Perbandingan Sifat-Sifat Reologi antara Jack Bean Protein Isolate (JBPI) dan Whey Protein Isolate (WPI)

Abstract

WPI adalah protein dengan sifat-sifat fungsional berkualitas tinggi tetapi memiliki dampak negatif terhadap peningkatan gas emisi rumah kaca (GERK) dalam proses produksinya. Sebagai alternatif, jack bean protein isolate (JBPI) dikembangkan untuk mensubstitusi peran WPI dalam formulasi pangan. Namun, sifat-sifat fungsional JBPI belum diketahui saat ini khususnya sifat-sifat reologi. Tujuan penelitian ini adalah mengeksplorasi, menganalisis, dan mengevaluasi sifat-sifat reologi JBPI, serta membandingkannya dengan sifat-sifat reologi WPI pada berbagai konsentrasi, pH, dan suhu. Rotational rheological measurement digunakan untuk mengkarakterisasi perilaku aliran JBPI dan WPI. Profil pembentukan gel kedua protein diamati secara kuantitatif menggunakan dynamic oscillatory measurement dan diamati secara kualitatif dengan pembuatan gel dalam waterbath. Perilaku shear thinning pada dispersi JBPI pH 2 mulai terjadi pada konsentrasi 2,5% w/w suhu 30 °C, sedangkan pH 7 dan 9 terjadi pada konsentrasi 5% w/w di suhu 30 °C. Adapun perilaku shear thinning pada larutan WPI pH 2 mulai teramati pada konsentrasi 7,5% w/w pH 2 di suhu 90 °C, sedangkan pH 7 dan 9 teramati pada konsentrasi 10% w/w pH 2 di suhu 90 °C. Nilai hysteresis area mayoritas terdeteksi pada dispersi JBPI yang bersifat shear thinning, sedangkan pada larutan WPI hanya terdeteksi pada konsentrasi dan suhu yang tinggi. Pemodelan perilaku aliran menggunakan power law model mampu merepresentasikan hubungan antara shear stress dan shear rate secara akurat (good fit) karena hampir semua pengukuran nilai memiliki nilai R2 di atas 0,9. Perilaku tiksotropi pada dispersi JBPI mulai terdeteksi pada konsentrasi 2,5% w/w pH 2 di suhu 30 °C sedangkan sifat tiksotropi pada larutan WPI tidak teramati. Larutan WPI terindikasi bersifat rheopexy pada konsentrasi 12,5% w/w di suhu 90 °C untuk semua pH yang diukur. JBPI menunjukkan kemampuan pembentukan gel yang kuat pada konsentrasi 10% w/w pH 7, sedangkan WPI di pH 7 membutuhkan konsentrasi minimal 12,5% w/w. Secara visual, pembentukan gel JBPI mulai terbentuk pada konsentrasi 7,5% w/w pH 2 sedangkan WPI terbentuk pada konsentrasi 10% w/w pH 2. Berdasarkan sifat-sifat reologi tersebut, JBPI memiliki sifat-sifat yang mengungguli WPI dalam hal pembentukan gel maupun sebagai bahan pengental.

WPI is a protein with high-quality functional properties but has a negative impact on increasing greenhouse gas emissions (GHG) in its production process. As an alternative, jack bean protein isolate (JBPI) was developed to substitute the role of WPI in food formulations. However, the functional properties of JBPI are currently unknown, especially the rheological properties. The aim of this study was to explore, analyze, and evaluate the rheological properties of JBPI, and compare them with the rheological properties of WPI at various concentrations, pH, and temperature. Rotational rheological measurement was used to characterize the flow behavior of JBPI and WPI. The gel formation profiles of both proteins were observed quantitatively using dynamic oscillatory measurement and observed qualitatively by gel formation in a waterbath. Shear thinning behavior in JBPI dispersion pH 2 began to occur at a concentration of 2,5% w/w at 30 °C, while pH 7 and 9 occurred at a concentration of 5% w/w at 30 °C. The shear thinning behavior in WPI pH 2 solution began to be observed at a concentration of 7,5% w/w pH 2 at 90 °C, while pH 7 and 9 were observed at a concentration of 10% w/w pH 2 at 90 °C. The majority of hysteresis area values were detected in the shear thinning dispersion of JBPI, while the WPI solution was only detected at high concentrations and temperatures. Modeling of flow behavior using a power law model is able to represent the relationship between shear stress and shear rate accurately (good fit) because almost all measurements R2 value above 0,9. The thixotropic behavior of the JBPI dispersion was detected at a concentration of 2,5% w/w pH 2 at 30 °C while the thixotropic properties of the WPI solution were not observed. The WPI solution indicated rheopexy at a concentration of 12,5% w/w at 90 °C for all pHs measured. JBPI showed strong gel-forming ability at a concentration of 10% w/w pH 7, while WPI at pH 7 required a minimum concentration of 12,5% w/w. Visually, the gel formation of JBPI began to form at a concentration of 7,5% w/w pH 2 while WPI formed at a concentration of 10% w/w pH 2. The cooling method and storage duration proved to have an influence on the gel strength of JBPI and WPI. Based on these rheological properties, JBPI has properties that outperform WPI in terms of gel formation and as a thickening agent.