Extraction and fibrillation of lupin proteins

Show full item record



Permalink

http://urn.fi/URN:NBN:fi:hulib-201706154927
Title: Extraction and fibrillation of lupin proteins
Author: Stengård, Anni-Kaisa
Contributor: University of Helsinki, Faculty of Agriculture and Forestry, Department of Food and Environmental Sciences
Publisher: Helsingfors universitet
Date: 2017
Language: eng
URI: http://urn.fi/URN:NBN:fi:hulib-201706154927
http://hdl.handle.net/10138/193732
Thesis level: master's thesis
Discipline: Livsmedelsteknologi
Food Technology
Elintarviketeknologia
Abstract: Eläinperäiset elintarvikkeet ja biohajoamattomat pakkausmateriaalit liitetään ilmastonmuutokseen ja maapallon saastumiseen. Kasviproteiineilla on pienempi ympäristövaikutus kuin eläinproteiineilla, mikä tekee niistä mahdollisia korvaavia raaka-aineita proteiinirikkaisiin elintarvikkeisiin ja biohajoaviin pakkausmateriaaleihin. Palkokasvien ja varsinkin lupiinin siemenien suuri proteiinipitoisuus (29–44 %) tekee niistä erinomaisen vaihtoehdon proteiinien eristämiselle ja jatkojalostukseen, kuten fibrillointiin. Fibrillointi tarkoittaa, että eristetyt proteiinit hydrolysoidaan peptideiksi ja ne uudelleenjärjestetään proteiinikompleksiksi säikeiseen muotoon, jossa pituuden suhde leveyteen on suuri. Tutkielman tavoitteena oli selvittää kahden eri lupiinilajikkeen (Lupinus albus ja Lupinus angustifolius) siemenistä erotettujen proteiinien soveltuvuus fibrillointiin ja määrittää niistä syntyneiden fibrillien muodot. Proteiinit eristettiin emäsuutolla ja saostamalla isoelektrisessä pisteessä. Tämän lisäksi eritysprosessiin lisättiin muita prosessivaiheita, kuten kuoriminen, rasvan poistaminen ja uuttaminen happamalla, sekä tutkittiin niiden vaikutuksia proteiinien saantoon. Lisäksi osa näytteistä dialysoitiin. Proteiini-isolaatit hydrolysoitiin peptideiksi eri kuiva-ainepitoisuuksissa ja uudelleenrakennettiin säikeiseen muotoon kuumentamalla niitä happamassa (pH 2,0) 24, 48 ja 72 tuntia. Fibrilloidut näytteet analysoitiin Tioflaviini T (ThT) -menetelmällä ja osa näytteistä tutkittiin atomivoimamikroskoopilla. Suurin kokonaisproteiinipitoisuus (98,3 ± 0,4 % ka) saavutettiin kuoritusta L. angustifolius -siemenjauhosta, josta oli poistettu rasva. ThT -intensiteetin kasvu indikoi fibrillien muodostumista valtaosalla näytteistä, mutta intensiteetti kasvoi merkittävästi näytteillä, jotka olivat dialysoitu tai eristetty standardieristysprosessilla. Fibrillit muodostuivat pääsääntöisesti 48 tunnin kuluessa, ja suuremman proteiinipitoisuuden näytteet (40 mg/ml) muodostivat vahvan geelin alle 24 tunnissa. Tutkittaessa näytteitä atomivoimamikroskoopilla proteiinifibrillien havaittiin olevan kiharia ja pituudeltaan noin 300 nm. Nämä alustavat tulokset osoittivat, että lupiinista erotetut proteiinit voidaan uudelleenjärjestää säikeiseen muotoon.Substitution of animal food products and non-biodegradable plastics is of interest for addressing climate change and pollution. Plant proteins are potential raw materials with low environmental impact which can be utilized for development of protein rich foods or biodegradable plastics. Grain legumes and especially lupins are rich in proteins that could be utilized. Protein fibril is a self-assembled non-random protein structure which has a large length to width ratio. The objective of this study was to demonstrate the concept of fibrillating proteins extracted from two lupin species (L. albus and L. angustifolius) and to characterize the formed fibrils. The proteins were extracted from dried and milled lupin seeds with alkaline followed by an isoelectric precipitation. The standard extraction procedure was combined with additional process steps such as dehulling, defatting, extraction with acidic extraction media and dialysis. The extracted protein isolates were hydrolyzed into peptides in different concentrations and assembled into fibrils by heating at pH 2.0 for 24, 48 or 72 h. The fibrillated samples were analyzed with a thioflavin T (ThT) assay to indicate the β-sheet secondary protein structure. Some of the fibrillated samples were imaged with atomic-force microscopy. Samples prepared from dehulled and defatted L. angustifolius flour had the highest total protein content of 98.3 ± 0.4% on dry matter basis. ThT binding was observed in most samples indicating formation of fibrils. The binding increased significantly for samples after standard extraction process and for lower ionic strength. The fibrils appeared to form within 48 h and samples with higher protein concentration (40 mg/ml) showed massive gelation after 24 h. Studying the samples with atomic-force microscopy showed 300 nm long curly fibrils. These initial results indicate that the proteins extracted from lupin can be fibrillated.
Subject: plant proteins
lupin
extraction of legume proteins
fibrillation


Files in this item

Files Size Format View

There are no files associated with this item.

This item appears in the following Collection(s)

Show full item record