Statistical Mechanical Modelling of Unstructured Proteins : Fermented Milk Casein Adsorption on Packaging Materials

Abstract: Populärvetenskaplig sammanfattning Självfästande Filmjölk Många upplever vid frukostbordet att det är bökigt och kladdigt att hälla ur all filmjölk ur paketet, så när konsumenten anser att förpackningen är tom finns det cirka 10% kvar av produkten. Detta är något som gemene man inte reflekterar över. Eftersom en del av filmjölken fäster på förpackningens insida så innebär det att det slängs mängder med förstaklassig mat, och att minst 130 tusen av EU:s kossor producerar mjölk i onödan. Svårtömda förpackningar medför alltså stora kostnader för konsumenten, negativ miljöpåverkan från produktionen av bortkastad mjölk, men även problem med återvinningen av förpackningsmaterial. I samarbete med Tetra Pak, världens ledande företag inom process- och förpackningslösningar för livsmedel, har en del av det molekylära ursprunget av detta problem undersökts. Filmjölk är en komplex blandning som huvudsakligen består av vatten, fett, kolhydrater och mjölkproteiner. De senare verkar vara en viktig anledning till att filmjölk fäster på förpackningens insida. För att få en helhetsbild av varför filmjölk blir kvar i förpackningen, och för att så småningom kunna utveckla bättre förpackningar exempelvis genom ytmodfiering eller genom att använda ett annat material, är det väsentligt att förstå växelverkan mellan proteinmolekyler och förpackningens yta. Det är anledningen till att vi har utvecklat en modell där vi undersöker hur det mest koncentrerade proteinet, alltså β-kasein, växelverkar med ytor med olika egenskaper. Med hjälp av datorsimuleringar har vi studerat hur proteinet uppför sig i närheten av olika ytor som ska motsvara förpackningsytor. Kasein adsorption på förpackningar Resultat från datorsimuleringar visar att β-kasein fäster på många olika sorters ytor, främst därför att proteinet består av delar med olika egenskaper. Dessutom beter sig proteinet som en kameleont, det vill säga, det anpassar sina egenskaper till omgivningen. Om β-kasein till exempel är i närheten av en yta med negativa laddningar, då blir vissa delar av proteinet mer positivt laddade. Positiva och negativa laddningar attraheras och de positiva delarna fastnar på ytan. Försöker man undvika det, genom att exempelvis byta ut de negativa ytladdningar mot positiva, så svarar proteinet med att bli mer negativt laddat, och fäster med den negativt laddade delen. Är ytan även hydrofob, alltså vattenskyende, då blir adsorptionen ännu starkare. Resultaten i denna uppsats har gett oss en ökad insikt i hur β-kasein växelverkar och fäster på olika ytor. Vår förhoppning är att denna förståelse kan användas för att utveckla nytt icke-fästande förpackningsmaterial. På grund av filmjölkens komplexa natur som alla växelverkar olika med förpackningsytan så är utvecklingen av ett material som minskar vidhäftningen helt klart en stor utmaning.