Tvorba termostabilních nanočástic ze syrovátkové bílkoviny

Nový přístup k vytváření teplotně stálých přísad ze syrovátkové bílkoviny popisují ve svém článku v časopise Journal of  Agricultural and Food Chemistry W. Zhang a Q. Zhong z University of Tennessee. Autoři použili k tvorbě nanočástic ze syrovátkových proteinů  sekvenční enzymatické zesíťování (crosslinking) a tepelné ošetření.

Proteiny získané ze syrovátky jsou k dispozici ve formě syrovátkových proteinových koncentrátů (WPC) obsahujících 25 – 80 % proteinů nebo syrovátkových proteinových  izolátů (WPI) obsahujících více než 90 % bílkovin. Syrovátkové koncentráty a izoláty jsou směsí â-laktoglobulinů, á-laktalbuminů a bovinních sérových albuminů. Tyto proteiny byly vzhledem ke svým výživovým a funkčním vlastnostem v minulosti hojně zkoumány. Výzkum byl mimo jiné zaměřen na i zlepšení tepelné stability syrovátkových proteinů ve vztahu s jejich užitím v nápojích.

 Bylo zjištěno, že některé látky, kupříkladu sacharóza a glycerol, zlepšují jejich termostabilitu.  Taktéž v přítomnosti sorbitolu se zvyšuje teplota, za které WPI denaturují. Kasein působí jako molekulární chaperon, který syrovátkovým bílkovinám pomáhá uchovat nativní konformaci a chrání je před rozvinutím, shlukováním (agregací) a srážením (precipitací). Vysoce čistý kasein, který může tuto funkci plnit, je však drahý.

V několika předchozích studiích bylo prokázáno, že určitého zlepšení tepelné stálosti syrovátkových proteinů lze dosáhnout tvorbou příčných kovalentních vazeb pomocí enzymu transglutaminázy (TG). Tento postup použili i Zhang a Zhong k vytvoření tepelně stabilních izolátů. Při první metodě byly WPI nejdříve zesítěny pomocí transglutaminázy působící po rozdílně dlouhou dobu, poté byly inkorporovány do mikroemulzí, které byly tepelně ošetřeny po dobu 20 minut při  90^oC(ex situ crosslinking).

Při druhém postupu byly WPI rozpuštěny spolu s transglutaminázou v mikroemulzích voda:olej a inkubovány za podmínek vhodných k polymerizaci a vytvoření příčných vazeb ještě před tepelným ošetřením při teplotě 90 ^oC po dobu 20 minut (in situ crosslinking). Autoři vysvětlují, že mikroemulze byly použity jako nanoreaktory  k tvorně nanočástic syrovátkových bílkovin. Koncentrace transglutaminázy při zesíťování ex situ i in situ se pohybovala v rozmezí od 0 do 10 % hm. WPI.

Autoři v článku předkládají komplexní údaje o distribuci velikostí a stabilitě vytvořených nanočástic a doplňují je fotografiemi vytvořených mikroemulzí syrovátkových proteinů. V závěru uvádějí,  že po 10 hodinách zesíťování pomocí transglutaminázy (5 % hm. WPI) se vytvořila 5% disperze nanočástic WPI (pH 6,8 s 100 mM NaCl). Při postupu dle první metody zůstala disperze čirá i po 20 minutovém záhřevu na 90 ^oC. Při přípravě druhým postupem se vytvořila disperze průhledná, roztékavá. Nativní izolát syrovátkových bílkovin použitý jako kontrola vytvořil za použitých tepelných podmínek gel.

Autoři uzavírají, že studie mimo nového způsobu přípravy tepelně stálých syrovátkových bílkovinných přísad pro použití v nápojovém průmyslu přináší i nové poznatky v oblasti meziplošných jevů v mikroemulzích, účinku rozdílných podmínek zesíťování a účinku tepelného ošetření na strukturu proteinů a jejich fyzikálně chemických vlastnostech.

W. Zhang, Q. Zhong: Microemulsions as nanoreactors to produce whey protein nanoparticles with enhanced heat stability by sequential enzymatic cross-linking and thermal pretreatments. Journal of  Agricultural and. Food Chemistry, DOI: 10.1021/jf902045u