Enzymatic deamidation enhances hydrogen bond networks of glutinous rice flour and soy protein isolate in oleogels: Mechanism and butter replacement

द ग्रेट फैट स्वैप: हमें कुकी बटर के एक नए प्रकार की आवश्यकता क्यों है

कल्पना कीजिए कि खाद्य जगत एक विशाल, हलचल भरा निर्माण स्थल (कंस्ट्रक्शन साइट) है। दशकों से, फोरमैन एक विशिष्ट, भारी-भरकम सामग्री पर निर्भर रहा है: पशु वसा जैसे कि मक्खन। यह संरचनाएं बनाने के लिए शानदार है क्योंकि यह कमरे के तापमान पर ठोस रहता है, जिससे कुकीज़ को कुरकुरापन और केक को फुलाव (फ्लफनेस) मिलता है। लेकिन इसमें एक पेंच है: यह सामग्री संतृप्त वसा (सैचुरेटेड फैट्स) से भरी होती है, जो हमारे आंतरिक प्लंबिंग (हमारे हृदय और धमनियों) को जाम कर सकती है यदि हम इसका बहुत अधिक उपयोग करें। निर्माण दल अब एक स्वच्छ, स्वस्थ सामग्री में बदलना चाहता है: वनस्पति तेल। समस्या क्या है? वनस्पति तेल एक तरल है। यह पानी से एक मजबूत घर बनाने की कोशिश करने जैसा है; यह अपना आकार नहीं रख पाएगा।

यहाँ "ओलिओजेल" (oleogels) की दुनिया में प्रवेश होता है। इन्हें ऐसे सोचें जैसे कि ये एक जादुई ट्रिक है जहाँ वैज्ञानिक तरल तेल को एक ठोस जेल में बदल देते हैं, ठीक वैसे ही जैसे जेली-ओ (Jell-O) जिलेटिन का उपयोग करके तरल पानी को एक डगमगाते ठोस में बदल देता है। यदि वे यह पता लगा सकें कि वनस्पति तेल को मक्खन की तरह कैसे बनाया जाए, तो वे हृदय के जोखिमों के बिना स्वस्थ व्यंजन बना सकते हैं। लेकिन इन जेलों को बनाना कठिन है। आपको एक "जेलेटर" (gelator) की आवश्यकता होती है—अणुओं की एक छोटी निर्माण टीम जो तेल की बूंदों को पकड़ सके और उन्हें कसकर थामे रखे ताकि वे बाहर न निकलें। यह शोध पत्र इस "क्रू" को बनाने के एक विशिष्ट, चतुर तरीके पर गहराई से चर्चा करता है जिसमें दो सामान्य रसोई सामग्री का उपयोग किया गया है: चिपचिपा चावल का आटा और सोया प्रोटीन, लेकिन एक विशेष एंजाइमेटिक ट्विस्ट के साथ ताकि वे एक साथ बेहतर काम कर सकें।

शोध पत्र की कहानी: चावल और सोया को 'बटर ट्विन' में बदलना

इस अध्ययन में, शोधकर्ताओं रान झांग, टिंग वांग और उनकी नैन्जिंग एग्रीकल्चरल यूनिवर्सिटी की टीम ने कुकीज़ के लिए अंतिम मक्खन विकल्प बनाने का लक्ष्य रखा। उन्होंने केवल तेल और आटा नहीं मिलाया; उन्होंने एक जैविक उपकरण का उपयोग किया जिसे प्रोटीन ग्लूटामिनेज (PG) कहा जाता है। आप PG को एक सूक्ष्म कैंची और ग्लू गन के संयोजन के रूप में देख सकते हैं। इसका काम "डीएमिडेशन" (deamidation) करना है, एक ऐसी प्रक्रिया जो प्रोटीन अणुओं के तटस्थ हिस्सों को काट देती है और उनके स्थान पर ऋणात्मक रूप से आवेशित (negatively charged) हुक लगा देती है।

टीम ने एक सरल विचार के साथ शुरुआत की: ग्लूटिनस राइस फ्लोर (GRF) को सोया प्रोटीन आइसोलेट (SPI) के साथ मिलाना। चावल का आटा बनावट के लिए अच्छा है लेकिन अकेले तेल को थामने के लिए इसमें "चिपचिपाहट" की कमी है, जबकि सोया प्रोटीन एक बेहतरीन इमल्सीफायर है लेकिन इसे एक मजबूत नेटवर्क बनाने के लिए एक साथी की आवश्यकता होती है। उन्होंने विभिन्न अनुपातों का परीक्षण किया, जैसे कि सामग्रियों को एक रेसिपी की तरह मिलाकर देखना कि क्या सबसे अच्छा काम करता है। उन्होंने पाया कि जब उन्होंने 40% सोया प्रोटीन का मिश्रण उपयोग किया, तो यह संयोजन एक सुपरस्टार बन गया। इस अनुपात पर, प्रोटीन और स्टार्च ने एक-दूसरे को पूरी तरह से गले लगाया, जिससे एक स्थिर इमल्शन बना जो तेल की बूंदों को बिना भाग निकले कैद कर सकता था।

लेकिन असली जादू तब हुआ जब उन्होंने PG एंजाइम का उपयोग किया। उन्होंने "डीएमिडेशन" के विभिन्न स्तरों (एंजाइम ने प्रोटीन पर कितना काम किया) का परीक्षण किया। उन्होंने पाया कि 14% डीएमिडेशन डिग्री सबसे सटीक बिंदु (sweet spot) था। इस उपचार से पहले, मिश्रण थोड़ा अस्त-व्यस्त था, जिसमें तेल एक खराब सील किए गए जार की तरह बाहर निकल रहा था। एंजाइम द्वारा अपना काम करने के बाद, तेल धारण क्षमता (oil-binding capacity) कमजोर 24% से बढ़कर जबरदस्त 98% हो गई। यह ऐसा था मानो एंजाइम ने एक रिसती हुई छलनी को एक सुपर-स्ट्रॉन्ग नेट में बदल दिया हो।

शोधकर्ताओं ने सूक्ष्मदर्शी (माइक्रोस्कोप) और विशेष इन्फ्रारेड स्कैनरों के माध्यम से बारीकी से देखा कि वास्तव में क्या हो रहा था। उन्होंने देखा कि एंजाइम उपचार ने प्रोटीन के आकार को बदल दिया, जिससे अल्फा-हेलिक्स (alpha-helix) संरचनाओं की मात्रा बढ़ गई (इन्हें मजबूत बनाने वाले टाइट स्प्रिंग्स के रूप में सोचें)। इससे भी महत्वपूर्ण बात यह है कि एंजाइम ने चावल के आटे में स्टार्च के कड़े बंडलों को ढीला कर दिया। इसने स्टार्च को फैलने और प्रोटीन के साथ हाइड्रोजन बॉन्ड का एक घना जाल बनाने की अनुमति दी। यह ऐसा है जैसे एंजाइम ने धागे की एक उलझी हुई गांठ को सुलझा दिया हो, जिससे धागे प्रोटीन के चारों ओर एक घनी, सुरक्षित चादर बुन सकें।

यह साबित करने के लिए कि यह नया "बटर" वास्तव में काम करता है, उन्होंने पाइप्ड कुकीज़ बेक कीं। उन्होंने रेसिपी में असली मक्खन के 100% हिस्से को अपने नए ओलिओजेल से बदल दिया। परिणाम प्रभावशाली थे। ओलिओजेल से बना आटा काम करने में आसान था, और बेक की हुई कुकीज़ सुनहरी और कुरकुरी दिखती थीं, बिल्कुल मक्खन वाले संस्करण की तरह। वास्तव में, ओलिओजेल कुकीज़ इतनी अच्छी थीं कि एक महीने के भंडारण के बाद भी वे सख्त नहीं हुईं, जबकि केवल साधारण चावल के आटे से बनी कंट्रोल कुकीज़ पत्थर की तरह सख्त हो गईं। ऐसा इसलिए हुआ क्योंकि नया जेल नेटवर्क प्रभावी रूप से स्टार्च को "रेट्रोग्रेडिंग" (एक फैंसी शब्द जिसका अर्थ है स्टार्च के अणुओं का सख्त और पुराना होना) से रोकता है।

हालाँकि, टीम ने एक सीमा को नोट करने में सावधानी बरती। जबकि उनका ओलिओजेल कमरे के तापमान या फ्रिज में भंडारण के लिए बेहतरीन था, उसे फ्रीज-थॉ (freeze-thaw) चक्रों के साथ संघर्ष करना पड़ा। जब उन्होंने ओलिओजेल को जमाया और फिर पिघलाया, तो बर्फ के क्रिस्टल अंदर बने और नाजुक जेल नेटवर्क को तोड़ दिया, जिससे तेल अलग हो गया। यह सुझाव देता है कि हालांकि यह विशिष्ट रेसिपी कुकीज़ और शेल्फ-स्टेबल खाद्य पदार्थों के लिए एक विजेता है, लेकिन फ्रीजर की यात्रा में जीवित रहने के लिए इसे अभी और काम करने की आवश्यकता हो सकती है।

अंततः, अध्ययन बताता है कि चावल के आटे और सोया प्रोटीन को बदलने के लिए एक विशिष्ट एंजाइम का उपयोग करके, हम मक्खन की बनावट और बेकिंग प्रदर्शन की लगभग पूरी तरह से नकल करने वाला एक पादप-आधारित वसा बना सकते हैं। यह केवल एक सैद्धांतिक विचार नहीं है; उन्होंने इसे बेक किया, खाया और पाया कि यह स्वादिष्ट है। यह बिना स्वाद या बनावट से समझौता किए स्वस्थ बेक्ड गुड्स के लिए दरवाजे खोलता है, जो यह साबित करता है कि थोड़े से एंजाइमेटिक जादू के साथ, हम तरल तेल को एक ठोस, मक्खन जैसा सपने में बदल सकते हैं।