DOI: https://doi.org/10.1016/j.foodhyd.2024.110223
تاريخ النشر: 2024-05-22
المؤلف: Jack Yang وآخرون
الموضوع الرئيسي: البروتينات في نظم الغذاء
نظرة عامة
تقدم هذه القسم نظرة عامة على HAL، وهو أرشيف مفتوح متعدد التخصصات مصمم لإيداع ونشر الوثائق البحثية العلمية. يعمل كمنصة للأعمال المنشورة وغير المنشورة، مما يسهل الوصول إلى مجموعة واسعة من الأدبيات العلمية. قد تأتي الوثائق المؤرشفة في HAL من مصادر متنوعة، بما في ذلك مؤسسات التعليم والبحث في فرنسا وعلى الصعيد الدولي، فضلاً عن المراكز البحثية العامة والخاصة. تؤكد هذه الشمولية الواسعة على دور HAL في تعزيز إمكانية الوصول ورؤية البحث العلمي عبر التخصصات.
مقدمة
تتناول مقدمة هذه الورقة البحثية الطلب المتزايد على الغذاء العالمي جنبًا إلى جنب مع ندرة المواد الخام والطاقة والمياه، مما يبرز الحاجة إلى طرق إنتاج غذائي مستدامة. تقترح التحول نحو البروتينات المستمدة من النباتات، والتي تتطلب عمومًا موارد أقل وتنتج ضغطًا بيئيًا أقل مقارنة بالبروتينات المستمدة من الحيوانات. تعتبر عمليات الاستخراج والتجزئة ضرورية للحصول على مكونات بروتين نباتي عالية النقاء من البذور، حيث يتم تقسيم هذه البروتينات داخل خلايا النباتات الجافة. توضح الورقة أهمية هذه العمليات، التي تشمل الاستخراج المائي والتجزئة اللاحقة لفصل البروتينات عن المكونات غير البروتينية، مما يؤدي غالبًا إلى تغييرات في بنية البروتين ووظيفته.
تهدف المراجعة إلى توضيح العلاقة بين عمليات الاستخراج والخصائص التقنية والوظيفية للبروتينات النباتية. تبرز تعقيد مقارنة مستخلصات البروتين المستمدة من طرق مختلفة بسبب التغيرات الناتجة عن العمليات في تركيب البروتين وتجمعه. يقترح المؤلفون نهجًا شاملاً يدمج بين مورفولوجيا بذور النباتات وتقنيات الاستخراج والفهم الميكانيكي لوظيفة البروتين. كما يقترحون أن طرق التجزئة البديلة والأكثر اعتدالًا يمكن أن تعزز الوظائف التقنية للبروتين من خلال تقليل التغيرات الهيكلية، مما يحسن الخصائص الوظيفية لمكونات البروتين النهائية.
مناقشة
في هذا القسم، يناقش المؤلفون مورفولوجيا وتركيب البروتين لبذور النباتات، مع التركيز على البقوليات وبذور الزيت كمصادر رئيسية لاستخراج البروتينات القابلة للذوبان في الماء. تحتوي البقوليات، مثل البازلاء والعدس، عادةً على مستويات عالية من الكربوهيدرات (20-59 وزن%) والبروتينات (14-31 وزن%)، بينما تتميز بذور الزيت مثل فول الصويا وبذور اللفت بمحتوى زيت أعلى (45-65 وزن%) إلى جانب مستويات بروتين كبيرة (20-40 وزن%). تعتبر التنظيم الهيكلي للبروتينات داخل خلايا النباتات، وخاصة في أجسام البروتين والأوليكوسومات، أمرًا حيويًا لتحسين عمليات الاستخراج. أجسام البروتين، التي تخزن الغالبية العظمى من البروتينات المخزنة، هي عضيات كروية تحمي البروتينات حتى الإنبات، بينما تعمل الأوليكوسومات كوحدات تخزين للدهون.
يصنف المؤلفون البروتينات المخزنة بناءً على القابلية للذوبان (تصنيف أوزبورن) إلى أربع فئات: الألبومينات، الجلوبولينات، البرولامينات، والجلوتيلينات. الألبومينات والجلوبولينات هي الأكثر وفرة في البقوليات وبذور الزيت، حيث تشكل أكثر من 60% من إجمالي بروتين البذور. تبرز الورقة التباين في تركيب البروتين والقابلية للذوبان المتأثرة بعوامل مثل نوع الصنف والظروف البيئية. يتم تفصيل عملية الاستخراج، التي تتضمن بشكل أساسي الاستخراج القلوي يليه الترسيب الحمضي، مع الإشارة إلى فعاليتها في عزل البروتينات ولكن أيضًا عيوبها، بما في ذلك إمكانية التغير والتجمع للبروتينات، وخاصة الجلوبولينات. يؤكد المؤلفون على الحاجة إلى مراعاة دقيقة لهذه العوامل لتعزيز العائد والوظائف للبروتينات النباتية المستخرجة.
DOI: https://doi.org/10.1016/j.foodhyd.2024.110223
Publication Date: 2024-05-22
Author(s): Jack Yang et al.
Primary Topic: Proteins in Food Systems
Overview
The section provides an overview of HAL, a multi-disciplinary open access archive designed for the deposit and dissemination of scientific research documents. It serves as a platform for both published and unpublished works, facilitating access to a wide array of scientific literature. The documents archived in HAL may originate from various sources, including teaching and research institutions in France and internationally, as well as public and private research centers. This broad inclusivity underscores HAL’s role in promoting the accessibility and visibility of scientific research across disciplines.
Introduction
The introduction of this research paper addresses the increasing global food demand alongside the scarcity of raw materials, energy, and water, emphasizing the need for sustainable food production methods. It proposes a shift towards plant-derived proteins, which generally require fewer resources and produce less environmental stress compared to animal-derived proteins. The extraction and fractionation processes are essential for obtaining high-purity plant protein ingredients from seeds, as these proteins are compartmentalized within dry plant cells. The paper outlines the significance of these processes, which involve aqueous extraction and subsequent fractionation to separate proteins from non-protein components, often resulting in changes to protein structure and functionality.
The review aims to elucidate the relationship between extraction processes and the techno-functional properties of plant proteins. It highlights the complexity of comparing protein extracts derived from different methods due to process-induced alterations in protein composition and aggregation. The authors propose a comprehensive approach that integrates plant seed morphology, extraction techniques, and the mechanistic understanding of protein functionality. They also suggest that alternative, milder fractionation methods could enhance protein techno-functionality by minimizing structural alterations, thereby improving the functional properties of the final protein ingredients.
Discussion
In this section, the authors discuss the morphology and protein composition of plant seeds, focusing on pulses and oilseeds as primary sources for extracting water-soluble proteins. Pulses, such as peas and lentils, typically contain high levels of carbohydrates (20-59 wt%) and proteins (14-31 wt%), while oilseeds like soybeans and rapeseeds are characterized by higher oil content (45-65 wt%) alongside significant protein levels (20-40 wt%). The structural organization of proteins within plant cells, particularly in protein bodies and oleosomes, is crucial for optimizing extraction processes. Protein bodies, which store the majority of storage proteins, are spherical organelles that protect proteins until germination, while oleosomes serve as lipid storage units.
The authors classify storage proteins based on solubility (Osborne classification) into four categories: albumins, globulins, prolamins, and glutelins. Albumins and globulins are the most abundant in pulses and oilseeds, with over 60% of total seed protein comprising these classes. The paper highlights the variability in protein composition and solubility influenced by factors such as cultivar type and environmental conditions. The extraction process, primarily involving alkaline extraction followed by acid precipitation, is detailed, noting its effectiveness in isolating proteins but also its drawbacks, including potential denaturation and aggregation of proteins, particularly globulins. The authors emphasize the need for careful consideration of these factors to enhance the yield and functionality of extracted plant proteins.