क्या हाइड्रोलाइज्ड कॉर्न प्रोटीन न्यूट्रल pH पर सबसे अच्छा पायसीकारी होता है?

 

इमल्सीफायर्स तेल को {{0}पानी में या पानी में {{2}तेल प्रणालियों में स्थिर करने में महत्वपूर्ण भूमिका निभाते हैं, जो खाद्य, फार्मास्युटिकल और कॉस्मेटिक उद्योगों में सर्वव्यापी हैं। पौधों पर आधारित और टिकाऊ विकल्पों की बढ़ती मांग के साथ, हाइड्रोलाइज्ड प्लांट प्रोटीन अपनी बायोडिग्रेडेबिलिटी, कम लागत और कार्यात्मक बहुमुखी प्रतिभा (गार्टी, 2018) के कारण आशाजनक इमल्सीफायर के रूप में उभरे हैं। इनमे से,हाइड्रोलाइज्ड मकई प्रोटीन(एचसीपी) ने ध्यान आकर्षित किया है, क्योंकि मकई प्रोटीन (ज़ीन) मकई स्टार्च प्रसंस्करण का एक प्रचुर उपोत्पाद है, और हाइड्रोलिसिस मूल रूप की तुलना में इसकी घुलनशीलता और कार्यात्मक गुणों में सुधार करता है (लियू एट अल।, 2021)।

 

एचसीपी को इमल्सीफायर के रूप में अनुकूलित करने में एक महत्वपूर्ण प्रश्न इसके इमल्सीफाइंग प्रदर्शन पर पीएच का प्रभाव है। इमल्सीफाइंग क्षमता, इंटरफेशियल तनाव को कम करने और स्थिर इमल्शन बनाने की क्षमता से परिभाषित होती है, जो प्रोटीन संरचना, घुलनशीलता और सतह गतिविधि से निकटता से जुड़ी होती है, ये सभी पीएच पर निर्भर होते हैं। यह आलेख पता लगाता है कि क्या तटस्थ पीएच (पीएच 7) एचसीपी की पायसीकारी गतिविधि के लिए इष्टतम स्थिति है, संरचनात्मक रसायन विज्ञान, प्रयोगात्मक डेटा और व्यावहारिक अनुप्रयोगों से अंतर्दृष्टि को एकीकृत करता है।

नेटिव ज़ीन एक प्रोलामिन है जो हाइड्रोफोबिक अमीनो एसिड (उदाहरण के लिए, प्रोलाइन, ल्यूसीन) से भरपूर है और मजबूत इंट्रामोल्युलर हाइड्रोफोबिक इंटरैक्शन के कारण पानी में खराब घुलनशीलता है, जिससे इसकी पायसीकारी क्षमता सीमित हो जाती है (शुक्ला और चेरियन, 2001)। हाइड्रोलिसिस, आमतौर पर एंजाइमों (उदाहरण के लिए, अल्केलेस, पैनक्रिएटिन) या एसिड का उपयोग करके, पेप्टाइड बांड को तोड़ता है, कम आणविक भार (मेगावाट) के साथ छोटे पेप्टाइड टुकड़े उत्पन्न करता है। यह प्रक्रिया दबे हुए हाइड्रोफोबिक समूहों को उजागर करती है और पेप्टाइड सतह पर हाइड्रोफोबिसिटी और हाइड्रोफिलिसिटी को संतुलित करते हुए पेप्टाइड सतह पर हाइड्रोफिलिक अवशेषों (जैसे, ग्लूटामाइन, शतावरी) की संख्या बढ़ाती है, जो प्रभावी इमल्सीफायर्स की एक पहचान है (गाओ एट अल।, 2020)।

का पायसीकरण तंत्रहाइड्रोलाइज्ड मकई प्रोटीनइसमें दो प्रमुख चरण शामिल हैं: (1) तेल - जल इंटरफ़ेस पर सोखना, पेप्टाइड हाइड्रोफोबिक डोमेन और तेल बूंदों के बीच हाइड्रोफोबिक इंटरैक्शन द्वारा संचालित; और (2) हाइड्रोफिलिक अवशेषों और नेट चार्ज (मैकक्लेमेंट्स, 2015) द्वारा मध्यस्थता से सहसंयोजन को रोकने के लिए बूंदों के चारों ओर एक स्टेरिक या इलेक्ट्रोस्टैटिक अवरोध का गठन। दोनों चरण पीएच के प्रति संवेदनशील हैं, क्योंकि पीएच प्रोटीन चार्ज, घुलनशीलता और गठन संबंधी लचीलेपन को नियंत्रित करता है।

तटस्थ पीएच: संतुलन चार्ज और हाइड्रोफोबिसिटी

तटस्थ pH पर,हाइड्रोलाइज्ड मकई प्रोटीन अक्सर बढ़ी हुई पायसीकारी गतिविधि प्रदर्शित करता है, जैसा कि कई अध्ययनों में उच्च पायसीकारी गतिविधि सूचकांक (ईएआई) और पायसीकारी स्थिरता सूचकांक (ईएसआई) द्वारा प्रदर्शित किया गया है। उदाहरण के लिए, ली एट अल। (2020) ने बताया कि 8% की हाइड्रोलिसिस (डीएच) डिग्री के साथ एचसीपी ने पीएच 3 (ईएआई: 89 वर्ग मीटर/जी; ईएसआई: 18 मिनट) और पीएच 10 (ईएआई: 98 वर्ग मीटर/जी; ईएसआई: 22 मिनट) की तुलना में पीएच 7 पर अधिकतम ईएआई (125 वर्ग मीटर/ग्राम) और ईएसआई (35 मिनट) दिखाया। इस घटना को दो कारकों के लिए जिम्मेदार ठहराया जा सकता है:

• शुद्ध चार्ज तटस्थता और हाइड्रोफोबिक इंटरैक्शन: हाइड्रोलाइज्ड कॉर्न प्रोटीन का आइसोइलेक्ट्रिक पॉइंट (पीआई) आमतौर पर हाइड्रोलिसिस स्थितियों (वांग एट अल।, 2019) के आधार पर 6.5 से 7.5 तक होता है। पीआई के पास पीएच पर, एचसीपी का शुद्ध चार्ज कम हो जाता है, जिससे पेप्टाइड श्रृंखलाओं के बीच इलेक्ट्रोस्टैटिक प्रतिकर्षण कम हो जाता है। यह हाइड्रोफोबिक इंटरैक्शन द्वारा संचालित तेल - जल इंटरफेस पर पेप्टाइड्स के एकत्रीकरण को बढ़ाने की अनुमति देता है, जिससे इंटरफेशियल तनाव अधिक प्रभावी ढंग से कम हो जाता है (डिकिंसन, 2019)।
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• इष्टतम घुलनशीलता: जबकि प्रोटीन अक्सर अपने पीआई पर न्यूनतम घुलनशीलता प्रदर्शित करते हैं, उनका छोटा पेप्टाइड आकार (मेगावाट <10 केडीए) इस प्रभाव को कम करता है। हाइड्रोलिसिस बड़े समुच्चय को बाधित करता है, और पीआई के पास भी, हाइड्रोलाइज्ड कॉर्न प्रोटीन इंटरफ़ेस में फैलने के लिए पर्याप्त रूप से घुलनशील रहता है (गाओ एट अल।, 2020)। यह देशी ज़ीन के विपरीत है, जो अपने पीआई (~6.2) के करीब पीएच पर अवक्षेपित होता है, जिससे यह एक पायसीकारक के रूप में अप्रभावी हो जाता है।
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अम्लीय और क्षारीय पीएच: चार्ज प्रभाव से सीमाएं

अम्लीय पीएच (उदाहरण के लिए, पीएच 3-5) पर, एचसीपी अमीनो समूहों (-एनएच3+) के प्रोटोनेशन के कारण एक सकारात्मक शुद्ध चार्ज वहन करता है। सकारात्मक रूप से चार्ज किए गए पेप्टाइड्स के बीच मजबूत इलेक्ट्रोस्टैटिक प्रतिकर्षण इंटरफ़ेस पर उनके सोखने में बाधा डालता है, जिससे ईएआई कम हो जाता है। इसके अतिरिक्त, कार्बोक्सिल समूहों (-COOH → -COOH2+) के प्रोटोनेशन से हाइड्रोफिलिसिटी कम हो जाती है, जिससे बूंदों के आसपास स्टेरिक अवरोध कमजोर हो जाता है और इमल्शन स्थिरता कम हो जाती है (ली एट अल।, 2020)।

क्षारीय पीएच (उदाहरण के लिए, पीएच 8-10) पर, हाइड्रोलाइज्ड कॉर्न प्रोटीन कार्बोक्सिल समूहों (-सीओओ-) के अवक्षेपण के कारण नकारात्मक रूप से चार्ज होता है। जबकि घुलनशीलता बढ़ सकती है (क्योंकि प्रतिकर्षण एकत्रीकरण को रोकता है), इंटरफ़ेस पर पेप्टाइड्स के बीच अत्यधिक इलेक्ट्रोस्टैटिक प्रतिकर्षण एक घने इंटरफ़ेस फिल्म के गठन को सीमित करता है। इससे बूंदों को स्थिर करने की क्षमता कम हो जाती है, जिससे तटस्थ पीएच (लियू एट अल., 2021) की तुलना में ईएसआई कम हो जाता है। इसके अलावा, क्षारीय स्थितियां पेप्टाइड के प्रकटीकरण को प्रेरित कर सकती हैं, जिससे अधिक हाइड्रोफोबिक समूह उजागर हो सकते हैं, लेकिन यह चार्ज संचालित प्रतिकर्षण द्वारा ऑफसेट होता है, जिसके परिणामस्वरूप इष्टतम इमल्सीफाइंग प्रदर्शन नहीं होता है।

जबकि पीएच एक प्रमुख नियामक है, एचसीपी का पायसीकारी प्रदर्शन हाइड्रोलिसिस स्थितियों से भी प्रभावित होता है, जो पीएच प्रभावों के साथ परस्पर क्रिया करता है। उदाहरण के लिए:

• Degree of hydrolysis (DH): Low DH (3–5%) retains larger peptides with stronger hydrophobic domains, which may perform better at neutral pH due to enhanced interfacial adsorption. High DH (>15%) बढ़ी हुई हाइड्रोफिलिसिटी के साथ छोटे पेप्टाइड्स उत्पन्न करता है, जो पीएच के प्रति कम संवेदनशील हो सकता है लेकिन समग्र रूप से कम पायसीकारी क्षमता रखता है (गाओ एट अल।, 2020)।
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• एंजाइम प्रकार: एल्केलेज़ (हाइड्रोफोबिक अवशेषों को साफ़ करना) जैसे एंजाइम उत्पन्न होते हैंहाइड्रोलाइज्ड मकई प्रोटीनउच्च सतह हाइड्रोफोबिसिटी के साथ, तटस्थ स्थितियों में पीएच प्रभाव को बढ़ाता है, जबकि ट्रिप्सिन (मूल अवशेषों को साफ करना) अधिक चार्ज के साथ पेप्टाइड्स उत्पन्न करता है, जो उन्हें क्षारीय पीएच (वांग एट अल।, 2019) पर अधिक स्थिर बनाता है।

आयनिक ताकत एक और भ्रमित करने वाला कारक है। लवण (उदाहरण के लिए, NaCl) की उपस्थिति में, इलेक्ट्रोस्टैटिक स्क्रीनिंग गैर-तटस्थ पीएच पर चार्ज प्रतिकर्षण को कम कर देती है, जिससे संभावित रूप से एचसीपी की पायसीकारी गतिविधि में सुधार होता है। उदाहरण के लिए, pH 5 (pI से नीचे) पर 0.1 M NaCl, नमक मुक्त स्थितियों की तुलना में HCP के ESI को 20% तक बढ़ा सकता है, जिससे तटस्थ pH (Li et al., 2020) के साथ प्रदर्शन अंतर कम हो जाता है।

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सन्दर्भ:

डिकिंसन, ई. (2019)। खाद्य प्रोटीन कार्यक्षमता के कोलाइडल पहलू।

गार्टी, एन. (2018)। प्राकृतिक स्रोतों से इमल्सीफायर्स: संरचना, कार्यक्षमता और अनुप्रयोग।

गाओ, वाई., ली, जे., और चेन, एच. (2020)। मकई ग्लूटेन भोजन प्रोटीन हाइड्रोलाइज़ेट्स के संरचनात्मक और पायसीकारी गुणों पर हाइड्रोलिसिस डिग्री का प्रभाव।

ली, एस., वांग, क्यू., और झांग, एल. (2020)। पीएच-हाइड्रोलाइज्ड कॉर्न प्रोटीन के आश्रित पायसीकारी गुण: चार्ज और हाइड्रोफोबिसिटी की भूमिका।

लियू, आर., सन, डी., और झाओ, एम. (2021)। पादप प्रोटीन आधारित इमल्सीफायर्स: तंत्र, अनुप्रयोग और चुनौतियाँ।