Characterization of ethanol induced protein gels by ultra-small angle x-ray scattering and rheological measurements
Etanol ile indüklenen protein jellerinin ultra küçük açılı X-ışını saçılması ve reolojik ölçümler ile karakterizasyonu
- Tez No: 997413
- Danışmanlar: PROF. DR. GRACIELA WILD PADUA
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Gıda Mühendisliği, Food Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2016
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Unıversıty Of Illınoıs At Urbana-Champaıgn
- Enstitü: Yurtdışı Enstitü
- Ana Bilim Dalı: Gıda Bilimleri Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Jelleşme, gıda proteinlerinin temel fonksiyonlarından biridir. Protein jelleşmesi, protein bazlı ürünlerin fiziksel özelliklerini iyileştirmek veya biyoaktif bileşiklerin taşınması amacıyla kullanılmaktadır. Öte yandan, jelleşmenin kontrolü; proses performansını veya ürünün nihai fizikokimyasal özelliklerini etkileyebilecek jel ağının oluşumunu önlemek açısından büyük önem taşımaktadır. Bu çalışmada, iki farklı proteinin, zein ve peynir altı suyu proteininin (whey protein) etanol-su karışımındaki jelleşme mekanizması incelenmiştir. Zein, belirgin şekilde farklı yapılar halinde kendi kendine düzenlenebilen (self-assembly) amfifilik bir prolamindir. Yüksek protein konsantrasyonlarında zeinin kendi kendine düzenlenmesi, etanol ve sudan oluşan ikili çözücü sistemlerde incelenmiştir. Sulu etanol ortamında oluşan zein yapıları, ultra küçük açılı X-ışını saçılması (USAXS) yöntemi ile karakterize edilmiştir. Sonuçlar, zein yapılarının üç seviyeli bir yapısal hiyerarşiye sahip olduğunu göstermiştir. Zein, bir boyutta (1D) çubuk benzeri yapılar oluşturmuş, bu yapılar iki boyutlu (2D) levha benzeri yapılara dönüşecek şekilde kendi kendine organize olmuştur. Bu levha benzeri yapılar ise küresel yapılar oluşturacak şekilde düzenlenmiştir. Oleik asit varlığında zeinin, çubuk formundan farklı 1D yapılar oluşturarak oleik asit ile etkileşime girdiği ve 2D zein yapılarından daha büyük levha benzeri yapılar meydana getirdiği gözlenmiştir. Oleik asit, düzgün yüzeylere sahip küresel yapıların oluşumunu kolaylaştırmıştır. Bazı koşullarda, kendi kendine düzenlenmenin sol halinden jel haline geçişe neden olduğu ve bu durumun protein konsantrasyonu ile çözeltideki etanol miktarına bağlı olduğu belirlenmiştir. Reolojik ölçümler, zein örneklerinin viskoelastik özelliklerinin jelleşme ile nasıl değiştiğini göstermiş ve protein konsantrasyonu arttıkça jel sertliğinin arttığı bulunmuştur. Oleik asit içeren jellerin depolama modülünün (storage modulus), saf zein jellerine kıyasla önemli ölçüde daha yüksek olduğu belirlenmiştir. Raman spektroskopisi sonuçları, jelleşmenin α-heliks yapıdan β-tabaka yapısına geçiş ile gerçekleştiğini göstermektedir. Peynir altı suyu proteininin alkol-su karışımındaki agregasyon ve jelleşme davranışı reolojik ölçümler ile incelenmiştir. Whey protein bileşiminin etkisini değerlendirmek amacıyla whey protein konsantresi (WPC) ve whey protein izolatı (WPI) kullanılmıştır. Etanol-su karışımında %10 (a/h) ve üzeri protein konsantrasyonlarında WPI'ın anında jel oluşturduğu gözlenmiş ve çözeltideki etanol oranı arttıkça jel sertliğinin de arttığı belirlenmiştir. WPC ise farklı etanol konsantrasyonlarında WPI'dan farklı viskoelastik özellikler göstermiştir. %20 WPC ile oluşturulan jel ağı, etanol miktarının artırılarak son konsantrasyonun %60 (h/h)'ye çıkarılmasıyla çökmüştür. Etanol ile indüklenen protein jelleşme mekanizması, aspir yağı içeren lutein emülsiyonlarının whey protein jel matrisi içerisinde stabilizasyonu amacıyla kullanılmıştır. Hem nano boyutta hem de mikro boyutta damlacıkların stabilizasyonu sağlanmıştır. Süreç herhangi bir ısıl işlem içermediğinden lutein süreç boyunca iyi şekilde korunmuştur. X-ışını kırınımı sonuçları luteinin kristalleşmediğini göstermiş ve luteinin yağ damlacıkları içinde dağılmış halde kaldığını ortaya koymuştur. Bu çalışmanın sonuçları, proteinlerin etanol varlığında jel ağ yapısı oluşturabildiğini göstermektedir. Bu araştırma, zein film üretiminde kendi kendine düzenlenme yoluyla yapı oluşumunun kontrol edilmesine ve hidrofobik veya hidrofilik bileşik içeren protein bazlı jel taşıyıcı sistemlerin formülasyonuna katkı sağlayabilir.
Özet (Çeviri)
Gelation is one of the main functions of food proteins. Protein gelation has been utilized to improve physical properties of protein-based products or for delivery of bioactive compounds. On the other hand, the control of gelation is very important to prevent formation of gel network which may affect performance of the process or final physicochemical properties of product. In this research, gelation mechanism of two different proteins, zein and whey protein, were examined in ethanol-water mixture. Zein is an amphiphilic protamine which is capable of self-assembly into distinctly different structures. Self-assembly of zein at high protein concentrations was studied in binary solvent systems of ethanol and water. Ultra-small angle X-ray scattering (USAXS) was used to characterize zein ensembles formed in aqueous ethanol. The results showed that zein assemblies possessed three levels of structural hierarchy. Zein formed rod-like structures at one dimension (1D) which self-assembled into two dimensional (2D) platelet-like structures. Platelet-like structures were organized to form spherical assemblies. In presence of oleic acid, zein interacted with oleic acid by forming 1D structure different than rod shape and larger platelet-like structures compared to 2D zein assemblies. Oleic acid facilitated formation of spherical structures with smooth surfaces. It was observed that self-assembly caused transition from sol to gel state in some conditions which depended on protein concentration and ethanol content of solution. Rheological measurements showed how the viscoelastic properties of zein samples altered with gelation and gel stiffness was increased as the protein concentration was increased. Oleic acid incorporated gels significantly higher storage modulus than zein gels. Raman spectroscopy suggests that gelation was driven by transition from α-helix to β-sheet conformation. iii The aggregation and gelation behavior of whey protein in alcohol-water mixture was investigated with rheological measurements. To examine the effect of whey protein composition, whey protein concentrate (WPC) and whey protein isolate (WPI) were used. Instant gelation of WPI in ethanol-water mixture was observed at 10% (w/v) and above protein concentrations where the gel stiffness increased as ethanol content of solution was increased. WPC showed different viscoelastic properties in varying ethanol contents than WPI counterparts. The gel network established in 20% WPC collapsed by further addition of ethanol to adjust final ethanol content to 60% (v/v). Ethanol-induced protein gelation mechanism was utilized for stabilization of lutein-in-safflower oil emulsions in whey protein gel matrix. Stabilization of droplets were achieved for both nanoscale and microscale droplets. As the process does not involve any heat treatments, lutein was well-preserved throughout the process. X-ray diffraction data showed no evidence of lutein crystallization, suggesting that lutein remained dispersed within the oil droplets. The results of this study demonstrated that proteins could form gel network in presence of ethanol. This research can help to control of structure formation through self-assembly in zein film production and to formulate hydrophobic or hydrophilic compound incorporated protein gel delivery systems.
Benzer Tezler
- Molecular characterization of phenylethanol resistance in Saccharomyces cerevisiae
Feniletanol direncinin Saccharomyces cerevısıae'de moleküler karakterizasyonu
CAN HOLYAVKİN
Doktora
İngilizce
2023
Biyoteknolojiİstanbul Teknik ÜniversitesiMoleküler Biyoloji-Genetik ve Biyoteknoloji Ana Bilim Dalı (disiplinlerarası)
PROF. DR. ZEYNEP PETEK ÇAKAR
- Inverse metabolic engineering and molecular characterization of resistance to phenolic compounds in Saccharomyces cerevisiae
Saccharomyces cerevisiae'de fenolik bileşiklere direncin tersine metabolik mühendisliği ve moleküler karakterizasyonu
BURCU HACISALİHOĞLU
Doktora
İngilizce
2019
Biyoteknolojiİstanbul Teknik ÜniversitesiMoleküler Biyoloji-Genetik ve Biyoteknoloji Ana Bilim Dalı (disiplinlerarası)
PROF. DR. ZEYNEP PETEK ÇAKAR
- Molecular and physiological characterization of a salt-resistant Saccharomyces cerevisiae mutant obtained by evolutionary engineering
Evrimsel mühendislik yöntemiyle elde edilmiş tuza dirençli bir Saccharomyces cerevisiae mutantının moleküler ve fizyolojik karakterizasyonu
ŞEYMA HANDE TEKARSLAN
Doktora
İngilizce
2015
Genetikİstanbul Teknik ÜniversitesiMoleküler Biyoloji-Genetik ve Biyoteknoloji Ana Bilim Dalı (disiplinlerarası)
PROF. DR. ZEYNEP PETEK ÇAKAR
PROF. DR. CAROLA HUNTE
- Pichia pastoris MIG1 geninin moleküler ve fonksiyonel karakterizasyonu
Molecular and functional characterization of Pichia pastoris MIG1 gene
SEMİRAMİS YILMAZ
Yüksek Lisans
Türkçe
2012
BiyolojiAkdeniz ÜniversitesiGıda Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. MEHMET İNAN
- Bacillus subtilis'ten termostabil lipaz üretimi ve karakterizasyonu
Production and characterization of a thermostable lipase from Bacillus subtilis
DENİZ TANRISEVER
Yüksek Lisans
Türkçe
2011
BiyoteknolojiÇukurova ÜniversitesiBiyoteknoloji Ana Bilim Dalı
PROF. DR. HATİCE KORKMAZ GÜVENMEZ