (mL) |
Juice tetthet (kg/m3) |
Juice viskositet (cP) |
Vfcan (mL kanne) 1 |
|
Kan innholdet (g) | 1 | ||||||
Kikert fwt (g) | –0.172 | 1 | |||||
Frø/kan | –0.442 | 0.664* * | 1 | ||||
Juice volum (mL) | 0.600 | -0.878* * | -0.739* * | 1 | |||
Juice tetthet (kg/m3) | -0.647* * | 0.519 | 0.339 | -0.705* * | 1 | ||
Juice viskositet (cP) | –0.002 | 0.890* * | 0.474 | -0.657* * | 0.512 | 1 | |
Vfcan (mL kanne)1 | 0.483 | -0.818* * | -0.639* * | 0.927* * | -0.728* * | –0.568 | 1 |
1 Totalt skum volum fra en boks med produktet. | |||||||
Merk: Det var ingen betydelig sammenhenger Vf100 gjelder andre parametere. |
Tabell 3: korrelasjonskoeffisienten.
Funksjonelle egenskaper aquafaba fra disse 10 kommersielle produkter, spesielt skum volum og skum stabilitet, variert betydelig (figur 1). Den høyeste Vfcan oppstod i merkevarer B, F, I og J med volumer over 1000 mL. Den høyeste juice tettheten og laveste volum øke forholdet ble observert i merke D. Til tross for uniform avkastningen av skum per 100 mL aquafaba i alle materialer stabiliteten av skum varierte sterkt. Etter 1 h hadde væske skilt fra alle produkter bortsett fra merkevare H (figur 1). Etter en ekstra 14 h lagringen skum var i stor grad gått fra alle merkene unntatt merkene D og H. interessant D og H hadde en rekke atskillende egenskaper inkludert: 1) de høyeste kikert masse per kan; 2) den laveste aquafaba avkastningen per kan; 3) den høyeste aquafaba tettheten; og 4) den høyeste aquafaba viskositeten. Etikettene på produkter D og H indikerte at ingen tilsetningsstoffer var inkludert vann og kikerter.
Figur 1 : Aquafaba skum og saften fra 10 kommersielle kikerter. Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.
Kikert frø inneholder 63,2 69.9% fuktighet og 45.6-46,5% karbon (Tabell 4). Høyeste og laveste protein innholdet ble observert i J (22,4%) og B (18.2%), henholdsvis.
Merke koden | Fuktighet (%) | Karbon (%) | Protein (%) |
A | 67.3 ± 0,2cd | 46.47 ± 0,01f | 19.04 ± 0,18b |
B | 66,4 ± 0,4f.Kr. | 46.24 ± 0,00e | 18.24 ± 0,19en |
C | 67.6 ± 0,2d | 45.73 ± 0,01b | 18.38 ± 0,07en |
D | 69.9 ± 0,7e | 46.43 ± 0,02f | 21.99 ± 0,23f |
E | 66.8 ± 0,5cd | 45.63 ± 0,04en | 20.71 ± 0,01d |
F | 67.1 ± 0,2cd | 46.24 ± 0,00e | 22.05 ± 0,03fg |
G | 63.2 ± 0,4en | 46.15 ± 0,01de | 19.53 ± 0,08c |
H | 69.3 ± 0,3e | 46.49 ± 0,05f | 21.53 ± 0.28e |
Jeg | 66.9 ± 1.5cd | 46.09 ± 0.09cd | 19.82 ± 0,07c |
J | 65.4 ± 0,8b | 46.04 ± 0,04c | 22.37 ± 0,11g |
Mener ± SD (CV) | 67.0 ± 1.87 (2.79) | 46.20 ± 0.29 (0,63) | 20.40 ± 1.57 (7.70) |
Hver verdi er presentert som den gjennomsnittlig ± SD (n = 3). Etterfulgt av forskjellige bokstaver er signifikant forskjellig (p < 0,05). |
Tabell 4: Sammensetning av kikert frø.
Merket E hadde høyest fryse tørket massen (17,9 g) (tabell 5). Aquafaba fra merkevare D hadde høyest protein (26.8%) og karbon (39.2%) innholdet og merke E inneholdt laveste proteininnholdet (23.3%).
Merke koden | Fryse tørket masse (g) | Fuktighet (%) | Karbon (%) | Protein (%) |
A | 12.4 | 94.39 ± 0,02f.Kr. | 35.46 ± 0,59de | 24.91 ± 0,55cd |
B | NA | 94.06 ± 0,01abc | ND | ND |
C | 15.7 | 94.41 ± 1.89f.Kr. | 35.09 ± 0,06cd | 22.65 ± 0,30en |
D | 11 | 94.07 ± 0.47abc | 39.22 ± 0,02g | 26.83 ± 0,06e |
E | 17,9 | 93.59 ± 0,01ab | 31.28 ± 0.12en | 23.36 ± 0,19b |
F | 15,6 | 94.28 ± 0,02f.Kr. | 34.66 ± 0,06c | 24.61 ± 0,15cd |
G | 12.7 | 94.70 ± 0,03f.Kr. | 33.78 ± 0,13b | 22.75 ± 0,19ab |
H | 15.1 | 92.98 ± 0,00en | 37.30 ± 0,10f | 24.49 ± 0.26c |
Jeg | 16.3 | 93.63 ± 0,00ab | 35.85 ± 0,00e | 23.20 ± 0,02ab |
J | 13.1 | 95.12 ± 0,00c | 34.77 ± 0,05c | 25.22 ± 0.44d |
Hver verdi er presentert som den gjennomsnittlig ± SD (n = 3) bortsett fra fryse tørket masse. Etterfulgt av forskjellige bokstaver er signifikant forskjellig (p < 0,05). NA = ikke tilgjengelig. ND = ikke bestemt |
Tabell 5: Sammensetning av aquafaba.
Merket D hadde den høyeste L -verdien som er knyttet til frø letthet etterfulgt av kikerter merkevare H, derimot, merket J hadde den laveste verdien som indikerer at frøet er mørkere (tabell 6). Dette kan skyldes økt verdier av steketiden og/eller frø kvalitet. I tillegg kan dette være assosiert med fysisk kvaliteten på det resulterende skummet. Det er tydelig at en lettere produktet er mer attraktive for bruk som en thickener.
Merke koden | L | en | b |
A | 58.02 ± 0.96cd | 8.64 ± 0,95abc | 27.23 ± 1.14ab |
B | 57.66 ± 1.92bcd | 8.66 ± 0,97abc | 24.84 ± 1,64en |
C | 58.45 ± 0.93cde | 10.31 ± 0.70d | 29.62 ± 2,18b |
D | 60.49 ± 0,55e | 7.95 ± 0.69en | 27.74 ± 0.87b |
E | 55.65 ± 1,16ab | 9.92 ± 0.28cd | 27.39 ± 0.87ab |
F | 57.25 ± 0.52bcd | 8.51 ± 0.58ab | 28.09 ± 1,16b |
G | 59.02 ± 1,20de | 7.58 ± 0,34en | 28.80 ± 1.58b |
H | 56.63 ± 1,78abc | 10.44 ± 0.57d | 26.77 ± 0.74ab |
Jeg | 56.25 ± 1,34abc | 9,71 ± 1.02bcd | 28.87 ± 2.51b |
J | 54.94 ± 0.90en | 9.34 ± 0.09bcd | 28.29 ± 0.64b |
Hver verdi er presentert som den gjennomsnittlig ± SD (n = 3). Etterfulgt av forskjellige bokstaver er signifikant forskjellig (p < 0,05). |
Tabell 6: Farge parametere av kikert frø.
Protein innholdet i nedbryting økt når MWCO økt (Tabell 7). Når en 3 kDa MWCO membran ble brukt for aquafaba filtrering, fant ingen protein i nedbryting bekrefter at proteiner tilstede i kikert juice hadde mø større enn 3 kDa. Som membran MWCO økt, ble noen proteiner observert i nedbryting. Retentate etter diafiltration var gel-lignende pellets, derfor det ble oppløst i 0.02 M Tris HCl ved pH 7.4 eller PBS på pH 7.4 buffer.
Brøk | MWCO (kDa) | ||
3 | 10 | 50 | |
Nedbryting | 0,05 ± 0,00 finans | 0,17 ± 0,01 g/L | 0.89 ± 0,01 g/L |
Retentate1 | 0,88 ± 0,01 g/L | 1.36 ± 0,00 finans | 0,82 ± 0.02 finans |
1 Retentate ble oppløst i 0.02 M Tris HCl ved pH 7.4. Lignende trend og resultater ble oppnådd når PBS ved pH 7.4 ble brukt som løsemiddel. |
Tabell 7: Protein innhold (finans) av nedbryting fra filtrering merkevare H juice bruker forskjellige MWCO.
Aquafaba fra 10 kommersielt tilgjengelig kikert produkter ble analysert ved hjelp av DPFSE -1H-NMR. Et typisk kommenterte aquafaba 1H-NMR spekter er avbildet i figur 2. Resonanser av bestanddeler ble tildelt i henhold til tidligere publikasjoner21. Totalt 20 forbindelser ble identifisert inkludert alkohol (isopropanol, etanol, metanol), organiske syrer (melkesyre, eddiksyre, succinic syre, citrat, formiat, malate), sukker (glukose, sukrose), aminosyrer (alanin) og nucleosides (inosine, adenosin).
Figur 2 : Representant 1 H-NMR spekter av totale regionen aquafaba. 1, Isopropanol; 2, etanol; 3, melkesyre; 4 alanin; 5, eddiksyre; 6, glutamin; 7, succinic syre; 8 citrate; 9, malate; 10 kolin; 11, phosphocholine; 12 metanol; 13, sukrose; 14, glukose; 15 β-glukose; 16 α-glukose; 17, sukrose; 18, inosine; 19 adenosin; 20 formiat. Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.
De fleste av 1H-NMR spekter av aquafaba fra kommersielle prøver (unntatt merkevarer E, G og J) viste en trilling på 1,2 ppm fra etanol metylgruppe (Figur 3). Eddiksyre gjæring i aquafaba kan også verifiseres gjennom acetate signalet på 1.95 ppm. Aquafaba fra merket F viser høy melkesyre (1.35 ppm), mens aquafaba fra Vis høy melkesyre og succinic syre (2.48 ppm). Singlet på 3,2 ppm i 1H-NMR spektra av alle aquafaba undersøkt angir at kolin. Det er sannsynlig at etanol, eddiksyre og melkesyre produseres under bløtlegging av kikerter før canning. Sukrose, kolin og andre molekyler kan oppstå fra kikerter som vanlig metabolitter.
Figur 3 : 1 H-NMR spekter av aquafaba fra forskjellige derunder. 2, etanol; 3, melkesyre; 5, eddiksyre; 8 citrate; 9, malate; 10 kolin; og 11 phosphocholine. Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.
For å forstå skum komposisjon, 1H-NMR spekter av væsken atskilt fra skum etter 12 h fra merke A ble sammenlignet med spekteret av skum (Figur 4). Proton signaler i regionen (5.0-5.4 ppm) var høyanriket i skum spektrum. Sukrose konsentrasjonen (3.63 ppm) var større i skummet enn i væsken. Flyktige komponenter som metanol (3,40 ppm), etanol (1,20 ppm), melkesyre (1.35 ppm), eddiksyre (1.95 ppm) og succinic syre (2.48 ppm) redusert i skum laget, sannsynligvis på grunn av fordamping. Proton signaler av proteiner (0,5-3.0 ppm, protoner alifatisk aminosyre side kjede) finnes i skummet.
Figur 4 : 1 H-NMR spekter av aquafaba skum og saften fra brand A. 1, Isopropanol; 2, etanol; 3, melkesyre; 4 alanin; 5, eddiksyre; 6, glutamin; 7, succinic syre; 8 citrate; 9, malate; 10 kolin; 11, phosphocholine; 12 metanol; 13, sukrose; 14, glukose; 15 β-glukose; 16 α-glukose; 17, sukrose; 18, inosine; 19 adenosin; 20 formiat; og *, polysakkarid. Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.
Aquafaba juice fra merkevare H ble utsatt for ultrafiltrasjon bruker tre ulike MWCO membraner og 1H spectra ble sammenlignet (figur 5). 10 kDa membranen skilt en tilsynelatende polynucleotide (6.5 8.5 ppm), mens polysakkarider, bidrar topper 5.0-5.2 ppm, ble vedtatt av 50 kDa membranen. Peptid signaler (0,5-2.5 ppm) ble funnet i 3 kDa filtratet.
Figur 5 : 1 H-NMR spekter av aquafaba utsatt for membran filtrering. 16 α-glukose; 17, sukrose; *, polysakkarid. Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.
Berikelse av proteiner fra produktet H, den gir det mest stabile skummet av membran filtrering etterfulgt av SDS-siden på retentate viste klart band av varme løselig proteiner med mø større enn 3 kDa (figur 6A). Merkelig, fem identifisert protein bandene syntes å inneholde proteiner fra kikert patogene soppen Didymella rabiei. De fleste av de andre proteinene tilhørte kjent varme løselig proteiner som sent embryogenesis rikelig proteiner og dehydrins (figur 6B). Identifisert proteiner også inkludert varme sjokk protein, defensin, histone, ikke-spesifikk lipid overføring protein og superoxide dismutase. Stor lagringsplass proteiner provicillin og leguminin var også tilstede.
Figur 6 : (A) SDS side separasjon kikert juice protein; (B) potensielle protein identifikasjon per bandet. Fem identifisert protein felt merkes. LEAP = sent embryogenesis rikelig protein, HSP = varme sjokk protein. Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
I denne forskningen, har vi funnet at kikert aquafaba fra ulike kommersielle kilder produserer skum som varierer i både egenskaper (volum og stabilitet av skum) og kjemiske sammensetning. Det var en positiv korrelasjon mellom aquafaba viskositet og fuktighet. Skum øker (Vf100) var ikke relatert til disse parameterne. Tilsetningsstoffer som salt og disodium EDTA kan undertrykke viskositet og skum stabilitet som aquafaba fra kikert boks med disse tilsetningsstoffer hadde lavere viskositet og produsert skum med lavere skum stabilitet. Dette resultatet er forskjellig fra Behera et al. (2014) 22 der det ble rapportert at micellar skum volumet ble redusert i nærvær av salt og at skum kollapse rate ble redusert med salt. Kikert aquafaba fra prøver kokt med ekstra salt hadde også høyere fuktighet og lavere karbon innholdet sammenlignet med aquafaba fra kikert boks med salt. Å legge salt før koking kikert kan ha begrenset stivelse og protein hevelse23.
Protein separasjoner av membran filtrering etterfulgt av SDS side og peptid masse fingeravtrykk viste at aquafaba proteiner var hovedsakelig kjent varme løselig hydrofile arter. Merkelig, det var også bevis av tryptic fragmenter som foreslo dette materialet var forurenset med ascochyta lys. NMR analysen avdekket opptil 20 liten organisk solutes inkludert alkoholer, acetate, succinic syre og melkesyre. Disse resultatene synes å indikere at gjæring produkter har akkumulert i aquafaba. Forbindelsene kan ha blitt produsert av mikroorganismer under bløtlegging ætt før canning. Proton NMR spekter av skum og juice viste at isoflavoner og flyktige komponenter var tilstede i juice mens skum finnes hovedsakelig polysakkarider, sukrose og protein. Også av interesse indikerer på 1H-NMR tilstedeværelse av nukleinsyrer (muligens DNA).
Tydelig prosesser brukes i canning berørte aquafaba egenskaper og kvalitet. Det er mulig at en forbruker kunne identifisere bedre kilder til aquafaba basert på løsning konsentrasjon. Først og fremst en kilde kan velges som var hermetisk uten ekstra salt eller EDTA. Etter en kan åpnes kunne forbrukeren måle forholdet mellom masse kikerter og aquafaba å bestemme konsentrasjonen. Men kan en produsent standardisere prosessforhold og produserer standardiserte aquafaba som et kommersielt produkt.
I denne forskning peptid ble masse fingeravtrykk og 1H-NMR brukt til å analysere sammensetningen av aquafaba. Peptid masse fingeravtrykk identifisert aquafaba proteiner bidra til skummende egenskaper. Thermostability av proteiner som ble identifisert er kjent. Teknikken ble tilstrekkelig kresne for å identifisere tilstedeværelsen av proteiner forbundet med frø fungal organismer. Flere faktorer kan imidlertid påvirke resultatet24. Kritisk trinnene er prøven forberedelse, protein rensing, separasjon før gel geleelektroforese, trypsin fordøyelsen og masse søk som fører til identifisering. Programvare databasesøk av tryptic fragmenter vurdere tilstedeværelsen av mange peptid endringer inkludert carbamylated lysin, oksidert metionin, pyroglutamic syre, deamidated asparagine, fosforylert serine, threonin og tyrosin som variabel endringer. Validerte treff fra totrinns analyse deretter søkte bruker en semi trypsin uspesifisert C-terminus og semi trypsin uspesifisert N-terminus. Etter iterativ analyse gis valideringene for peptid og proteiner med en 1% false oppdagelsen rate.
Proton NMR ble brukt til å fastslå tilstedeværelsen av organiske små molekyler i aquafaba. Flere forbindelser ble identifisert av deres spektra. Filtrering og sentrifugering av aquafaba prøver ble gjennomført for å eliminere uløselig partikler som kan forstyrre NMR peak figurer og lavere følsomhet. I tillegg var løsemiddel undertrykkelse ansatt å forbedre NMR detektor følsomheten for molekyler som overlapper med bred grunnlinje forårsaket av sterkt vann resonans.
Proton NMR er etablert for kvalitetskontroll av matvarer. Sammenlignet med brukt kromatografiske metoder som GC/MS, er LC/UV og LC/MS, 1H-NMR metoden vanligvis mindre følsomme. Men denne metoden krever lite utvalg forberedelser og oppnår raske resultater og bred informasjon i ett mål25. Hvor nok materiale er tilstede 1H-NMR er også en svært pålitelig metode for kvantitativ analyse og elucidation av kjemisk struktur av ukjent forbindelser.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
Forfatterne ikke avsløre.
Acknowledgments
Denne forskningen ble støttet av Institute of International Education's Scholar unnsetning fondet (IIE-SRF).
Materials
Name | Company | Catalog Number | Comments |
Freeze Dryer | |||
Stoppering Tray Dryer | Labconco Inc. | 7948040 | |
Mixer | |||
Stainless steel hand mixer | Loblaws | PC2200MR | |
Viscosity Measurement | |||
Shell cup No. 2 | Norcross Corp. | ||
Color Measurement | |||
Colorflex HunterLab spectrophotometer | Hunter Associates Laboratory Inc. | ||
Protein and Carbon Contents | |||
Elemental analyzer | LECO Corp. | CN628 | |
NMR Spectrometry | |||
Spectrafuge 24D | Labnet International Inc. | ||
Syringe filters | VWR International | CA28145-497 | 25 mm, with 0.45 µm PTFE membrane |
Deuterium oxide | Cambridge Isotope Laboratories Inc. | 7789-20-0 | |
3-(trimethylsilyl)propionic-2,2,3,3-d4 acid sodium salt | Sigma-Aldrich | 169913-1G | |
Bruker Avance 500 MHz NMR spectrometer | Bruker BioSpin | ||
TopSpin 3.2 software | Bruker BioSpin GmbH | ||
Electrophoresis | |||
Regenerated cellulose membrane | Millipore Corp. | 3, 10, 50 kDa (MWCO) | |
Centrifugal filter unit | Millipore Corp. | ||
Benchtop centrifuge | Allegra X-22R, Beckman Coulter Canada Inc. | ||
Mixer Mill MM 300 bead mill | F. Kurt Retsch GmbH & Co. KG | ||
Eppendorf centrifuge 5417C | Eppendorf | ||
Phosphate buffered saline, pH 7.4 | Sigma-Aldrich | P3813-10PAK | |
Tris-HCl buffer pH 7.4 | Sigma-Aldrich | T6789-10PAK | |
PageRuler Prestained Protein Ladder | Fisher Scientific | ||
Mini-Protein Tetra Cell system | BioRad | ||
Peptide Mass Fingerprinting | |||
Thermo-Savant SpeedVac | BioSurplus | Centrifugal vacuum evaporator | |
Trypsin buffer | 20 µL trypsin in 1 mM hydrochloric acid and 200 mM NH4HCO3 | ||
Iodoacetamide | Sigma-Aldrich | I1149-5 g | |
Trifluoroacetic acid | Fluka | BB360P050 | |
Acetonitrile | Fisher Scientific | L14734 | |
Formic acid | Sigma-Aldrich | 33015-500mL | |
Mass spectrometry vial | Agilent Technologies Canada Ltd. | ||
Agilent 6550 iFunnel quadrupole time-of-flight mass spectrometer | Agilent Technologies Canada Ltd. | Agilent 1260 series LC instrument and Agilent Chip Cube LC-MS interface | |
HPLC-Chip II: G4240-62030 Polaris-HR-Chip_3C18 | 360 nL enrichment column and 75 µm × 150 mm analytical column, both packed with Polaris C18-A, 180Å, 3 µm stationary phase. | ||
Agilent MassHunter Qualitative Analysis Software | Agilent Technologies Canada Ltd. | ||
SpectrumMill data extractors | Agilent Technologies Canada Ltd. |
References
- Janssen, M., Busch, C., Rödiger, M., Hamm, U. Motives of consumers following a vegan diet and their attitudes towards animal agriculture. Appetite. 105, 643-651 (2016).
- Cision PR Newswire. Egg Replacement Ingredient Market: Global Industry Analysis and Opportunity Assessment, 2016-2026. , Available from: https://www.prnewswire.com/news-releases/egg-replacement-ingredient-market-global-industry-analysis-and-opportunity-assessment-2016-2026-300370861.html (2016).
- Joshi, P. K., Parthasarathy Rao, P. Global and regional pulse economies current trends and outlook. IFPRI Discussion Paper 01544. , 149 (2016).
- Oomah, B. D., Patras, A., Rawson, A., Singh, N., Compos-Vega, R. Chemistry of pulses. Pulse Foods. Tiwari, B. K., Gowen, A., Mckenna, B. , Academic Press. Oxford. 9-55 (2011).
- Legume-based dairy substitute and consumable food products incorporating same. United States Patent Application. Gugger, E. T., Galuska, P., Tremaine, A. , A1 20160309732 (2016).
- Aquafaba Science. , Available from: http://aquafaba.com/science.html (2016).
- Tetrick, J., et al. Plant-based egg substitute and method of manufacture. World Patent. , WO 2013067453 A1 (2013).
- Singh, G. D., Wani, A. A., Kaur, D., Sogi, D. S. Characterisation and functional properties of proteins of some Indian chickpea (Cicer arietinum) cultivars. J. Sci. Food Agric. 88 (5), 778-786 (2008).
- Nleya, T. M., Arganosa, G. C., Vandenberg, A., Tyler, R. T. Genotype and environment effect on canning quality of kabuli chickpea. Can. J. Plant Sci. 82 (2), 267-272 (2002).
- Vaz Patto, M. C., et al. Achievements and Challenges in Improving the Nutritional Quality of Food Legumes. Crit. Rev. Plant Sci. 34, 105-143 (2015).
- Ratanapariyanuch, K., Clancy, J., Emami, S., Cutler, J., Reaney, M. J. T. Physical, chemical, and lubricant properties of Brassicaceae oil. Eur. J. Lipid Sci. Technol. 115, 1005-1012 (2013).
- Hunter, R. S. Photoelectric color-difference meter. J. Opt. Soc. Am. 48, 985-995 (1958).
- Sweeney, R. A., Rexroad, P. R. Comparison of LECO FP-228 'N Determinator' with AOAC copper catalyst Kjeldahl method for crude protein. JAOAC. 70, 1028-1032 (1987).
- Boye, J. I., et al. Comparison of the functional properties of pea, chickpea and lentil protein concentrates processed using ultrafiltration and isoelectric precipitation techniques. Food Res Int. 43, 537-546 (2010).
- Ratanapariyanuch, K., Shim, Y. Y., Emami, S., Reaney, M. J. T. Protein concentrate production from thin stillage. J. Agric. Food Chem. 64, 9488-9496 (2016).
- Ratanapariyanuch, K., et al. Rapid NMR method for the quantification of organic compounds in thin stillage. J. Agric. Food Chem. 59, 10454-10460 (2011).
- Bradford, M. M. A rapid and sensitive method for the quantitation of microgram quantities of protein utilizing the principle of protein-dye binding. Anal. Biochem. 72, 248-254 (1976).
- Burnett, P. G. G., Olivia, C. M., Okinyo-Owiti, D. P., Reaney, M. J. T. Orbitide composition of the flax core collection (FCC). J. Agric. Food Chem. 64, 5197-5206 (2016).
- Laemmli, U. K. Cleavage of structural proteins during the assembly of the head of bacteriophage T4. Nature. 227, 680-685 (1970).
- Ratanapariyanuch, K., Tyler, R. T., Shim, Y. Y., Reaney, M. J. T. Biorefinery process for protein extraction from oriental mustard (Brassica juncea L., Czern.) meal using ethanol stillage. AMB Express. 2, 1-9 (2012).
- Lv, Q., Yang, Y., Zhao, Y., Gu, D. Comparative study on separation and purification of isoflavones from the seeds and sprouts of chickpea by HSCCC. J. Liq Chromatogr Relat. Technol. 32, 2879-2892 (2009).
- Behera, M. R., Varade, S. R., Ghosh, P., Paul, P., Negi, A. S. Foaming in micellar solutions: effects of surfactant, salt, and oil concentrations. Ind. Eng. Chem. Res. 53, 18497-18507 (2014).
- Tan, S. H., Mailer, R. J., Blanchard, C. L., Agboola, S. O. Canola proteins for human consumption: Extraction, profile, and functional properties. J. Food Sci. 76, R16-R28 (2011).
- Thiede, B., et al. Peptide mass fingerprinting. Methods. 35, 237-247 (2005).
- Hwang, H. S. Application of NMR spectroscopy for foods and lipids. Advances in NMR spectroscopy for lipid oxidation assessment. , SpringerBriefs in Food, Health, and Nutrition 11-13 (2017).