Παραλαβή φυσικών γαλακτωμάτων από φύτρο αραβοσίτου: μελέτη φυσικοχημικών ιδιοτήτων και αξιοποίησή τους σε συστήματα τροφίμων

Abstract

The aqueous extraction of oil bodies from maize germ was optimized, by manipulating parameters, such as the state of germ comminution, the pH value of the extraction medium, and the number of the successive extraction steps applied. After optimization of the conditions of aqueous oil body extraction, a yield as high as 95% may be reached. From the oil body dispersion, resulting from aqueous extraction of maize germ, two types of oil body cream, differing in protein content and composition, were prepared, by employing two different procedures of recovery. The first cream (cream IP) was obtained by applying isoelectric precipitation to the oil bodies aqueous extract prior to centrifugation, while the preparation of the second cream (cream S) was effected by incorporating sucrose in the extract, followed by centrifugation. The cream IP was rich in extraneous germ proteins and constituted of oil bodies with a significantly lower size compared to those of the cream S, which was also practically free of extraneous germ proteins. The stability of the former cream against oil body coalescence was much higher upon long-term aging and the same was true for the stability of emulsions resulting from the dilution of the initial creams with water. The physicochemical stability of oil bodies in the less stable emulsion of the cream S was enhanced in the presence of xanthan gum and was attributed to polysaccharide-oil body surface protein interactions that led to an enhancement of the steric stabilization forces, due to indirect adsorption of the polysaccharide molecules to the oil body surface. The improvement of the physical stability of the oil body emulsion prepared from cream S was also achieved by the addition of the hydrophilic surfactant Tween 80. The improvement in oil body stability against coalescence and creaming in presence of the surfactant was hypothesized to be connected with the development at the oil body surface of an adsorbed film of a mixed nature, made up of surfactant- and phospholipid-rich domains, along with domains of non-displaced by the surfactant protein molecules, mainly oleosins. The two oil body creams were also blended with appropriate amounts of water, NaCl and liquid yolk, at pH was 3.8, to obtain 20% or 45% (w/w) in oil model dressing-type emulsions. The physical stability of the emulsions against creaming and coalescence was monitored upon storage, while the development of emulsion structure during ageing was probed by applying steady shear and small deformation oscillatory rheometry. Application of SDS-PAGE to the oil bodies surface proteins fraction indicated that the yolk proteins were absent from the surface layer. However, their presence in the continuous phase influenced to a significant extent the properties of the oil bodies-based salad dressing emulsions. The hypothesis put forward is that the presence of unadsorbed yolk particles in the emulsion continuous phase resulted in the intensification of interdroplet interaction effects, due to depletion events, and may have had an indirect but nevertheless strong influence on emulsion structure and physical stability.

Γενικά συμπεράσματα Tα ελαιοσώματα του φύτρου του αραβοσίτου είναι δυνατό να εκχυλιστούν από το υπόστρωμα με τη βοήθεια νερού. Η απόδοση της εκχύλισης των ελαιοσωμάτων επηρεάζεται από το βαθμό κατάτμησης του φύτρου, την τιμή του pH του διαλύτη και τον αριθμό των επαναλαμβανόμενων εκχυλίσεων που εφαρμόζονται. Ειδικά, όταν πραγματοποιήθηκαν τρείς διαδοχικές εκχυλίσεις, σε τιμή pH 9, και το μέγεθος κόκκων του αλεύρου του φύτρου ήταν μικρότερο από 0,8 mm, η συνολική απόδοση της εκχύλισης των ελαιοσωμάτων, όπως αυτή εκφράζεται έμμεσα με βάση την περιεκτικότητα του υπολείμματος της εκχύλισης σε λίπος, βρέθηκε ότι προσέγγιζε το 95 %. Στο αρχικό αραιό υδατικό εκχύλισμα των ελαιοσωμάτων, με περιεκτικότητα σε λίπος περίπου 1% w/w και μέγεθος ελαιοσωμάτων 0,3 μm, συνυπάρχουν με τη μορφή διαλύματος, εκτός των ενδογενών πρωτεϊνών της επιφάνειας των ελαιοσωμάτων, δηλαδή τις ελαιοσίνες (15-17 kDa), τις καλαιοσίνες (24-26 kDa) και τις στερελαιοσίνης (45-56 kDa), και εξωγενείς πρωτεΐνες του φύτρου οι οποίες συνεκχυλίζονται με τα ελαιοσώματα. Η παραλαβή των ελαιοσωμάτων από το αρχικό εκχύλισμα με τη μορφή κρέμας πραγματοποιείται με αποκορύφωσή τους με φυγοκέντρηση, αφού έχει προηγηθεί, είτε η ισοηλεκτρική συσσωμάτωση των ελαιοσωμάτων σε τιμή pH 5, ή η προσθήκη σακχαρόζης, προκειμένου να διευκολυνθεί ο διαχωρισμός τους από το διαλύτη. Όταν για την παραλαβή των ελαιοσωμάτων από το εκχύλισμα εφαρμόζεται η μέθοδος της ισοηλεκτρικής συσσωμάτωσης, στην κρέμα των ελαιοσωμάτων περιέχεται και ένα μέρος των εξωγενών πρωτεϊνών του φύτρου. Αντίθετα, στην περίπτωση που η παραλαβή των ελαιοσωμάτων από το εκχύλισμα υποβοηθείται με την προσθήκη σακχαρόζης, η κρέμα που προκύπτει είναι πρακτικά απαλλαγμένη από τις εξωγενείς πρωτεΐνες. Η παρουσία ή η απουσία των εξωγενών πρωτεϊνών του φύτρου στην τελική κρέμα που παραλαμβάνεται επηρεάζει σε μεγάλο βαθμό, τόσο την περιεκτικότητα της κρέμας σε έλαιο, όσο και τη φυσικοχημική της σταθερότητα. Πιο συγκεκριμένα, απουσία των εξωγενών πρωτεϊνών, προκύπτει μία περισσότερο συμπυκνωμένη κρέμα με ελαιοσώματα που εμφανίζουν, κατά την αποθήκευση, πολύ μικρότερη σταθερότητα ως προς τη συγχώνευση σε σχέση με αυτά της κρέμας στην οποία συνυπάρχουν και οι εξωγενείς πρωτεΐνες. Εικάζεται ότι οι εξωγενείς πρωτεΐνες του φύτρου ενισχύουν τη φυσικοχημική σταθερότητα των ελαιοσωμάτων της κρέμας επειδή τοποθετούνται μεταξύ των γειτονικών ελαιοσωμάτων, αλληλεπιδρούν με τα συστατικά της επιφάνειάς τους, και παρεμποδίζουν με αυτό τον τρόπο την άμεση επαφή τους και, στη συνέχεια, τη συγχώνευσή τους σε μεγαλύτερα Μία ανάλογη ενίσχυση της σταθερότητας των ελαιοσωμάτων ως προς τη συγχώνευση από την παρουσία των εξωγενών πρωτεϊνών παρατηρήθηκε και στην περίπτωση γαλακτωμάτων που παρασκευάστηκαν με αραίωση της κρέμας με νερό. Αντίθετα, η σταθερότητα των γαλακτωμάτων ως προς την αποκορύφωση ήταν σχετικά περιορισμένη, ανεξάρτητα από την παρουσία ή την απουσία των εξωγενών πρωτεϊνών στο σύστημα, αν και η παρουσία τους συνέβαλε σε σημαντικό βαθμό στην επιβράδυνση της εμφάνισης των φαινομένων της αποβολής ορού από το σύστημα και της αποκορύφωσης των ελαιοσωμάτων κατά την αποθήκευση. Η προσθήκη ξανθάνης στα γαλακτώματα προκάλεσε μία σημαντική αύξηση της σταθερότητας ως προς την αποκορύφωση των αραιών γαλακτωμάτων των ελαιοσωμάτων. Ειδικά στην περίπτωση των γαλακτωμάτων της ισοηλεκτρικής συσσωμάτωσης, η σταθεροποίηση ήταν πολύ μεγαλύτερη σε σχέση με αυτήν των γαλακτωμάτων της κρέμας που παραλαμβάνεται από το υδατικό εκχύλισμα με την προσθήκη σακχαρόζης. Η ενίσχυση της σταθερότητας αποδίδεται στην αλληλεπίδραση του ανιοντικού πολυσακχαρίτη με τις πρωτεΐνες της επιφάνειας των ελαιοσωμάτων, όπως προκύπτει και από μετρήσεις του ζ δυναμικού, με συνέπεια την έμμεση προσρόφηση των μορίων του πολυσακχαρίτη στην επιφάνεια και την ενίσχυση των πολυμερικών απώσεων ανάμεσα στα ελαιοσώματα, αλλά και στην ενσωμάτωσή τους στο δικτύωμα των μορίων της ξανθάνης που σχηματίζεται στη συνεχή φάση του γαλακτώματος. Η προσθήκη ενός γαλακτωματοποιητή μικρού μοριακού βάρους, του Tween 80, στα γαλακτώματα των ελαιοσωμάτων που παραλαμβάνονται από το αρχικό υδατικό εκχύλισμα με τη βοήθεια σακχαρόζης, οδηγεί σε φαινόμενα ανταγωνιστικής προσρόφησης στην επιφάνεια των ελαιοσωμάτων, με αποτέλεσμα τη μερική προσρόφηση των μορίων του τασενεργού και την απομάκρυνση από την επιφάνεια των ελαιοσωμάτων της στερελαιοσίνης. Σε υψηλότερες συγκεντρώσεις του Tween 80 απομακρύνεται και ένα μέρος των καλαιοσινών και των ελαιοσινών. Η προσρόφηση στην επιφάνεια των ελαιοσωμάτων των μορίων του τασενεργού είχε ως αποτέλεσμα τη σημαντική ενίσχυση της σταθερότητας των ελαιοσωμάτων ως προς την συγχώνευση, γεγονός που αποδίδεται στο σχηματισμό, μετά από προσρόφηση των μορίων του Tween 80, μιας συμπαγούς μικτής διεπιφανειακής μεμβράνης στη δομή της οποίας συμμετέχουν οι πρωτεΐνες που παρέμειναν στην επιφάνεια σε αλληλεπίδραση με τα μόρια των φωσφολιπιδίων της φυσικής επιφάνειας και αυτά του τασενεργού. Η αξιοποίηση της κρέμας των ελαιοσωμάτων στην παρασκευή γαλακτωμάτων τύπου εμβάμματος σαλάτας, μετά από ανάμιξη με κρόκο αυγού και ρύθμιση της τιμής του pH στην όξινη περιοχή, οδήγησε σε σταθερότερα από φυσικοχημική άποψη συστήματα στα οποία διαπιστώθηκε η αδυναμία των ευέλικτης δομής, υδρόφοβων λιποπρωτεϊνών του κρόκου να καταφέρουν να διεισδύσουν και να προσροφηθούν στην επιφάνεια των ελαιοσωμάτων. Παρά την αδυναμία τους να προσροφηθούν στην επιφάνεια των ελαιοσωμάτων, η παρουσία στα γαλακτώματα των πρωτεϊνών του κρόκου συνέβαλε σε αύξηση των τιμών του ιξώδους και των ιξωδοελαστικών παραμέτρων των γαλακτωμάτων. Οι μεταβολές που παρατηρήθηκαν στις τιμές των ρεολογικών παραμέτρων ήταν συνάρτηση της συγκέντρωσης των ελαιοσωμάτων και της παρουσίας ή μη των εξωγενών πρωτεϊνών του φύτρου, και συνδέθηκαν με την ενίσχυση των ωσμωτικών φαινομένων συσσωμάτωσης, λόγω της παρουσίας των σωματιδίων του κρόκου στη συνεχή φάση του γαλακτώματος, αλλά και στη συμμετοχή των εξωγενών πρωτεϊνών του φύτρου στην ανάπτυξη της τελικής δομής του συστήματος.

Μελλοντική εργασία Το φυσικό γαλάκτωμα των ελαιοσωμάτων αποτελεί μία καινοτόμο ιδέα παρασκευής γαλακτωμάτων που θα μπορούσε να αξιοποιηθεί, εκτός από τα εμβάμματα σαλάτας, και για την παρασκευή πολλών άλλων τροφίμων που αποτελούν συστήματα διασποράς ελαίου σε νερό. Τα ελαιοσώματα περιέχουν το έλαιο στη φυσική του μορφή, οπότε παρουσιάζει μεγάλο ενδιαφέρον η μελέτη των διατροφικών του χαρακτηριστικών και της χημικής του σταθερότητας. Τα ελαιοσώματα απαντούν σε πολλές ελαιούχες πρώτες ύλες και θα είχε ενδιαφέρον η συγκριτική μελέτη τους, τόσο από την άποψη της σύστασης, όσο από την δυνατότητά τους να ενσωματωθούν σε συστήματα τροφίμων με διαφορετική σύσταση και φυσικοχημικά χαρακτηριστικά. Τέλος, τα γαλακτώματα των ελαιοσωμάτων θα μπορούσαν να αξιοποιηθούν για την παρασκευή, όχι μόνο νέων προϊόντων τροφίμων με καλύτερα φυσικοχημικά χαρακτηριστικά, αλλά και προϊόντων όπως είναι τα καλλυντικά και τα φαρμακευτικά παρασκευάσματα που εμφανίζονται με τη μορφή γαλακτώματος.