بهینه‌سازی تولید دوغ حاوی آنزیم ترانس گلوتامیناز با استفاده از کازئینات سدیم

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

گروه علوم و صنایع غذایی واحد تبریز، دانشگاه آزاد اسلامی، تبریز، ایران

چکیده

زمینه مطالعاتی: افزودن پروتئین­های لبنی به دوغ علاوه بر افزایش ارزش تغذیه­ای و سلامتی‌بخشی محصول می­تواند منجر به تولید دوغ پایدار با خواص رئولوژیکی بهتر گردد. هدف: این پژوهش با هدف تأثیر آنزیم ترانس گلوتامیناز و کازئینات سدیم بر بهبود ویژگی‌های کیفی و پایداری دوغ انجام گرفت. روش کار: به این منظور با بکارگیری روش آماری سطح پاسخ و طرح مرکب مرکزی، تأثیر آنزیم ترانس گلوتامیناز در محدوده صفر تا  5 واحد به ازاء هر گرم پروتئین و کازئینات سدیم در محدوده صفر تا 1 درصد بر روی اسیدیته، دو فازه شدن، ویسکوزیته و ویژگی‌های حسی دوغ بررسی شد. نتایج: نتایج نشان داد که استفاده از ترانس گلوتامیناز افزایش معنی‌داری بر روی اسیدیته داشته در صورتی که اثر کازئینات سدیم معنی‌دار نبود. ترانس گلوتامیناز و کازئینات سدیم بر ویژگی‌های حسی و ویسکوزیته افزایش معنی‌دار و بر میزان دوفازه شدن کاهش معنی‌داری داشتند. با انجام بهینه­‌سازی برای تولید محصول با پایداری بالا همراه با بیشترین مقبولیت حسی، مقادیر بهینه ترانس گلوتامیناز و کازئینات سدیم به ترتیب 30/4 واحد به ازاء هر گرم پروتئین و 71/0 درصد محاسبه شد. مقایسه نمونه بهینه و شاهد نشان داد که نمونه بهینه ویسکوزیته و مقبولیت حسی بالاتر با حداقل دو فازه شدن را داشت. هم­چنین تیمار با ترانس گلوتامیناز و کازئینات سدیم باعث کاهش اندازه ذرات و منفی شدن پتانسیل زتا شد. نتیجه‌گیری نهایی: در مجموع نتایج حاصل نشان داد با بکارگیری کازئینات سدیم و آنزیم  ترانس‌گلوتامیناز میکروبی می­توان دوغ پایدار با ویژگی‌های مطلوب از نظر خواص فیزیکی‌شیمیایی و حسی با قابلیت نگهداری طولانی مدت تولید نمود.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Optimization of doogh production contains transglutaminase and sodium caseinate

نویسندگان [English]

  • V Barin
  • L Roufegarinezhad
چکیده [English]

Introduction: “Doogh” is a native beverage in Iran and has in important share in beverage industry (Zomorodi and Kianfar 2018). It can be made by yoghurt dilution or direct acidification of milk. Traditionally, doogh is made by mixing yogurt, water, and a little salt as well as some aqueous extracts of local herbs. However, Doogh, like other acidic dairy beverages has a serious problem because of its low pH, which causes phase separation, and leads to casein accumulation and gives a product with an undesirable, non-uniform appearance (Sanli et al., 2011). On the other hand, heat treatments such as pasteurization have a key importance in the production of dairy products because this is a common step in the processing of milk products. The heat treatment exposes reactive groups on the protein, which were previously inaccessible, and this, in turn, affects the rheological properties of the products (Joudaki et al., 2013). It has been reported that polysaccharide hydrocolloids addition could be prevent phase separation in doogh during storage. But creation undesirable taste in the higher concentration is a seriouse problem (Tsevdou et al., 2013). The enhancement of food texture with enzymes has gained increasing importance as an alternative to conventional processing strategies for protein containing foods. Microbial transglutaminase or glutaminyl-peptide-amine γ-glutamyl transferase (mTGase, EC 2.3.2.13) is a calcium independent enzyme. It forms covalent crosslinks of inter- or intra-molecular ε-(γ-glutamine)-lysine isopeptidic bonds by catalyzing an acyl transfer reaction between a γ-carboxyamide group in protein-bound glutamine residues (acyl donor) and an ε-amino group in a protein-bound lysine residue (acyl acceptor) (Lorenzen et al., 2002). Microbial transglutaminase represents an interesting tool for texture modification of protein-containing foods. Since 1998, this enzyme with “No. GRN 000095” was approved by the FDA as “Generally Recognized as Safe (GRAS)” and there are confirmed documents for MTGase in the US, Japan and Europe as a safe ingredient in different types of processed foods (Ardelean et al., 2012). Acid gels, such as yogurt, made from enzyme-treated milk are characterized by reduced syneresis and improved viscosity. In this study, effect of sodium caseinate on functionality of transglutaminase was assayed too.   Concerning milk proteins, casein monomers can be easily cross-linked by mTGase, whereas whey proteins only polymerize after heat treatment or in the presence of reducing agents. The literature on mTGase-induced cross-linking on casein micelles, caseins or caseinates, whey proteins or milk, has been reviewed recently (Barbaros et al., 2012). The aim of this study was to investigate the effect of transglutaminase enzyme and sodium caseinate to improve quality and stability characteristics of Doogh.
Material and methods: This study was carried out to improve the quality and stability properties of Doogh using sodium caseinate (at 0, 0.5 and 1%) and microbial transglutaminase (at 0, 5, 10 u/g protein). For this purpose, after pasteurization and homogenization of raw milk (0.6 % fat), sodium caseinate and microbial transglutaminase added at 45 and 50oC, respectively. Heating of treated milk was performed after 2 h (72oC- 15 s) to inactive enzyme. Fermentation was carried out by adding starter culture (yogurt starter culture consist of Lactobacillus bulgaricus and Streptococcus thermophiles) and incubation was performed at 42oC until 12 h. Finally, prepared yogurt mixed with potable water at 1:1 ratio and 0.65% salt added to mixture. The pasteurized treated samples were assayed for physicochemical and sensory properties. Acidity was measured through titration with sodium hydroxide as Dornic degree and viscosity was assayed at ambient temperature by a rotational Brokfield viscometer. Phase separation of the different formulations was carried out in 250 mL glass tubes for 30 days at 5 oC storage. Evaluation of the sensory attributes of the produced Dooghs with various formulations in terms of taste, consistency, appearance, smell and color was carried out by 30 untrained panelists and the average of scores as overall acceptability were used for statistical analyses. In the second phase, based on the obtained results, optimized sample was selected using response surface methodology in central composite design and particle size distribution (determined by dynamic light scattering) and zeta potential tests were measured.
Results and discussion: The results showed that the use of transglutaminase increased significantly effect on acidity, while the effect of sodium caseinate was not significant. Transglutaminase and sodium caseinate had a significantly increase effect on sensory properties and viscosity, while phase separation decreased significantly. Optimization of formula was performed based on tranglutaminase, sodium caseinate and acidity in range, phase separation in minimize, apparent viscosity and overall acceptability in maximize. The importance of all of factors was selected the same. And optimum content of transglutaminase and sodium caseinate to have high stability product were calculated 4.30U/g Protein and 0.71% respectively through optimization with desirability 0.928. In optimum situation phase separation and apparent viscosity were obtained 2.15% and 29.10 cP, respectively. Optimum overall acceptability was acquired 4.25. Comparison of optimum and control samples showed that the optimum sample had higher viscosity (6.01 cP in control and 29.10 cP in optimized sample) and overall acceptability (1.55 in control and 4.25 in optimized sample) with at least phase separation (2.95% in control and 2.15% in optimized sample). Applying transglutaminase and sodium caseinate also reduced particle size (10.05 nm in control and 3.55 nm in optimized sample) and zeta potential (11.4 mV in control and -21.2 mV nm in optimized sample).
Conclusion: Generally, according to the obtained results, it can be said that applying MTG and sodium caseinate, is possible to produce the stable Doogh with desired properties in terms of physicochemical and sensory properties and long storage duration.

بی نام، 1385. استاندارد ملی ایران شماره2852، شیر و فراورده های آن- تعیین اسیدیته و pH، موسسه استاندارد و تحقیقات صنعتی.
بی نام، 1393. استاندارد ملی ایران شماره 637، تعیین ماده خشک شیر،موسسه استاندارد و تحقیقات صنعتی.
آذری کیا ف، عباسی س و عزیزی م، 1387. بررسی کارایی و سازوکار برخی ترکیبات هیدروکلوئیدی در جلوگیری از دو فاز شدن دوغ، مجله علوم تغذیه و تکنولوژی مواد غذایی، 4، 22-11.
باقری ص و دستغیب بهشتی م، 1393. بررسی تاثیر افزودن تکی و ترکیبی صمغ ثعلب و پکتین در پایدارسازی دوغ، بیست و دومین کنگره ملی علوم وصنایع غذایی گرگان، دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی گرگان، 5-1.
پورمحمدی ک، اعلمی م و عقدایی س، 1388. آنزیم ترانس گلوتامیناز میکروبی و کاربرد آن در صنایع غذایی، همایش منطقه‌ای غذا و بیوتکنولوژی دانشگاه آزاد اسلامی واحد کرمانشاه، 4-1.
جمالی فر ح، شاهوردی ا، صمدی ن و فاضلی م، 1388.  بقا اشرشیاکلی در دوغ های صنعتی، سنتی و دوغ پروبیوتیکی حاوی لاکتوباسیلوس اسیدوفیلوس، مجله علمی زیست فناوری میکروبی دانشگاه آزاد اسلامی، 2، 29-25.
حسینی اقدم س، دزیانی م، عزتی ر، اردکانی ع، دانشیم، لاری پور هرات ر و بهادری منفرد الف، 1391. تاثیر آنزیم ترانس گلوتامیناز میکروبی بر خصوصیات بافتی و حسی پنیر فرا پالایش، مجله علوم تغذیه و صنایع غذایی ایران، 5، 487-481.
خوش منظر م، قنبرزاده ب، همیشه کار ح، صوتی خیابانی م و رضایی مکرم ر، 1391. بررسی عوامل موثر بر اندازه ذرات، پتانسیل زتا و ویژگی‌های رئولوژیک پایا در سامانه‌ی کلوئیدی حاوی نانو ذرات کاپا کاراگینان- کازئینات سدیم، نشریه‌ی پژوهش و نوآوری در علوم و صنایع غذایی،4(1)، 272-255.
زمردی ش و کیانفر ل، 1398. تاثیر شربت کامبوجا بر زنده مانی بیفیدوباکتریوم بیفیدوم و خواص کیفی دوغ، نشریه پژوهش­های صنایع غذایی، 29(3)، 97-85.
فدایی نوغانی و، مفیدی الف و زارعی م، 1393. اثر آنزیم ترانس گلوتامیناز میکروبی به عنوان بخشی از کنسانتره پروتئین شیر بر ویژگی‌های فیزیکو شیمیایی و حسی ماست اسفناج، مجله علوم تغذیه و صنایع غذایی ایران، 3، 100-93.
فروغی نیا س، عباسی س و حمیدی ز، 1387. بررسی تأثیر هم زدن و همگن سازی روی میزان دو فازه شدن دوغ، نشریه علمی فراوری و نگهداری مواد غذایی، 3 (1)، 100-83.
کارآموز ن، محمدی ثانی ع و رشیدی ح، 1395. تاثیر افزودن هیدروکلوئیدهای ژلان، کتیرا و پکتین با متوکسیل بالا در پایدارسازی دوغ، فصلنامه علوم و صنایع غذایی،52 (13)، 99-91.
گرجیان ه و رفتنی امیری ز، 1398. تاثیر موسیلاژ دانه شاهی بر پایداری و خواص رئولوژیکی دوغ بدون چربی، نشریه پژوهش­های صنایع غذایی، 29(3)، 156-145.
مویدزاده س، خسروشاهی اصل الف و زمردی ش، 1391. تاثیر آنزیم ترانس گلوتامیناز میکروبی در خواص کیفی ماست پروبیوتیک غنی شده با کازئینات سدیم، نشریه نوع آوری در علوم و فن آوری غذایی، 3، 96-89.
علی پور آ، کوچکی آ، کدخدایی ر و وریدی م، 1394. بررسی اثر مخلوط صمغ قدومه شیرازی- پروتئین آب پنیر تغلیظ شده بر پایداری امولسیون روغن ذرت در آب، فصلنامه علوم و صنایع غذایی، 48(12)، 174-163.
Abd-Rabo F, El-Dieb S, Abd-El-Fattah AM and Sakr SS, 2010. Natural state changes of cows and buffaloes
milk proteins induced by microbial transglutaminase. Journal of American Science 6: 612-620.
Akalin AS, Unal G, Dinkci N and Hayaloglut AA, 2012.Microstructural, textural, and sensory characteristics of probiotic yoghurts fortified with sodium calcium caseinate or whey protein concentrate. American Dairy Science Association 95: 3617-3628.
Ardelean AL, Otto C, Jaros D and Rohm H, 2012.Transglutaminase treatment to improve physical properties of acid gels from enriched goat milk. Innovative Food Science and Emerging Technologies 106: 47-53.
Aziznia S, Khosrowshahi A, Madadlou A and Rahimi J, 2008. Whey protein concentrates and gum tragacanth as fat replacers in non-fat yoghurt: chemical, physical, and microstructural properties. Journal of Dairy Science 91: 2545-2552.
Barbaros O, Christopher G and Ulrich K, 2012. Simultaneous use of transglutaminase and rennet in milk coagulation: Effect of initial milk pH and renneting temperature. International Dairy Journal 24(1): 1-7.
Doris J, Mandy J, Clemens O and Harald M, 2010. Excessive cross- linking of caseins by microbial transglutaminase and its impact on physical properties of acidified milk gels. International Dairy Journal 20: 321-327.
Gauchi C, Tomazi T and Ogliari PG, 2009. Physical properties of yoghurt manufactured with milk whey and
    transglutaminase. Food Science and Technology 42:239–243.
Goudarzi MA, Madadlou ME, Mousavi A and Emam-Djomeh Z, 2012. Optimized preparation of ACE-inhibitory and antioxidative whey protein hydrolysate using response surface method. Dairy Science and Technology 92: 641-653.
Jaros D, HeidingC and Rohm H, 2007. Enzymatic modification through microbial transglutaminase enhances the viscosity of stirred yogurt. Journal of Texture Studies 37:179-189.
Joudaki H, Mousavi M, Safari M, Razavi H, Emam-Djomeh Z and Gharibzahedi MT, 2013. Scrutinizing the
    different pectin types on stability of an Iranian traditional drink “Doogh”. International Journal of Biological
    Macromolecules 60: 375-382.
Jurado E, Bravo V, Camacho F, Vicaria J-M and Fernandez- Arteaga A, 2007. Estimation of the distribution of droplet size, international area and volume in emulsions. Journal of Colloids and Surfaces 295: 91-98.
Kiani H, Mousavi ME, Razavi H and Morris ER, 2010. Effect of gellan, alone and in combination with    high- methoxy pectin, on the structure and stability of Doogh, a yoghurt-based Iranian drink. Food Hydrocolloids 24: 744-754.
KuraishiC, Yamazaki K and Susa Y, 2001. Transglutaminase: its utilization in the food industry. Food Review International 17: 221-246.
Lorenzen P Chr, Neve H, Mautnerland A and Schlimme E, 2002. Effect of enzymatic cross-linking of milk proteins on functional properties of set-style yoghurt. International Journal of Dairy Technology 55(3): 152–157.
Miwa N, Ykoyama K, Wakabashi H and Nio N, 2010. Effect of deamidation by protein-glutaminase on physicochemical and functional properties of skim milk. International Dairy Journal 20(6): 393-399.
Nilsson L, Lyck S and Tamime AY, 2006. Production of drinking products, in fermented milks. Blackwell Publishing, Oxford. Chapter 5.
Ozrnek E, 2006. The use of transglutaminase in dairy products, International Journal of Dairy Technology 59(1).1-7.
Priscilla NR, Burin VM and Bordignon-Luiz M, 2012. Effect of microbial transglutaminase on functional and rheological properties of ice cream with different fat contents. Food Science and Technology 48: 224-230.
Rodriguez-Nogales JM, 2006. Effect of preheat treatment on the transglutaminase-catalyzed cross-linking of goat milk proteins. Process Biochemistry 41:430-437.
Sanli T, SezginE, Deveci O, Senel E and Benli M, 2011.Effect of using transglutaminase on physical, chemical and sensory properties of set-type yoghurt. Food Hydrocolloids 25:1477-1481.
Sodini I, Montella J and Tong PS, 2005. Physical properties of yoghurt fortified with various commercial whey protein concentrates. Journal of the Science of Food and Agriculture 85: 853- 859.
Tsevdou M, Eleftheriou E and Taoukis P, 2013. Ttransglutaminase treatment of thermally and high pressure processed milk; Effects on the properties and storage stability of set yoghurt, innovative. Food Science and Emerging Technologies 17: 144-152.