Composição e propriedades de Aquafaba: água recuperada de grão de bico enlatado comercialmente

Resumo

Aquafaba é um suco viscoso de grão de bico enlatado, quando agitado vigorosamente, produz uma espuma branca relativamente estável ou espuma. O objetivo principal da pesquisa é identificar os componentes do aquafaba que contribuem viscosifying/espessamento propriedades usando ressonância magnética nuclear (NMR), ultrafiltração, eletroforese e peptídeo massa fingerprinting.

Resumo

Grão de bico e outras leguminosas são comumente vendidas como produtos enlatados, embalados em uma solução espessa ou uma salmoura. Esta solução recentemente foi mostrada para produzir espumas estáveis e emulsões e pode atuar como um espessante. Recentemente o interesse neste produto tem sido reforçada através da internet, onde propõe-se que esta solução, agora chamada aquafaba por uma crescente comunidade, pode ser usado um substituto para a proteína de ovo e leite. Como aquafaba é ambos novos e sendo desenvolvido por uma comunidade baseada na internet pouco é conhecido de sua composição ou propriedades. Aquafaba foi recuperado 10 produtos comerciais de grão de bico enlatado e correlações entre aquafaba composição, densidade, viscosidade e propriedades de espuma foram investigadas. Proton NMR foi usado para caracterizar a composição aquafaba antes e depois de ultrafiltração por membranas com corte de peso molecular diferente offs (MWCOs de 3, 10 ou 50 kDa). Um protocolo para eletroforese e peptídeo impressões digitais em massa também é apresentada. Esses métodos forneceram informações valiosas sobre componentes responsáveis pela aquafaba propriedades funcionais. Esta informação permitirá o desenvolvimento de práticas para produzir produtos de padrão comercial aquafaba e pode ajudar os consumidores a selecionar produtos de utilidade superior ou consistente.

Introdução

Cada vez mais estão sendo desenvolvidos produtos vegetarianos que imitam as propriedades da carne, leite e ovos. As propriedades funcionais dos pulsos são importantes em seus usos atuais em aplicações de alimentos e suas propriedades estão a ser exploradas no desenvolvimento de substitutos para proteína animal. Por exemplo, as vendas de lácteos alternativas eram US $ 8,8 bilhões USD em 2015 e este mercado está crescendo rapidamente. Este mercado é projetado para crescer para US $ 35,06 bilhões em 2024. Além disso, a tendência da procura de substitutos do leite à base de plantas é, em parte, um resultado de preocupações com a saúde do consumidor em relação a colesterol, antibióticos e hormônios de crescimento, muitas vezes usados na produção de leite¹. Da mesma forma, proteína vegetal e mercados de sucedâneo de ovo hidrocoloide estão expandindo rapidamente, e uma taxa de crescimento composto anual de 5,8% é esperada para estes materiais nos próximos 8 anos com vendas de US $ 1,5 bilhões USD esperado em 2026². Um número crescente de consumidores prefere fontes de proteína de vegan, alérgeno reduzido dietas e menor pegada de carbono para produtos alimentares. Demanda por produtos à base de pulso, especialmente de lentilha, grão de bico e feijão faba estão crescendo constantemente devido o teor de alta proteína, fibra dietética e baixo teor de gordura saturada dos pulsos³. Pulsos também contêm fitoquímicos com atividade biológica potencialmente benéficos⁴.

Entidades comerciais, cientistas e pessoas privadas tomaram diferentes abordagens para comunicar que as propriedades de qualidade de grão de bico com base substitutos de ovo e leite. Gugger et al. ⁵ produzido um produto leite de grãos de amido alta incluindo feijão adzuki e grão de bico. Em seus métodos descritos os proponentes tentaram mostrar que seu produto é único e diferente de "aquafaba"⁶. Em outra abordagem comercial elucidada por Tetrick et al substituto de ovo ⁷ uma planta-baseado foi desenvolvido. Seu pedido de patente descreve métodos de combinação de farinha de pulso com espessantes conhecidos que emulam a função da clara de ovo em materiais cozidos. Fórmulas típicas incluem farinha de pulso de 80-90% e aditivos de espessamento de 10-20%.

Pares literatura também indica a funcionalidade possível com grão de bico e demonstrou que frações proteicas albumina, obtidas a partir de farinha de grão de bico kabuli e desi têm propriedades de boa emulsificação. Também encontraram um efeito significativo de origem de grão de bico em albumina rendimento e desempenho⁸.

Após o relatório inicial de internet, descrevendo "aquafaba" pelo chef francês Joël Roessel, um movimento do código aberto está mostrando a utilidade do aquafaba como um substituto da clara de ovo e proteína de leite em muitas aplicações de comida. Existem muitas páginas da Web altamente vistas e vídeos do YouTube mostrando a incorporação de aquafaba em alimentos que emulam as qualidades de gelo cream, merengue, ovos mexidos, queijo, maionese e creme chantilly. A maioria dos pioneiros fornecendo aplicações open source de aquafaba (receitas) obter seu material por esticar o grão de bico enlatado e usando o líquido em suas receitas. Estes indivíduos são principalmente os cientistas não treinados. Seções de video Comentários indicam que os inquiridos têm copiado as receitas e alguns não conseguiram replicar os sucessos dos defensores aquafaba.

As três abordagens (empresarial, científica e de código aberto) para o desenvolvimento de substitutos de leite e ovos têm mérito, mas estão faltando uma dimensão importante. Cientistas aplicados, cientistas básicos indivíduos promulgação de produtos à base de pulso incompleta caracterizada e padronizou seu material de entrada. Padronização de um produto para um uso específico é uma prática industrial normal. Cultivares de grão de bico não tem sido padronizados para aquafaba qualidade e práticas de produção de conservas industriais são padronizadas para produzir o grão de bico consistente não aquafaba.

Com base em estudos de outras commodities, é previsível que tanto o genótipo e o ambiente contribuirá para a qualidade de aquafaba de pulso. É sabido que tanto o genótipo e o meio ambiente afetam de grão de bico kabuli enlatar propriedades⁹. Normalmente, os efeitos genotípicos são grandes entre espécies relacionadas e menores dentro de membros de uma espécie. Variação nas propriedades físicas e químicas pode ser minimizada através da preservação de identidade que permite a seleção de cultivares com propriedades desejadas. Efeitos ambientais também podem ser grandes e são gerenciados pela avaliação da qualidade e mistura de desempenho padrão em específico testes¹⁰.

Existem muitas cultivares geneticamente distintas de grão de bico na produção comercial. Para exemplos, centro de desenvolvimento da cultura da Universidade de Saskatchewan, uma importante fonte de germoplasma comercial de grão de bico, lançou 23 cultivares de grão de bico desde 1980, dos quais 6 são atualmente recomendados para cultivo no Canadá. Enquanto manuscritos científicos frequentemente descrevem o cultivar utilizado em um estudo, as patentes e páginas de internet que foram inquiridas não indicaram o cultivar utilizado ou a proveniência do grão de bico. A padronização de cultivares e manipulação pode ajudar os usuários a aumentar o seu sucesso no uso de grão de bico, mas esta informação não está disponível em produtos de grão de bico enlatado.

O objetivo desta pesquisa é determinar os componentes de aquafaba que contribuem Propriedades de formação de espuma. Aqui, foram comparadas as propriedades reológicas de aquafaba de marcas comerciais de grão de bico e as propriedades químicas foram estudadas por NMR e electroforese do peptide mass fingerprinting. A nosso conhecimento, esta é a primeira pesquisa que descreve a composição química e as propriedades funcionais dos componentes viscosifier aquafaba.

Protocolo

Separação de Aquafaba de grão de bico

1. Obter as latas de ervilhas de pintainho de loja de conveniência local e abrir com um manual de abridor de lata.
2. Latas de rótulo da para J.
3. Grão de bico separado de aquafaba utilizando um aço inoxidável malha coador de cozinha e pesa os separados de grão de bico e aquafaba.

Obter uma amostra de representante de grão de bico e Aquafaba para análise química.

4. Selecione aleatoriamente dez grão de bico depois de drenar o aquafaba para determinar o teor de umidade.
5. Coloque o grão de bico selecionado em uma forma de secagem e calor a 100 ± 2 ° C para 16-18 h em um forno de secagem.
6. Após a secagem, moa o grão de bico a um pó para utilização posterior (por exemplo, proteína e carbono análise de conteúdo).
7. Aquafaba de congelamento e espuma de aquafaba de cada fonte a-20 ° C e em seguida seco em um secador de gelo. O aquafaba seca será usado para a determinação de conteúdo de nitrogênio e carbono.

Propriedades funcionais de Aquafaba

8. Determine a viscosidade de aquafaba a 25 ° C, usando uma xícara de casca de n º 2.
   1. Mergulhe a Copa do escudo do aquafaba.
   2. Registrar o tempo necessário para esvaziar o copo¹¹. Um timer é iniciado quando a taça foi levantada a partir do aquafaba e parou quando para o fluxo deixando o copo.
   3. A viscosidade de aquafaba pode ser verificada por um gráfico fornecido com o copo que se relaciona a viscosidade e tempo de drenagem.
9. Capacidade de formação de espuma
   1. Misture a solução de aquafaba (100 mL) em uma tigela de aço inoxidável com um misturador da mão em configuração de velocidade de 10 por 2 min.
   2. Registre o volume de espuma imediatamente após a mistura de 100 mL da solução de aquafaba como V_f100 , colocando a espuma em um copo graduado de medição.
   3. Permitir que a espuma suportar e seca ao longo do tempo para observar a estabilidade da espuma e obter uma amostra de espuma seca.

Parâmetros de cor das sementes de grão de bico

10. Selecione aleatoriamente sementes de grão de bico de cada lata para determinação de cor.
11. Calibre o colorímetro de laboratório Hunter usando padrões de referência, preto e branco antes de medições.
12. Valores de coordenadas de cor são determinados pelo laboratório CIE sistema¹², incluindo o L (positivo representa branco e 0 representa escura), um (positivo é negativo e vermelho é verde) e b (positivo é amarelo e negativo é azul) em triplicata, com luz do dia 65°.

Proteína e conteúdo de carbono

13. Determine o conteúdo de proteína e carbono por combustão usando um analisador elementar¹³. Teor de proteínas é estimado como conteúdo de nitrogênio multiplicado por 6,25¹⁴.

Teor de umidade

14. Determine o conteúdo de umidade de sementes e aquafaba pelo aquecimento de amostras a 100 ± 2 ° C para 16-18 h em uma secagem forno¹⁵.

Espectrometria de RMN

15. Preparação da amostra
    1. Antes da espectrometria, centrifugar amostras de aquafaba a 9200 × g por 10 min. Após a centrifugação, passe o sobrenadante através de um filtro de seringa 0.45 µm (filtro de seringa de 25mm com membrana de politetrafluoretileno (PTFE)). Transferir a amostra aquafaba (0,4 mL) para um tubo de NMR wuth 50mg adicionado óxido de deutério dentro e sujeito a amostra para análise de NMR.
    2. Para a amostra de espuma seca descrita anteriormente, a amostra (25 mg) está em óxido de deutério (500 mg) e a solução é submetida à análise de NMR.
    3. Coloque todas as amostras para ¹³C-NMR e ¹H-NMR em tubos de 5mm tampado NMR. Adicionar óxido de deutério e 3-(trimetilsilil) propiônico-2,2,3,3-d₄ sal sódico do ácido (TMSP) para cada tubo NMR para fornecer um sinal de bloqueio solvente e agir como um padrão interno, respectivamente.
16. Condições de NMR
    1. Adquirir espectros proton NMR com um campo de alto semelhante espectrômetro NMR ou 500 MHz NMR) com pelo menos 16 varreduras por espectro usando uma água supressão do programa tais como o giro de gradiente de campo dupla pulsação echo proton NMR (DPFGSE-NMR) sequência de pulso¹⁶.
    2. Ajuste o deslocamento espectral para colocar o pico TMSP 0 ppm, em seguida, usar o software de integração para determinar a quantidade relativa de compostos presentes.

Eletroforese

Nota: Para esta etapa, aquafaba que rendeu a espuma mais estável (tipo H) foi selecionado. Esta marca não continha sal.

17. Preparação da amostra
    1. Introduzir o aquafaba para o reservatório superior de três centrífugas regenerado celulose ultrafiltração dispositivos cada com corte de peso molecular diferente offs (MWCOs) de 3, 10 ou 50 kDa.
    2. Coloque as unidades de filtro centrífugo em uma centrífuga apropriada a 4 ° C e centrifugar 3900 × g por 2 h para obter fracções de sobrenadante e retentate. As frações sobrenadante foram usadas para ¹análise de H-NMR de moléculas menores na ausência de espécies de maior peso molecular (MW). A fração de retentate 3 kDa membrana foi usada para a separação eletroforética como acreditava-se que esta membrana manteria a maioria das proteínas.
    3. Estimar o conteúdo de proteína de ambos sobrenadante e retenate usando um método de Bradford modificado usando albumina de soro bovino como um padrão¹⁷.
    4. Colocar as amostras de frações sobrenadante e retentate em tubos de Eppendorf e submeter essas frações a tremer com uma frequência de 25 por s (10 min) em um agitador adequado¹⁸. Observe a solução abalada para determinar se uma espuma tem formado de tremer.
    5. Dissolva o retentate adicionando 2,0 mL de água destilada para o dispositivo de ultrafiltração para um segundo tratamento de centrifugação alcançar diafilteration. Sujeite o aparelho de ultrafiltração para uma segunda centrifugação a 4 ° C e 3900 × g por 2 h.
    6. Misture o retentate (0,025 g) com 1 mL de 0,02 M Tris-HCl pH 7.4 ou tampão fosfato salino (PBS) pH 7,4 para dissolver proteína.
    7. Centrifugue a mistura a 21000 x g por 1 min.
    8. Use o sobrenadante para determinar o teor de proteínas usando o Bradford modificado como mencionado anteriormente.
18. Separação eletroforética
    Nota: A 3 kDa MWCO membrana retentate (descrito acima) está sujeita a separação eletroforética usando electroforese em gel polyacrylamide do sulfato dodecyl de sódio (SDS-PAGE).
    1. Prepare o gel de poliacrilamida usando o gel de poliacrilamida resolução 15% e um gel de empilhamento de poliacrilamida 5%.
    2. Aplica uma amostra de 20 µ g de proteína para uma faixa do gel e PageRuler Prestained proteína escada com um intervalo de 10-170 kDa um gel de polyacrylamide separado Lane.
    3. Sujeite os géis de uma corrente elétrica em um sistema de célula de Tetra mini proteína alterada de Laemmli (1970)¹⁹. Para a electroforese do condições de funcionamento, gel de coloração e descoloração siga Ratanapariyanuch et al (2012) ²⁰.

Peptide Mass Fingerprinting

Nota: Corte bandas do gel de SDS-PAGE 3 retentate kDa (MWs de aproximadamente 8, 10, 13, 14, 15, 20, 22, 31, 37, 55 e 100 kDa) para a digestão de tripsina de acordo com Ratanapariyanuch et al. (2012) ²⁰ e realizar a análise espectral em massa.

19. Digestão em-gel
    1. De manchar as bandas duas vezes por imersão em 100 µ l de 200mm bicarbonato de amónio (NH₄HCO₃) em 50% acetonitrila (ACN) e incube a 30 ° C por 20 min.
    2. Após a conclusão de coloração, tratar as amostras de gel com o Grupo ACN (100 µ l) por 10 min e em seguida seco sob vácuo, usando um centrífugo evaporador a vácuo, durante 15 minutos à temperatura ambiente.
    3. Mergulhe as amostras de gel de secas em 100 µ l de 10mm ditiotreitol (DTT) em solução de₃ mM 100 NH₄HCO e incubar a 56 ° C durante 1 h.
    4. Remover excesso reduzindo buffer e substituí-lo com 100 µ l de tampão [100mm iodoacetamide em água de grau de espectrometria de massa (MS)] de alquilação.
    5. Incube as amostras de gel à temperatura ambiente no escuro por 30 min.
    6. Amostras de gel de lavar duas vezes com 200mm NH₄HCO₃ (100 µ l), encolher os géis mergulhando-os no Grupo ACN (100 µ l), re-inchar os géis com 200mm NH₄HCO₃ (100 µ l) e encolher novamente, tratando com o Grupo ACN (100 µ l).
    7. Escorra o ACN e secar as amostras de gel de vácuo em um evaporador a vácuo centrífugo por 15 min.
    8. Re-inchar gel seco amostras usando buffer de tripsina 20 µ l (50 tripsina ng / µ l em mM 1:1,200 NH₄HCO₃: solução de tripsina) seguido por adição de 30 µ l de 200mm NH₄HCO₃ para cada amostra.
    9. Incube as amostras em uma Thermomixer durante a noite a 30 ° C, com agitação a 300 rpm.
    10. Pare a reação de digestão do trypsin adicionando 1/10 do ácido de trifluoracetic 1% do volume final (o volume da mistura após a etapa 8) e extrair os peptídeos tryptic do gel de amostras usando 100 µ l de ácido de trifluoracetic de 0,1% em 60% do Grupo ACN e seco sob vácuo, usando uma centrífuga evaporador a vácuo.
    11. Loja tryptic peptídeos em-80 ° C, antes da análise por espectrometria de massa.
20. Espectrometria de massa
    1. Reconstituir os peptídeos tryptic adicionando 12 µ l de água de grau MS: ACN: ácido fórmico (97:3:0.1, v/v) e, em seguida, vórtice para 1 a 2 min dissolver peptídeos.
    2. Centrifugue a solução resultante a 18.000 g durante 10 minutos a 4 ° C.
    3. Transferi alíquotas de solução (10 µ l) para frascos de MS para análise de líquidos em tandem-cromatografia de espectrometria de massas (LC-MS/MS) em um espectrômetro de massa quadrupolo tempo-de-voo (QTOF) equipado com um aparelho de cromatografia líquida e uma interface de LC-MS.
    4. Realizar a separação cromatográfica peptídeo usando um HPLC-Chip de alta capacidade: constituído por uma coluna de enriquecimento nL 360 e uma coluna analítica de 75 µm × 150 mm, ambos embalados com 180 C18-A, Å, µm 3 da fase estacionária.
    5. Carregar amostras para a coluna de enriquecimento com 0,1% de ácido fórmico na água com um caudal de 2,0 µ l/min.
    6. Transferi as amostras da coluna de enriquecimento para a coluna analítica.
    7. Condições de separação do peptide são: um sistema linear de gradiente solvente consistindo de um (ácido fórmico 0,1% em água) de solvente e solvente B (0,1% ácido fórmico no Grupo ACN). O gradiente linear começa com 3% de solvente B que aumenta para 25% solvente B mais de 50 min. Posteriormente, solvente B aumenta de 25 a 90% mais de 10 min a uma taxa de fluxo de 0,3 µ l/min.
    8. Adquirir o íon positivo-electrospray massa espectral dados usando uma tensão capilar fixado em 1900 V, o íon fragmento fixado em 360 V e o gás de secagem (nitrogênio) definir a 225 ° C com uma vazão de 12,0 L/min.
    9. Coletar resultados espectrais sobre uma escala de massa de 250-1700 (massa/carga; m/z) a uma taxa de verificação de dados de MS/MS coletar espectros/s. 8 ao longo de um intervalo de 50-1700 m/z e uma largura de isolamento conjunto de 1,3 unidades de massa atômica. Selecione os íons de precursor mais intensos de top 20 para cada verificação de MS para tandem MS com uma exclusão de ativo de 0,25 min.
21. Identificação de proteínas
    1. Converta dados espectrais em um formato de dados de massa/carga usando Software de análise qualitativa Agilent MassHunter.
    2. Processar dados no banco de dados UniProt Cicer arietinum (grão de bico), usando SpectrumMill como o motor de busca de banco de dados.
    3. Inclua parâmetros de pesquisa como um erro em massa do fragmento de 50 ppm, um erro de massa pai de 20 ppm, especificidade de clivagem de tripsina e carbamidomethyl como uma modificação fixa de cisteína.

Resultados

Cada lata de grão de bico é rotulada para indicar os ingredientes adicionados durante a produção de conservas. Ingredientes incluídos água, grão de bico, sal e ácido de dissódico etilenodiamina etilenodiaminotetracético (EDTA). Além disso, duas latas foram rotuladas como "pode conter cloreto de cálcio". Observaram-se três cores distintas de forro; branco, amarelo e claras metálico (tabela 1).

Discussão

Nesta pesquisa, encontramos essa aquafaba de grão de bico de diferentes fontes comerciais produz espumas que variam em composição química e Propriedades (volume e estabilidade de espuma). Houve uma correlação positiva entre aquafaba viscosidade e teor de umidade. Aumento de volume de espuma (V_f100) não foi relacionado para esses parâmetros. Aditivos tais como sal e dissódico EDTA pode suprimir a viscosidade e estabilidade de espuma, como aquafaba de grão de bico enlatado com estes aditivos tinha meno...

Materiais

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.