LEOMAR HACKBART DA SILVA
EFEITO DA FERMENTAÇÃO UTILIZANDO Aspergillus oryzae
SOBRE AS CARACTERÍSTICAS FUNCIONAIS, TECNOLÓGICAS E
FÍSICO-QUÍMICAS DA FARINHA DE SOJA INTEGRAL E APLICAÇÃO EM
PÃO DE FORMA FUNCIONAL
CAMPINAS
2009
EFEITO DA FERMENTAÇÃO UTILIZANDO Aspergillus oryzae
SOBRE AS CARACTERÍSTICAS FUNCIONAIS, TECNOLÓGICAS E
FÍSICO-QUÍMICAS DA FARINHA DE SOJA INTEGRAL E APLICAÇÃO EM
PÃO DE FORMA FUNCIONAL
Leomar Hackbart da Silva
M.Sc Engenheiro Agrônomo
Prof. Dr Yoon Kil Chang
Orientador
Tese apresentada à Faculdade de Engenharia de Alimentos, da Universidade Estadual de Campinas, para a obtenção do título de Doutor em Tecnologia de Alimentos.
Campinas - SP 2009
FACULDADE DE ENGENHARIA DE ALIMENTOS DEPARTAMENTO DE TECNOLOGIA DE ALIMENTOS
FICHA CATALOGRÁFICA ELABORADA PELA BIBLIOTECA DA FEA – UNICAMP
Titulo em inglês: Optimiztion of the fermentation of whole soybean flour using Aspergillus oryzae evaluating the effect on functional, technological and physiochemical characteristics and its application in functional pan bread
Palavras-chave em inglês (Keywords): Aspergillus oryzae, Fermentation, Functional food Titulação: Doutor em Tecnologia de Alimentos
Banca examinadora: Yoon Kil Chang Caroline Joy Steel
Renata Maria dos Santos Celeghini Maria Teresa Pedrosa Silva Clerici Rosane da Silva Rodrigues
Programa de Pós Graduação: Programa em Tecnologia de Alimentos
Silva, Leomar Hackbart da
Si38e Efeito da fermentação utilizando Aspergillus oryzae sobre as características funcionais, tecnológicas e físico-químicas da farinha de soja integral e aplicação em pão de forma funcional / Leomar Hackbart da Silva. -- Campinas, SP: [s.n.], 2009.
Orientador: Yoon Kil Chang
Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas. Faculdade de Engenharia de Alimentos.
1. Aspergillus oryzae. 2. Fermentação. 3. Alimentos funcionais. 4. Soja. 5. Pão. I. Chang, Yoon Kil. II. Universidade Estadual de Campinas. Faculdade de Engenharia de Alimentos. III. Título. (cars/fea)
Este exemplar corresponde à redação final da Tese de Doutorado defendida
por LEOMAR HACKBART DA SILVA aprovado pela comissão julgadora em
___ de Novembro de 2009.
BANCA EXAMINADORA
___________________________ ___________________________
Prof. Dr. Yoon Kil Chang
Faculdade de Engenharia de Alimentos Unicamp
(Orientador)
Profª Drª Rosane da Silva Rodrigues Departamento de Ciência dos Alimentos
UFPel (Membro titular)
___________________________ ___________________________
Profª Drª Caroline Joy Steel Faculdade de Engenharia de Alimentos
Unicamp (Membro titular)
Profª Drª Gláucia Maria Pastore Faculdade de Engenharia de Alimentos
Unicamp (Membro suplente)
___________________________ ___________________________
Drª Renata Maria dos Santos Celeghini Faculdade de Engenharia de Alimentos
Unicamp (Membro titular)
Prof. Dr. Yong Kun Park
Faculdade de Engenharia de Alimentos Unicamp
(Membro suplente)
___________________________ ___________________________
Profª Drª Maria Teresa Pedrosa Silva Clerici Departamento de Nutrição
UNIFAL (Membro titular)
Drª Elizabeth Harumi Nabeshima ITAL
DEDICATÓRIA
Dedico este trabalho: A Deus, Aos meus pais Onildo e Luci, À minha irmã Heloisa Helena, Ao mais novo membro da família, meu sobrinho Pedro Henrique, E a minha noiva Paula.
AGRADECIMENTOS
A Deus, pela força em todos os momentos.Aos meus queridos pais, Onildo e Luci, minha irmã, Heloisa Helena e a minha noiva Paula pelo amor, apoio e incentivo em todos os momentos da minha vida.
Ao professor Dr. Yoon Kil Chang, pela orientação, dedicação, amizade e valiosa experiência, contribuindo para meu crescimento pessoal e profissional.
Aos membros da banca pelas correções e valiosas sugestões para conclusão deste trabalho.
Aos laboratoristas do Departamento de Tecnologia de Alimentos, em especial à Alessandra Coelho, Ana Lourdes, Ana Maria, Ana Koon, Bernadete, Diana e Renata, que tornaram meu trabalho melhor, através do apoio, amizade e dedicação.
Aos laboratoristas do laboratório de pós-colheita da Faculdade de Engenharia Agrícola. Em especial a Rosa Helena, pelo apoio na obtenção da farinha de soja.
A todos os amigos do laboratório de cereais, pela amizade e colaboração. Em especial a Maria Teresa, Matheus, Leonard Sebio, Marcio Schmiele, André, Leandra, Luz Maria, Débora, Eliza e Gabriela.
Aos funcionários da Padaria da FEA, ao Sr. José, Sr. Nilo, a Izilda e a Zezé, pelo apoio, amizade e grande ajuda nos trabalhos.
Aos alunos de graduação, Gabriela W. Nomiyama, Ingrid P. Souza, Juliana A. Ferreira e Mayra L. Noguchi, pela amizade e dedicação ao projeto.
A todos meus amigos do Departamento de Tecnologia de Alimentos pelos bons momentos e pelo apoio. Em especial a Luciana, Selma, Larissa, Vanessa e Reinaldo.
A todos meus amigos da UFPel pelo apoio e incentivo. Em especial aos Professores Moacir C. Elias, Alvaro R. G. Dias, Rosane S. Rodrigues, Miram R. G. Machado, Rui C. Zambiazi, Angelita Leitão, Paulo R. Buchweitz, Andréa S. Schneid e Ana Eucares.
À FAPESP pelo apoio financeiro ao projeto (Processo nº2007/00416-1). Ao CNPq pela bolsa de doutorado.
À Unicamp, Faculdade de Engenharia de Alimentos, Departamento de Tecnologia de Alimentos, pela oportunidade e pelas facilidades oferecidas para execução deste trabalho.
A todos que de alguma forma contribuíram para execução deste trabalho, aqui não mencionados, mas não esquecidos.
SUMARIO
LISTA DE TABELAS ... xv
LISTA DE FIGURAS ... xviii
RESUMO GERAL ... xxi
GENERAL SUMMARY ... xxiii
INTRODUÇÃO GERAL ... 1
CAPÍTULO 1 - REVISÃO BIBLIOGRÁFICA ... 9
1 Soja ... 11
2 Mercado ... 12
3 Aspectos nutricionais e funcionais da soja ... 15
3.1 Proteínas da soja ... 17
3.2 Isoflavonas da soja ... 21
4 Alimentos funcionais contendo soja ... 25
4.1 Alimentos fermentados de soja ... 27
4.2 Soja em produtos de panificação ... 31
5 Bibliografia ... 33
CAPÍTULO 2 - DETERMINATION OF ISOFLAVONES IN FERMENTED WHOLE SOYBEAN FLOUR BY HPLC WITH UV DETECTION ... 43
Abstract ... 45
Resumo ... 47
1 Introduction ... 49
2 Material and Methods... 51
2.1 Material ... 51
2.2.1 Preparation of the Inoculum ... 51
2.2.2 Fermentation Process ... 52
2.2.3 Sample Preparation and Extraction of Isoflavones ... 52
2.2.3.1 HPLC Analysis of Isoflavones ... 52
2.2.3.2 Quantitative Analysis of Isoflavones ... 53
2.3 Statistical Analysis ... 54
3 Results and Discussion ... 54
3.1 Quantitative Analysis of Isoflavones ... 54
3.2 Content and Composition of Isoflavones in Whole Soybean Flour (WSF) and Autoclaved Whole Soybean Flour (AWSF) ... 56
3.3 Content and Composition of Isoflavones in Fermented Autoclaved Whole Soybean Flour (FAWSF) ... 57
4 Conclusions ... 61
5 References ... 61
CAPÍTULO 3 - OTIMIZAÇÃO DA FERMENTAÇÃO UTILIZANDO Aspergillus oryzae SOBRE AS CARACTERÍSTICAS FUNCIONAIS, TECNOLóGICAS E FÍSICO-QUÍMICAS DA FARINHA DE SOJA INTEGRAL ... 65
Resumo ... 67 Abstract ... 69 1 Introdução ... 71 2. Material e métodos ... 73 2.1 Material ... 73 2.2 Métodos ... 73
2.2.1 Definição dos tratamentos ... 73
2.2.1.1 Preparo do inóculo e o processo de fermentação ... 74
2.3 Métodos ... 79
2.3.1 Caracterização físico-química e cor instrumental ... 79
2.3.2 Caracterização dos compostos bioativos ... 80
2.3.2.1 Análise das isoflavonas ... 80
2.3.2.2 Determinação qualitativa dos peptídeos ... 82
2.3.3 Avaliação tecnológica da proteína de soja e fatores antinutricionais ... 82
2.3.3.1 Índice de absorção de água (IAA) ... 82
2.3.3.2 Índice de solubilidade de nitrogênio (ISN) ... 82
2.3.3.3 Índice de atividade ureática (IAU)... 82
2.3.4 Definição das condições otimizadas de fermentação da FSIA ... 83
2.3.5 Análise estatística ... 83
3. Resultados e discussão ... 84
3.1 Caracterização físico-química e parâmetros tecnológicos da matéria-prima ... 84
3.1.1 Composição centesimal ... 84
3.1.2 Parâmetros tecnológicos ... 85
3.2 Caracterização físico-química e parâmetros tecnológicos da FSIAF ... 88
3.2.1 Composição centesimal da FSIAF ... 88
3.2.2 Parâmetros tecnológicos da FSIAF... 96
3.2.2.1 Cor da farinha de soja integral autoclavada fermentada ... 96
3.2.2.2 Índice de solubilidade do nitrogênio ... 99
3.2.2.3 Índice de absorção de água ... 99
3.2.2.4 Análise de pH da farinha de soja integral autoclavada fermentada ... 102
3.2.2.5 Índice de atividade ureática (IAU) da FSIAF ... 103
3.2.2.6 Índice de acidez do extrato etéreo (IAE) da FSIAF ... 103
3.3.1 Teor de isoflavonas em FSIAF ... 105
3.3.1.1 Isoflavonas glicosiladas ... 106
3.3.1.2 Isômeros de malonil isoflavonas glicosiladas ... 109
3.3.1.3 Isoflavonas agliconas equivalente ... 110
3.3.1.4 Isômeros de isoflavonas agliconas ... 114
3.3.1.5 Porcentagem de isoflavonas glicosiladas e agliconas em FSIAF ... 117
3.3.2 Perfil eletroforético da fração protéica da FSIAF ... 119
3.4 Condições de fermentação da FSIA otimizadas e validação experimental... 124
3.5 Avaliação da FSIA e da FSIAF otimizada ... 125
3.5.1 Composição centesimal da FSIA e da FSIAF otimizada ... 125
3.5.2 Parâmetros tecnológicos da FSIA e da FSIAF otimizada ... 126
3.5.3 Concentração de isoflavonas na FSIA e na FSIAF otimizada ... 128
4. Conclusão ... 130
5. Bibliografia ... 132
CAPÍTULO 4 - DESENVOLVIMENTO DE PÃO DE FORMA ENRIQUECIDO COM FARINHA DE SOJA INTEGRAL AUTOCLAVADA FERMENTADA ... 141
Resumo ... 143 Abstract ... 145 1 Introdução ... 147 2 Materiais e métodos ... 149 2.1 Material ... 149 2.2 Métodos ... 150 2.2.1 Processo de fermentação ... 150
2.2.2 Caracterização físico-química da matéria-prima ... 150
2.2.2.2 Granulometria ... 151
2.2.2.3 Cor instrumental ... 151
2.2.3 Definição dos tratamentos ... 151
2.2.4 Elaboração dos pães de forma enriquecidos com FSIAF ... 153
2.2.5 Avaliação da qualidade dos pães ... 155
2.2.5.1 Volume específico ... 156
2.2.5.2 Cor instrumental ... 156
2.2.5.3 Umidade ... 156
2.2.5.4 Análise de textura instrumental (Firmeza) ... 157
2.2.6 Definição da formulação de pão de forma otimizada ... 157
2.2.6.1 Avaliações reológicas da farinha de trigo e da mistura da farinha de trigo com a FSIAF e vital glúten... 158
2.2.6.1.1 Farinografia... 158
2.2.6.1.2 Extensografia ... 158
2.2.6.2 Avaliação dos pães de forma tecnologicamente otimizados ... 158
2.2.6.2.1 Avaliação sensorial ... 159
2.2.6.2.2 Determinação das isoflavonas ... 159
2.2.6.3 Análise estatística ... 161
3 Resultados e discussão ... 162
3.1 Caracterização físico-química das matérias-primas ... 162
3.1.1 Composição centesimal ... 162
3.1.2 Granulometria ... 163
3.1.3 Cor instrumental das farinhas de trigo e FSIAF ... 164
3.2 Qualidade tecnológica dos pães de forma ... 165
3.2.2 Cor instrumental do miolo dos pães de forma ... 167
3.2.3 Textura instrumental (Firmeza) dos pães de forma ... 174
3.3 Formulação de pão de forma otimizada ... 177
3.4 Avaliações reológicas das misturas de farinha de trigo com FSIAF e vital glúten na faixa otimizada ... 179
3.4.1 Farinografia ... 179
3.4.2 Extensografia ... 182
3.5 Avaliação dos pães de forma tecnologicamente otimizados... 184
3.5.1 Volume específico dos pães de forma otimizados ... 184
3.5.2 Cor instrumental dos pães de forma otimizados ... 185
3.5.3 Teor de umidade dos pães de forma otimizados ... 186
3.5.4 Textura instrumental (firmeza) dos pães de forma otimizados ... 187
3.5.5 Avaliação sensorial dos pães de forma otimizados ... 189
3.5.6 Teor de isoflavonas nos pães de forma otimizados ... 192
3.5.7 Composição centesimal dos pães de forma otimizados ... 195
4 Conclusões ... 198
5 Bibliografia ... 200
LISTA DE TABELAS
Tabela 1.1 – Área plantada e produção de soja, de acordo com os estados brasileiros ... 13 Tabela 1.2 – Ranking dos principais estados exportadores de soja do Brasil entre 2007 e 2008 ... 14 Tabela 1.3 - Perfil nutricional dos grãos de soja expressos por 100g de matéria seca ... 16 Table 2.1 - Equation of the straight line, correlation coefficient and range of the standard curve of the concentration of isoflavones ... 55 Table 2.2 - Concentrations (µg.g-1) of isoflavones isomers in whole soybean flour (WSF) and autoclaved whole soybean flour (AWSF) ... 57 Table 2.3 - Concentrations (µg.g-1) of isoflavone isomers in fermented autoclaved whole soybean flour (FAWSF) with Aspergillus oryzae ... 58 Tabela 3.1 - Níveis das variáveis independentes do delineamento estatístico do tipo composto central rotacional 22 ... 78 Tabela 3.2 - Delineamento estatístico do tipo composto central rotacional ... 78 Tabela 3.3 - Composição centesimal da farinha de soja integral (FSI) e farinha de soja integral autoclavada (FSIA), em base seca ... 85 Tabela 3.4 - Propriedades tecnológicas, pH e IAU da farinha de soja integral (FSI) e farinha de soja integral autoclavada (FSIA) ... 86 Tabela 3.5 - Cor da farinha de soja integral determinada pelo sistema CIELab ... 88 Tabela 3.6 - Delineamento experimental, do tipo composto central rotacional, com valores codificados e respostas das análises de composição centesimal das farinhas de soja fermentadas ... 90 Tabela 3.7 – Influência das condições de fermentação sobre os parâmetros L*, a*, b*, C* e h* da cor da FSIAF, nos diferentes ensaios ... 97 Tabela 3.8 - Delineamento experimental, do tipo composto central rotacional, com valores codificados e respostas das análises tecnológicas das farinhas de soja fermentadas ... 100
Tabela 3.9 - Influência das condições de fermentação sobre os teores dos isômeros de
isoflavonas glicosiladas na FSIAF, nos diferentes ensaios ... 107
Tabela 3.10 – Influência das condições de fermentação sobre os teores dos isômeros de malonil isoflavonas na FSIAF, nos diferentes ensaios ... 110
Tabela 3.11 – Influência das condições de fermentação sobre os teores dos isômeros de isoflavonas agliconas equivalente na FSIAF, nos diferentes ensaios ... 112
Tabela 3.12 – Influência das condições de fermentação sobre os teores dos isômeros de isoflavonas agliconas na FSIAF, nos diferentes ensaios ... 115
Tabela 3.13 – Influência das condições de fermentação sobre as porcentagens dos isômeros de isoflavonas glicosiladas e das agliconas na FSIAF, nos diferentes ensaios ... 118
Tabela 3.14 – Composição centesimal da farinha de soja integral autoclavada (FSIA) e da farinha de soja integral autoclavada fermentada otimizada (FSIAF otimizada), em base seca ... 126
Tabela 3.15 – Propriedades tecnológicas, pH e IAU da farinha de soja integral autoclavada (FSIA) e farinha de soja integral autoclavada fermentada otimizada (FSIAF otimizada) .... 127
Tabela 3.16 - Concentrações (µg.g-1) dos isômeros de isoflavonas em farinha de soja integral autoclavada (FSIA) e na farinha de soja integral autoclavada fermentada otimizada (FSIAF otimizada), em base seca ... 129
Tabela 4.1 - Níveis das variáveis independentes do delineamento estatístico do tipo composto central rotacional 22 ... 152
Tabela 4.2 - Delineamento estatístico do tipo composto central rotacional ... 152
Tabela 4.3 - Formulação utilizada na elaboração dos pães de forma. ... 154
Tabela 4.4 - Composição centesimal (base seca) da farinha de trigo e da FSIAF ... 162
Tabela 4.5 - Distribuição do tamanho de partículas das farinhas de trigo e da FSIAF ... 163
Tabela 4.6 - Cor da farinha de trigo e da FSIAF determinada pelo sistema CIELab ... 164
Tabela 4.7 – Influência da adição de FSIAF e vital glúten, sobre o volume específico dos pães de forma ... 166
Tabela 4.8 – Influência da adição de FSIAF e vital glúten, sobre os parâmetros L*, a*, b*, C* e h da cor do miolo dos pães ... 169 Tabela 4.9 - Influência da adição de FSIAF e glúten, sobre os valores de firmeza dos pães de forma ... 175 Tabela 4.10 – Porcentagens de substituição da farinha de trigo por FSIAF e vital glúten utilizadas na escolha da formulação otimizada dos pães ... 179 Tabela 4.11 – Parâmetros farinográficos da farinha de trigo e das misturas de farinha de trigo, FSIAF e vital glúten ... 180 Tabela 4.12 - Parâmetros extensográficos da farinha de trigo e das misturas de farinha de trigo, FSIAF e vital glúten ... 183 Tabela 4.13 – Volume específico e parâmetros da cor do miolo dos pães elaborados com farinha de trigo e substituição parcial por FSIAF e vital glúten ... 186 Tabela 4.14 – Umidade (%) dos pães elaborados com farinha de trigo e substituição parcial por FSIAF e vital glúten durante o armazenamento ... 187 Tabela 4.15 – Firmeza (N) dos pães elaborados com substituição parcial da farinha de trigo por FSIAF e vital glúten, durante o armazenamento ... 188 Tabela 4.16 – Valores dos testes de aceitação sensorial dos pães de forma elaborados com diferentes porcentagens de FSIAF e vital glúten ... 190 Tabela 4.17 – Teores de isoflavonas (µg.g-1) em pães de forma tecnologicamente otimizados quanto à adição de FSIAF e vital glúten ... 193 Tabela 4.18 - Composição centesimal (base seca) dos pães de forma tecnologicamente otimizados quanto à adição de FSIAF e vital glúten ... 197
LISTA DE FIGURAS
Figura 1.1 – Estrutura da planta de soja (a) e grão de soja (b)... 12 Figura 1.2 – Componentes do grão de soja ... 22 Figura 1.3 – Estruturas químicas das isoflavonas presentes na soja, adaptada de Friedman e Brandoni (2001). ... 23 Figure 2.1 - Chemical structure of the isoflavones considered in this study. ... 50 Figure 2.2 - Chromatographic profiles of isoflavone isomers in AWSF (a) and FAWSF-48 hours (b), 1 - daidzin; 2 - glycitin, 3 - genistin; 4 - daidzein; 5 - glycitein; 6 - genistein. ... 60 Figura 3.1 - Fotos do fungo Aspergillus oryzae, repique (a) e (b) em erlenmeyer para produção da suspensão de esporos. ... 75 Figura 3.2 - Fluxograma de produção da farinha de soja integral fermentada utilizando cepas de Aspergillus oryzae CCT 4359. ... 76 Figura 3.3 – Fotografias das farinhas de soja integral (a) e farinha de soja integral autoclavada ( b). ... 88 Figura 3.4 - Superfície de resposta (a) e curva de contorno (b) para o teor de proteínas na FSIAF. ... 92 Figura 3.5 - Superfície de resposta (a) e curva de contorno (b) para o teor de cinzas na FSIAF. ... 94 Figura 3.6 - Superfície de resposta (a) e curva de contorno (b) para o teor de carboidratos na FSIAF. ... 95 Figura 3.7 - Fotografias das farinhas de soja integral autoclavadas e fermentadas, nos diferentes ensaios e da farinha de soja integral autoclavada (FSIA). ... 98 Figura 3.8 - Superfície de resposta (a) e curva de contorno (b) para o índice de absorção de água (IAA) em amostras de FSIAF. ... 102 Figura 3.9 - Superfície de resposta (a) e curva de contorno (b) para o índice de acidez do extrato etéreo (IAE) em amostras de FSIAF. ... 105 Figura 3.10 - Superfície de resposta (a) e curva de contorno (b) para os teores de isoflavonas glicosiladas (daidzina, glicitina e genistina) das amostras de FSIAF. ... 108
Figura 3.11 - Superfície de resposta (a) e curva de contorno (b) para os teores de isoflavonas agliconas equivalente (daidzina, glicitina e genistina) das amostras de FSIAF.113 Figura 3.12 - Superfície de resposta (a) e curva de contorno (b) para os teores de isoflavonas agliconas (daidzeína, gliciteína e genisteína) das amostras de FSIAF. ... 116 Figura 3.13 – Análise de SDS-PAGE de proteína de farinha de soja integral (FSI), farinha de soja integral autoclavada (FSIA) e de farinha de soja integral autoclavada fermentada (FSIAF), nos diferentes ensaios. ... 120 Figura 3.14 – Análise de SDS-PAGE de proteína da farinha de soja integral (FSI), farinha de soja integral autoclavada (FSIA) e da farinha de soja integral autoclavada fermentada (FSIAF), nos diferentes ensaios. ... 122 Figura 4.1 – Etapas da elaboração dos pães de forma. ... 155 Figura 4.2 - Superfícies de resposta (a) e curvas de contorno (b) para o volume específico dos pães de forma em função da porcentagem de FSIAF e de vital glúten na formulação de pão de forma... 167 Figura 4.3 - Superfícies de resposta (a) e curvas de contorno (b) para o parâmetro a* da cor dos pães de forma em função da porcentagem de FSIAF e de vital glúten na formulação de pão de forma... 170 Figura 4.4 - Superfícies de resposta (a) e curvas de contorno (b) para o parâmetro b* da cor dos pães de forma em função da porcentagem de FSIAF e de vital glúten na formulação de pão de forma... 171 Figura 4.5 - Superfícies de resposta (a) e curvas de contorno (b) para o parâmetro C* (croma) da cor dos pães de forma em função da porcentagem de FSIAF e de vital glúten na formulação de pão de forma. ... 172 Figura 4.6 - Superfícies de resposta (a) e curvas de contorno (b) para o parâmetro hab (ângulo de tonalidade) da cor dos pães de forma em função da porcentagem de FSIAF e de vital glúten na formulação de pão de forma... 174 Figura 4.7 - Superfícies de resposta (a) e curvas de contorno (b) para a firmeza dos pães de forma em função da porcentagem de FSIAF e de vital glúten na formulação de pão de forma. ... 176
Figura 4.8 – Sobreposição das curvas de contorno dos valores de firmeza e volume específico dos pães para determinar a faixa ideal de adição de FSIAF e vital glúten na formulação (área branca). ... 178 Figura 4.9 – Fotografias dos pães elaborados com substituição parcial da farinha de trigo por FSIAF e vital glúten, na proporção de: A (30:6,5%); B (25:6,0%); C (20:4,5%), D (15:4,0%) e controle sem substituição da farinha de trigo. ... 185 Figura 4.10 – Fotografias dos pães elaborados com substituição parcial da farinha de trigo por FSIAF e vital glúten na proporção de: A (30:6,5%); B (25:6,0%); C (20:4,5%) e D (15:4,0%), utilizados na análise sensorial. ... 191
RESUMO GERAL
O consumo de soja e produtos fermentados de soja aumentou consideravelmente nos últimos anos, devido à presença de compostos funcionais como as isoflavonas e os peptídeos, que em determinadas concentrações trazem benefícios à saúde dos consumidores. Este trabalho objetivou avaliar e caracterizar a conversão dos isômeros de isoflavonas glicosiladas à agliconas e alterações das propriedades tecnológicas durante a fermentação da farinha de soja integral autoclavada (FSIA), sendo as condições de fermentação otimizadas através de Metodologia de Superfície de Resposta e posterior aplicação em pão de forma. A FSIA foi fermentada com o fungo Aspergillus oryzae CCT 4359, variando-se a temperatura de 28 (-1,41) a 42ºC (+1,41), e o tempo de incubação de 19 (-1,41) a 53 h (+1,41) de acordo com o planejamento experimental, seca em estufa a vácuo, a 60ºC, até 10% de umidade, obtendo-se a farinha de soja integral autoclavada fermentada (FSIAF), a qual foi avaliada quanto à composição centesimal, índice de absorção de água (IAA), índice de solubilidade do nitrogênio (ISN), índice de atividade ureática (IAU), pH, índice de acidez do extrato etéreo (IAE), cor instrumental, análise quantitativa das isoflavonas (CLAE-DAD) e perfil eletroforético das proteínas (SDS-PAGE). A otimização da formulação de pão de forma com FSIAF-otimizada foi realizada através de um planejamento experimental variando-se a porcentagem de FSIAF e de vital glúten. Os pães foram avaliados quanto ao volume específico, cor do miolo, umidade e firmeza do miolo. O produto otimizado foi caracterizado quanto ao volume específico e cor do miolo no dia da produção, umidade e firmeza do miolo, nos dias 1, 4 e 7 após o processamento, análise sensorial (aparência, cor, aroma, textura e sabor), intenção de compra e quantificação das isoflavonas. Os resultados indicaram que a fermentação aumentou o conteúdo de proteínas, lipídeos, cinzas e fibras, reduzindo o teor de carboidratos e não alterou a umidade. Modificou o IAA e IAE, reduziu o IAU de 0,61 (FSIA) para 0,25 unidades de pH (FSIAF), o que indica a redução de fatores antinutricionais, porém não influenciou na cor, pH e ISN da FSIAF, promoveu a transformação das isoflavonas glicosiladas em agliconas que passaram de 35,13 µg.g-1 na FSIA para a
faixa de 245,23 a 535,94 µg.g-1 na FSIAF, nos diferentes ensaios, aumentando em no máximo 14,26 vezes a concentração de agliconas na FSIAF e também promoveu a formação de peptídeos de baixo peso molecular (< 20 kDa). A FSIAF a 35ºC por 36h (ponto central) aumentou as isoflavonas agliconas para 77% do total de isoflavonas, reduziu a atividade ureática para níveis aceitáveis, não alterou os parâmetros de ISN e IAA, mantendo o IAE baixo, quando comparado com a FSIA, obtendo-se uma FSIAF-otimizada com melhores propriedades nutricionais, tecnológicas e funcionais, sendo escolhida para utilização em formulação de pães de forma. A adição de até 25% de FSIAF-otimizada e 6,0% de vital glúten na formulação de pão de forma não interferiu na firmeza e nas características sensoriais do produto, sendo esta porcentagem recomendada para a substituição da farinha de trigo. Uma porção de 50 g de pão de forma com adição de 25% de FSIAF e 6% de vital glúten fornece 10,20 g de proteína total, sendo 3,92 g de proteína de soja, que representam 15,66% da Ingestão Diária Recomendada, com 218,62 µg de isoflavonas, contendo 71% na forma aglicona o que corresponde a 44% da ingestão de isoflavonas considerada para efeito benéfico à saúde (500 µg). Além de fornecer 1,0% de fibras totais, conferindo propriedades funcionais ao pão.
Palavras chave: Aspergillus oryzae, fermentação, alimentos funcionais, farinha de
GENERAL SUMMARY
OPTIMIZATION OF THE FERMENTATION OF WHOLE SOYBEAN FLOUR USING Aspergillus oryzae EVALUATING THE EFFECT ON FUNCTIONAL, TECHNOLOGICAL AND PHYSICOCHEMICAL CHARACTERISTICS AND ITS
APPLICATION IN FUNCTIONAL PAN BREAD
The consumption of soybean and its fermented products has increased considerably in recent years due to the presence of functional compounds such as isoflavones and peptides, which are of benefit to consumer health if consumed in determined concentrations. The objective of the present study was to evaluate and characterize the conversion of glycosylated isoflavone isomers to aglycones and alterations in the technological properties, during the fermentation of whole autoclaved soybean flour (WASF), the fermentation conditions being optimized using the Response Surface Methodology and subsequent application in pan bread. The WASF was fermented using the fungus Aspergillus oryzae CCT 4359, varying the temperature from 28ºC 1.41) to 42ºC (+1.41) and the incubation time from 19h (-1.41) to 53h (+(-1.41) according to the experimental design, and then dried to 10% moisture content in a vacuum oven at 60ºC, thus obtaining whole fermented autoclaved soybean flour (WFASF). The following characteristics were evaluated: proximate composition, water absorption index (WAI), soluble nitrogen index (SNI), ureatic activity index (UAI), pH, ether extract acidity index (EAI), instrumental color, quantitative analysis of the isoflavones (HPLC-PDA) and the electrophoretic profile of the proteins (SDS-PAGE). Optimization of the formulation for the bread loaves containing optimized WFASF was carried out using an experimental design, varying the percentages of WFASF and vital gluten. The specific volume, crumb color, moisture content and firmness of the loaves were evaluated. The optimized product was characterized with respect to specific volume and crumb color on the day of
production, the moisture content and firmness 1, 4 and 7 days after processing, also determining the sensory acceptance (appearance, color, aroma, texture and flavor), purchase intention and quantification of the isoflavones. The results indicated that fermentation increased the protein, lipid, ash and fiber contents, reduced the carbohydrate content and did not alter the moisture content. It modified the WAI and EAI, reduced the UAI from 0.61 (WASF) to 0.25 (WFASF) pH units, indicating a reduction in the anti-nutritional factors, but did not influence the color, pH or SNI of the WFASF, promoting transformation of the glycosylated isoflavones into aglycones, which increased from 35.13 µg.g-1 in the WASF to a range between 245.23 to 535.94 µg.g-1 in the WFASF in the different trials, increasing the concentration of aglycones up to 14.26 times in the WFASF as compared to the WASF, and also promoting the formation of low molecular weight peptides (<20 kDa). In the WFASF produced at 35ºC for 36h (central point), the isoflavone aglycones increased to 77% of the total isoflavones, the ureatic activity was reduced to acceptable levels, the parameters SNI and WAI were unaltered, and the EAI remained low, as compared to the WASF, thus obtaining an optimized WFASF with better nutritional, technological and functional properties, allowing for its use in the formulation of bread loaves. The addition of 25% optimized WFASF and 6.0% vital gluten to the bread loaf formulation did not interfere with the firmness or sensory characteristics of the product, this being the proportion recommended for substitution of part of the wheat flour. A 50 g serving of bread with this percentage of addition provided 3.92 g soybean protein, representing 15.66% of the recommended daily ingestion, and 218.62 µg isoflavones with 71% in the aglycone form, corresponding to 44% of the recommended ingestion of isoflavones for a beneficial effect on health (500 µg), as well as providing 1.0% total fiber, thus conferring functional properties to the bread.
Keywords: Aspergillus oryzae, fermentation, functional food, whole soybean flour,
INTRODUÇÃO GERAL
A soja Glicine Max (L.) Merril é o principal produto agrícola de exportação do Brasil, com uma produção de aproximadamente 57 milhões de toneladas em 2009, colocando o país na posição de segundo maior produtor e exportador mundial (CONAB, 2009; USDA, 2009). Além da grande importância econômica, a soja também apresenta características nutricionais e funcionais que ampliam sua aplicação em diversos tipos de alimentos (SOUZA, 2006).
Os principais produtos obtidos do seu processamento são o óleo, o farelo, a proteína texturizada, o concentrado e isolado protéico, a farinha de soja desengordurada e a farinha de soja integral (LUI, 2000).
A soja e seus derivados apresentam grande potencial no mercado de alimentos funcionais devido à presença de compostos bioativos, como as isoflavonas, as quais têm sido amplamente estudadas quanto aos seus efeitos fisiológicos benéficos à saúde humana, tais como atividade estrogênica, antiestrogênica (especialmente sobre os sintomas do climatério e da osteoporose), hipocolesterolêmica e anti-carcinogênica (NIELSEN e WILLIAMSON, 2007; SETCHELL et al., 2002; OMONI e ALUKO, 2005).
A demanda por produtos a base de soja aumentou a partir de 1999, quando a FDA (Food and Drug Administration) destacou os benefícios da dieta rica em alimentos contendo soja e seus derivados. Alegando que a ingestão de 25 g de proteína de soja pode ajudar a reduzir o risco de doenças cardíacas, quando associada com uma dieta com baixos teores de gordura total, gordura saturada e colesterol (BROUNS, 2002; MESSINA, 1999). Essa quantidade de proteína possui em média 45 mg de isoflavonas, sendo influenciada pelas condições de cultivo, variedade e forma de processamento (GÓES-FAVONI et al., 2004).
Um fator importante a ser considerado é a absorção e biodisponibilidade das isoflavonas. Izumi et al. (2000) demonstraram que as isoflavonas glicosiladas não são absorvidas diretamente, devido principalmente à glicose em ligação beta.
Setchell et al. (2002) comprovaram que as isoflavonas glicosiladas sofrem hidrólise prévia a agliconas por ação de β-glicosidases intestinais antes de serem absorvidas pelo organismo humano, indicando que a forma de apresentação das isoflavonas interfere na velocidade de absorção. Esta conversão também pode ser realizada durante o processo de fermentação da soja, como no tempeh, extrato de soja, miso e natto (CHUN et al., 2008; KUO et al., 2006; WANG et al., 2007; YAMABE et al., 2007).
A fermentação é muito importante para melhorar o sabor dos alimentos e para aumentar as propriedades funcionais, pois durante a fermentação ocorre à redução dos fatores antinutricionais, hidrólise das proteínas e formação de peptídeo bioativos, que apresentam propriedades antioxidantes, anti-carcinogênica e anti-hipertensiva (WANG et al., 2007; LEE et al., 2004; KINOSHITA, YAMAKOSHI e KIKUCHI, 1993; HONG, LEE e KIM, 2004).
Os produtos de soja fermentada, tradicionalmente usados no Japão, tais como miso, natto e tempeh, são ativos contra a peroxidação lipídica devido à presença de isoflavonas que estão ligadas à atividade antioxidante. Além disso, a atividade antioxidante de genisteína ou de outras isoflavonas agliconas são superiores às de glicosil isoflavonas naturalmente presentes em maior concentração na soja não fermentada (ONOZAWA et al., 1998; ESAKI et al., 1999; PARK et al., 2001).
A elaboração de produtos com soja fermentada pode incrementar os componentes funcionais, como aumento das isoflavonas agliconas e peptídeos ativos que apresentam maior potencial nos benefícios à saúde (HONG, LEE e KIM, 2004; MEJIA et al., 2006).
A utilização de farinha de soja fermentada na alimentação humana pode ser ampliada através da utilização de farinhas mistas de soja e trigo na elaboração de pão de forma e outros produtos de panificação, sendo uma alternativa para inserir a soja na alimentação diária, aumentando o seu consumo, além de melhorar o valor nutricional e conferir propriedades funcionais aos produtos.
O pão é considerado um produto popular, consumido na forma de lanches ou com refeições, e apreciado devido a sua aparência, aroma, sabor, preço e disponibilidade. Segundo Dewettinck et al. (2008), atualmente está ocorrendo uma mudança na percepção dos consumidores, que procuram produtos elaborados com grãos integrais, sem adição de gordura, açúcar e sal. Na busca de hábitos alimentares mais saudáveis, os consumidores preferem pães com menos calorias, ricos em fibras, com pouco sal, sem aditivos e que tragam benefícios a saúde, principalmente, como redução do risco de doenças degenerativas.
Este trabalho objetivou avaliar e caracterizar a conversão das β-glicosil isoflavonas em agliconas, alterações da fração protéica, das propriedades químicas e tecnológicas durante o processo de fermentação da farinha de soja integral autoclavada, sendo que as condições otimizadas através de Metodologia de Superfície de Resposta reproduzida em maior escala e aplicada em formulação de pão de forma mais nutritivo e funcional.
Bibliografia
BROUNS, F. Soya isoflavones: A new and promising ingredient for the health foods sector. Food Research International, v.35, n. 2-3, p.187–193, 2002.
CHUN, J.; KIM, J. S.; KIM, J. H. Enrichment of isoflavone aglycones in soymilk by
fermentation with single and mixed cultures of Streptococcus infantarius 12 and Weissella sp. 4. Food Chemistry, v.109, n.2, p. 278–284, 2008.
CONAB – COMPANHIA NACIONAL DE ABASTECIMENTO. Acompanhamento da safra brasileira: grãos, nono levantamento (junho/2009). Brasília, DF, 2009. Disponível em: <http://www.conab.gov.br/conabweb/download/safra/9graos_08.09.pdf> Acesso em: 05 jul 2009.
DEWETTINCK, K.; BOCKSTAELE, F.V.; KÜHNE, B., WALLE, D.V., COURTENS, T. M.; GELLYNCK, X. Nutritional value of bread: Influence of processing, food interaction and consumer perception. Journal of Cereal Science, v. 48, n. 2, p. 243 – 257, 2008.
ESAKI, H.; WATANABE, R.; ONOZAKI, H.; KAWAKISHI, S.; OSAWA, T. Formation mechanism for potent antioxidative O-dihydroxyisoflavones in soybean fermented with Aspergillus saitoi. Bioscience, Biotechnology, Biochemistry, v. 63, n. 5. P. 851 – 858, 1999.
GÓES-FAVONI, S. P.; BELÉIA, A. D. P.; CARRÃO-PANIZZI, M. C.; MANDARINO, J. M. G. Isoflavonas em produtos comerciais de soja. Ciência e Tecnologia de Alimentos, v. 24, n. 4, p. 582-586, 2004.
HONG, K. J.; LEE, C. H.; KIM, S. K. Aspergillus oryzae GB-107 fermentation improves nutritional quality of food soybeans and feed soybean meals. Journal of Medicinal Food. v.7, n. 4, p. 430-436, 2004.
IZUMI, T., OSAWA, S., OBATA, A., TOBE, K., e SAITO, M. Soy isoflavone aglycones are absorbed faster and in high amounts than their glycosides in humans. Journal of
Nutrition, 130, n. 6, p. 1695–1699, 2000.
KINOSHITA, E.; YAMAKOSHI, J.; KIKUCHI, M. Purification and identification of an angiotensin I-converting enzyme inhibitor from soy sauce. Bioscience, Biotechnology, Biochemistry, v. 57, n. 7, p.1107–1110, 1993.
KUO, L. C.; CHENG, W. Y.; WU, R. Y.; HUANG, C. J.; LEE, K. T. Hydrolysis of black soybean isoflavone glycosides by Bacillus subtilis natto. Applied Microbiology and Biotechnology, v. 73, n 2, p. 314-320, 2006.
LEE, H. J.; LEE, K. W.; KIM, K. H.; KIM, H. K.; LEE, H. J. Antitumor activity of peptide fraction from traditional Korean soy sauce. Journal of Microbiology and Biotechnology, v.14, n. 3, p.628–630, 2004.
MEJIA, E. G.; LUMEN, B. O. DE. Soybean bioactive peptides: A new horizon in preventing chronic diseases. Sexuality, Reproduction and Menopause, v. 4, n. 2, p.91 – 95, 2006. MESSINA, M. J. Legumes and soybeans: Overview of their nutritional profiles and health effects. American Journal of Clinical Nutrition, v. 70, p. 439S–450S, 1999.
NIELSEN, I. L. e WILLIAMSON, G. Review of the factors affecting bioavailability of soy isoflavones in humans. Nutrition and Cancer-An International Journal, v. 57, n 1, p. 1– 10, 2007.
OMONI, A. O.; ALUKO, R. E. Soybean foods and their benefits: Potential mechanisms of action. Nutrition Reviews, v.63, n. 8, p. 272–283, 2005.
ONOZAWA, M.; FUKUDA, K.; OHTANI, M.; AKAZA, H.; SUGIMURA, T.; WAKABAYASHI, K. Effects of soybean isoflavones on cell growth and apoptosis of the human prostatic cancer cell line LNCaP. Japanese Journal of Clinical Oncology, v. 28, n.6, p. 360 – 363, 1998.
PARK, Y. K.; ALENCA, S. M.; NERY, I. A.; AGUIAR, C. L.; PACHECO, T. A. R. C. Enrichment of isoflavone aglycones in extracted soybean isoflavones by heat and fungal β-glucosidase. Food and Science Industry, v. 34, n.4, p. 14 – 19, 2001.
SETCHELL, K. D. R.; BROWN, N. M.; ZIMMER-NECHEMIAS, L.; BRASHEAR, W. T.; WOLFE, B. E.; KIRSCHNER, A. S.; HEUBI, J. E. Evidence for lack of absorption of soy isoflavone glycosides in humans, supporting the crucial role of intestinal - metabolism for bioavailability. American Journal of Clinical Nutrition, v. 76, n.2, p. 447-453. 2002. SOUZA, A. S. Efeitos da irradiação na composição e propriedades funcionais da soja. 2006. 120.p (Tese doutorado em alimentos e nutrição) – Faculdade de Engenharia de Alimentos, Universidade Estadual de Campinas, Campinas, 2006.
USDA – Agricultural Marketing Service. Brazil soybean transportation. Washington, DC, 2009. Disponível em: <www.ams.usda.gov/agtransportation> Acesso em: 05 julio 2009. WANG, H.; JENNER, A. M.; LEE, C. Y. J.; SHUI, G.; TANG, S. Y.; WHITEMAN, M.; WENK, M. R.; HALLIWELL, B. The identification of antioxidants in dark soy sauce. Free Radical Research, v.41, n. 4, p. 479–488, 2007.
YAMABE, S.; KOBAYASHI-HATTORI, K.; KANEKO, K.; ENDO, H.; TAKITA, T. Effect of soybean varieties on the content and composition of isoflavone in rice-koji miso. Food Chemistry, v. 100, n.1, p. 369–374, 2007.
CAPITULO 1
REVISÃO BIBLIOGRÁFICA
1 Soja
A soja é originária da Manchúria, região da China. É uma das culturas mais antigas, era plantada pelo menos há cinco mil anos, espalhou-se pelo mundo por intermédio dos viajantes ingleses e por imigrantes japoneses e chineses (MISSÃO, 2006).
A soja é um grão rico em proteínas e lipídeos, cultivado como alimento tanto para humanos quanto para animais. Esta leguminosa se destaca como importante fonte de proteína vegetal, sendo os principais produtos a farinha desengordurada, a farinha de soja integral, o isolado e o concentrado protéico de soja, utilizados principalmente como melhoradores tecnológicos de alimentos industrializados e substituintes da proteína animal (LUI, 2000).
O farelo de soja (40-50% de proteínas) é o seu principal subproduto, participando com mais de 60% dos farelos usados na alimentação animal. A farinha de soja desengordurada (50% de proteínas) ou integral (40% de proteínas) pode ser utilizada na proporção de 5 a 20% de adição na farinha de trigo para uso em panificação, fabricação de biscoitos, massas alimentícias etc. (GAVA, 1978).
Sua importância na dieta alimentar da antiga civilização chinesa era tal, que a soja, juntamente com o trigo, arroz, centeio e milheto, era considerada um grão sagrado, com direito a cerimoniais ritualísticos na época do plantio e da colheita (EMPRESA BRASILEIRA DE PESQUISA AGROPECUÁRIA, 2003). Esta leguminosa pertence à família Fabaceae, seu nome cientifico é Glycine max (L.) Merril (MATEOS-APARICIO et al., 2008).
A planta varia de 60 cm a 1,5 m de altura, herbácea, anual, ereta, pubescente, de pelos brancos, pardo-queimada e tostados. O seu sistema radicular consta de uma raiz principal pivotante, com ramificações ricas em
nódulos de bactérias fixadoras de nitrogênio atmosférico. As folhas são alternadas, de pecíolos longos e composta de três folíolos grandes, geralmente ovais. As flores são axilares ou terminais, do tipo papilionada, brancas, amarelas ou violáceas, segundo a variedade (Figura 1.1 - a). Os frutos, do tipo vagem, são achatados, curtos, de cor cinzenta, amarelo-palha ou preta, e encerram de duas a cinco sementes. Estas são, geralmente, elípticas e achatadas, de cor amarela, verde ou preta nas variedades cultivadas (Figura 1.1 – b) (EMPRESA BRASILEIRA DE PESQUISA AGROPECUÁRIA, 2003).
a b
Figura 1.1 – Estrutura da planta de soja (a) e grão de soja (b)
2 Mercado
A soja, Glicine max (L.) Merril, é o principal produto agrícola de exportação do Brasil, que gera superávit na balança comercial. É explorada do sul ao norte do país, sob altas tecnologias, desenvolvidas e adaptadas às mais diferentes situações edafoclimáticas (SMIDERLE et al., 2008). Nos últimos anos, principalmente com a abertura de novas áreas sob a vegetação do cerrado, o Brasil passou a ser um importante produtor de soja, tendo apresentado na última safra, uma área plantada de 21,73 milhões de hectares, com uma produção de 57 milhões de toneladas de grãos, com produtividade média de 2,623 ton.ha-1, apresentando, em algumas regiões, médias de rendimento superiores às obtidas pela soja norte-americana (CONAB, 2009). O estado do Mato Grosso é o maior
produtor e exportador deste grão no país, produzindo 30% e exportando ao redor da metade da soja produzida no Brasil, seguido dos estados do Paraná e Rio Grande do Sul (Tabela 1.1) (CONAB, 2009).
Tabela 1.1 – Área plantada e produção de soja, de acordo com os estados brasileiros
REGIÃO /UF ÁREA
(Em mil ha)
PRODUÇÃO (Em mil ton) MT 5.828,20 17.962,5 PR 4.069,20 9.509,7 RS 3.822,50 7.912,6 GO 2.307,20 6.836,2 MS 1.716,70 4.181,9 MG 914,80 2.690,4 BA 947,50 2.416,1 SP 531,30 1.306,5 MA 387,40 993,7 SC 385,30 991,0 TO 311,40 856,7 PI 273,90 763,9 RO 106,00 328,6 PA 72,20 208,7 DF 48,90 156,2 RR 8,00 22,4 BRASIL 21.730,50 57.137,10 Fonte: CONAB (2009).
Segundo projeções da USDA (2009), a produção mundial de soja para a safra 2008/2009 é estimada em 237,36 milhões de toneladas, sendo os maiores produtores mundiais os EUA, Brasil, Argentina e China.
O Brasil alcançou rapidamente a posição de segundo produtor mundial de soja, com uma produção em torno de 57 milhões de toneladas na safra 2008/09 (CONAB, 2009).
Em termos de comércio internacional, o Brasil vem consolidando sua posição de grande produtor e exportador de produtos do complexo soja, elevando sua
participação neste mercado a cada ano e com expectativa de assumir, futuramente, a liderança mundial no fornecimento de soja em grãos, superando os Estados Unidos, sendo que em 2008, o Brasil exportou aproximadamente 25 milhões de toneladas de soja em grão (Tabela 1.2) (USDA, 2009).
Tabela 1.2 – Ranking dos principais estados exportadores de soja do Brasil entre 2007 e 2008
Posição Estado 2007 2008
Mil toneladas
1 Mato Grosso 6.822,137 8.661,067
2 Paraná 3.729,772 4.395,927
3 Rio Grande do Sul 5.503,371 3.516,357
4 Goiás 2.192,407 2.311,912
5 Mato Grosso do Sul 1.065,860 1.006,343
6 Bahia 708,876 951,041 7 Maranhão 841,944 921,861 8 São Paulo 630,970 761,981 9 Tocantins 434,541 551,883 10 Santa Catarina 1.057,247 424,549 11 Minas Gerais 379,804 370,795 12 Rondônia 229,107 312,364 13 Piauí 9,132 131,996 14 Pará 67,484 129,640 15 Distrito Federal 30,115 38,843 Outros 31,008 12,931 Total 23.733,775 24.499,490 Fonte: USDA (2009).
A soja, além da grande importância econômica para o Brasil, apresenta características tecnológicas, funcionais e nutricionais que fazem com que seja utilizada em vários tipos de alimentos (SOUZA, 2006).
Pesquisas demonstraram que a soja, além do seu potencial nutritivo, é um alimento importante para a prevenção de doenças degenerativas, o que vem estimulando o seu consumo pela população em geral, apresentando grande potencial no mercado de alimentos funcionais devido à presença de fitoquímicos ou bioativos, como os peptídeos e as isoflavonas, os quais são amplamente
estudados quanto aos seus efeitos benéficos à saúde humana, como os observados em populações asiáticas, em virtude do alto consumo de soja (MESSINA et al., 1999).
3 Aspectos nutricionais e funcionais da soja
A soja, considerada alimento funcional, fornece nutrientes ao organismo e benefícios para a saúde dos consumidores. É rica em proteínas, contém isoflavonas, saponinas, fitosteróis, peptídeos com baixo peso molecular, oligossacarídeos e ácidos graxos poliinsaturados, que auxiliam na redução de riscos de doenças crônicas e degenerativas (PAUCAR-MENACHO, 2009). Também, constitui boa fonte de minerais, como ferro, potássio, magnésio, zinco, cobre fósforo, manganês e vitaminas do complexo B (CARRÃO-PANIZZI e MANDARINO, 1998). A absorção e utilização desses minerais podem ser prejudicadas devido a determinados compostos presentes no grão, como os fitatos, os quais são considerados por muitos pesquisadores como fatores antinutricionais, pois reduzem a biodisponibilidade dos minerais no organismo (GILLOOLY et al., 1984).
A composição química da soja pode variar com as condições climáticas, tipo de solo, localização geográfica, variedades e práticas agronômicas, entre outros fatores (VIEIRA, CABRAL e PAULA, 1999).
A soja contém aproximadamente 18 a 22% de lipídeos, a fração de gordura contém principalmente triglicerídeos que constituem 99% dos lipídeos da soja. Os menores componentes incluem os fosfolipídeos, materiais insaponificáveis (tocoferóis, fitosteróis e carboidratos) e ácidos graxos livres (Tabela 1.3) (MESSINA, 1999). A maioria dos grãos é pobre em lipídeos, porém a soja é uma exceção, por ter a maior quantidade de lipídeos de todas as leguminosas, fornecendo aproximadamente 47% do valor energético através de lipídeos (LIU, 1997).
Esta leguminosa contém carboidratos solúveis (açúcares: estaquiose, rafinose e sacarose) e insolúveis (fibras dietéticas: celulose, hemicelulose e pectina), constituindo aproximadamente 30% dos componentes da soja (Tabela 1.3). A sacarose é a única assimilável pelo organismo, e que apresenta valor nutricional. A estaquiose e a rafinose são oligossacarídeos complexos presentes na soja que não são digeridos ou utilizados como nutrientes diretos pelos humanos, porém são fontes de nutrientes para os microrganismos benéficos presentes no intestino delgado. Este tipo de flora intestinal é considerada benéfica para a saúde, pois em conjunto com as fibras, podem reduzir o risco de câncer do cólon e outras doenças intestinais. Mas esses carboidratos, quando degradados pelas bactérias intestinais, liberam gás e provocam desconforto e flatulência (RIAZ, 2006).
Tabela 1.3 - Perfil nutricional dos grãos de soja expressos por 100g de matéria seca
Composição Grãos de soja
Carboidratos complexos (g) 21 Carboidratos simples (g) 9 Estaquiose (mg) 3.300 Rafinose (mg) 1.600 Fibra insolúvel (g) 10 Fibra solúvel (g) 7 Proteína (g) 36 Gordura total (g) 19 Gordura saturada (g) 2,8 Gordura monoinsaturada (g) 4,4 Gordura poliinsaturada (g) 11,2 Cálcio (mg) 276 Magnésio (mg) 280 Potássio (mg) 1.797 Ferro (mg) 16 Zinco (mg) 4,8
3.1 Proteínas da soja
O teor de proteínas na maioria das leguminosas está ao redor de 20 – 25%, enquanto que na soja é de aproximadamente 40% (LUI, 2000). A proteína da soja é limitada em aminoácidos sulfurados, sendo a metionina o principal aminoácido limitante, seguido da cistina e da treonina (MESSINA, 1999), entretanto, a soja possui quantidades consideráveis de lisina, que é o aminoácido limitante na maioria das proteínas dos cereais (MATEOS-APARICIO et al., 2008).
As proteínas da soja são classificadas em três tipos, as envolvidas no metabolismo, as estruturais e as de reserva, que não possuem atividade biológica (ZARKADAS et al., 1994). Aproximadamente 80 a 90% do total das proteínas são de reserva e podem ser divididas em albuminas (10%), solúveis em água, e globulinas (90%), solúveis em soluções salinas (HOU e CHANG, 2004).
Sua classificação é feita de acordo com o coeficiente de sedimentação (S20,w) em quatro frações: 2S, 7S, 11S e 15S. A fração 2S corresponde a 22% das proteínas extraídas em água e é composta principalmente por inibidores de tripsina. A fração 7S corresponde a 37% das proteínas extraídas em água e contém hemaglutininas, lipoxigenases, β-amilase e globulinas 7S. A fração 11S corresponde a 31% das proteínas extraídas em água e é composta pela globulina 11S. A fração 15S corresponde a 11% das proteínas extraídas em água (LIU, 1997), apresenta-se como dímero de glicinina estável a força iônica superior a 0,5 M. A β-conglicinina (globulina 7S) e a glicinina (globulina 11S) são as principais proteínas de reserva da soja (RENKEMA et al., 2000).
As globulinas da soja possuem estruturas quartenárias complexas que facilmente sofrem reações de associação-dissociação, dependendo das condições do meio, principalmente pH, força iônica e solvente. A β-conglicinina é uma glicoproteína de massa molecular 140-170 kDa e estrutura quartenária trimérica. Pode ser separada por cromatografia em DEAE-Sephadex A-50 em seis componentes distintos que apresentam proporções e combinações diferentes das subunidades α (57-68 kDa), α’ (57-72 kDa) e β (42-52 kDa) (RENKEMA,
GRUPPEN e VLIET, 2002). Estes componentes são isômeros da β-conglicinina e foram denominados de B1 a B6-conglicinina. Estas subunidades são mantidas por ligações hidrofóbicas e pontes de hidrogênio (HOU e CHANG, 2004).
Existem outros componentes naturais presentes na soja como os fatores antinutricionais que podem afetar a qualidade nutricional de produtos à base de soja (SOUZA, 2006). Alguns destes fatores são parcialmente ou totalmente inativados pelo calor durante o processamento, tais como, os fatores antivitamínicos, as hemaglutininas e os inibidores de tripsina (BARTH et al., 1993). Outros não são destruídos pelo calor, como as saponinas, fitatos e fatores de flatulência, que também podem comprometer a qualidade nutricional da proteína de soja (LIENER, 1981; LUSAS e RIAZ, 1995).
A maior parte dos efeitos benéficos é oriunda da fração protéica, como demonstraram estudos recentes. A proteína de soja reduziu o nível de colesterol no plasma sanguíneo em indivíduos com alto nível de colesterol, diminuindo o risco de doenças cardíacas (LOVATI; MAZONI e GIANAZZA, 2000).
A alegação de que o consumo de proteína de soja está associado com a redução do risco de doenças cardíacas é permitida de ser rotulada em embalagens de produtos contendo proteína de soja (JONES, 2002). A FDA destacou que a inclusão de proteína de soja em uma dieta contendo pouca gordura saturada e colesterol pode reduzir o risco de doenças cardíacas através da diminuição dos níveis de colesterol no sangue (FOOD AND DRUG ADMINISTRATION, 1999). Isto ocorre devido ao perfil de aminoácidos, que difere da proteína animal, de forma que reduz o colesterol LDL circulante (COSTA e SUMMA, 2000).
Os produtos contendo proteína de soja estão conquistando espaço no mercado e são produzidos na forma de farinha, texturizados, isolados, substitutos de produtos lácteos, cárneos e de panificação (PUPPO e ANÕN, 1999). Suas proteínas também são utilizadas em alimentos como ingredientes funcionais e nutricionais, como substituto da proteína animal.
Além da importância nutricional das proteínas, há também seis peptídeos com propriedades antioxidantes, que foram isolados da proteólise da β-conglicinina da proteína de soja, compostos de 5 a 16 resíduos de aminoácidos, incluindo aminoácidos hidrofóbicos, valina, leucina em posição N-terminal e prolina, histidina e tirosina (CHEN; MURAMOTO e YAMAUCHI, 1995).
Wang e Mejia (2005) relataram que as proteínas e peptídeos derivados da soja apresentam papel importante nas propriedades fisiológicas deste grão, principalmente na prevenção de doenças crônicas. Os peptídeos biologicamente ativos podem ser encontrados naturalmente na soja ou serem obtidos por hidrólise protéica através de diversos métodos, como digestão enzimática ou fermentação, sendo a glicinina a proteína mais importante para originar os peptídeos bioativos.
Alguns peptídeos destacam-se por apresentar atividades bioativas, como propriedade de imunomodulação, atividade anticarcinogênica, anti-hipertensiva, hipocolesterolêmica, anti-obesidade e antioxidante (GIBBS et al., 2004; MEJIA e LUMEN, 2006). Dentre estes, pode se destacar o lunasin, que é um peptídeo que previne o câncer, contém uma sequência de 43 aminoácidos, com um peso molecular de 5400 Da, sendo originalmente isolado da soja, mas também pode ser encontrado na cevada. Na farinha de soja, a quantidade varia entre 0,10 a 1,33 g/100 g, de acordo com a variedade (JEONG et al., 2003; MEJIA et al., 2004).
Paucar-Menacho (2009) avaliou o efeito das condições de tempo e temperatura de germinação de sementes de soja, cultivar BRS 258, na concentração do peptídeo lunasin e observou que a soja apresenta aproximadamente 3,61 mg.g-1 de farinha, podendo variar de acordo com as condições de germinação para valores entre 1,1 a 4,5 mg.g-1 de farinha de soja germinada, sendo a máxima concentração verificada nas condições de 12 horas a 25ºC, que aumentou a concentração de lunasin na farinha de soja germinada em até 25%.
Os peptídeos bioativos muitas vezes atuam no organismo como hormônios e neurotransmissores, possuindo um importante papel fisiológico. Através da
interação de hormônios e receptores, exercem ações na regulação do metabolismo (água, minerais e outros nutrientes), controlando a excreção das glândulas, ajustando a pressão sanguínea e interferindo no crescimento corporal. Estes também podem exercer efeitos no sono, na inteligência, no raciocínio, na sensibilidade à dor, no comportamento sexual, além de efeitos no estresse do sistema nervoso central (WANG e MEJIA, 2005).
As proteínas da dieta alimentar são fontes de peptídeos, os quais são liberados durante a digestão gastrointestinal ou durante o processamento dos alimentos, atuando como hormônios reguladores de atividades fisiológicas. O processo de fermentação é considerado eficiente na produção de peptídeos bioativos, podendo ser obtidos por atividade microbiana em produtos fermentados ou por enzimas de microrganismos (KORHONEN e PIHLANTO, 2003).
Atualmente, o potencial dos peptídeos bioativos tem sido identificado em produtos de soja fermentada como no natto, tempeh, molho de soja, pasta de soja, sendo encontrados os peptídeos inibidores da ECA (enzima conversora da angiostensina-I), responsável pela hidrólise de dois importantes substratos envolvidos na regulação da pressão arterial, a angiotensina-I e a bradicinina, contendo alanina, fenilalanina e histidina, isolados de soja fermentada com
Bacillus natto (KORHONEN e PIHLANTO, 2003). Outros peptídeos com a mesma
função também foram encontrados na pasta de soja (His-His-Leu) (SHIN et al., 2001), molho de soja (OKAMOTO et al., 1995), natto e tempeh (GIBBS et al., 2004). Além disso, novas sequências de peptídeos bioativos podem ser sintetizadas durante o processo de fermentação (GIBBS et al., 2004).
As modificações enzimáticas das proteínas de soja são extensivamente exploradas para melhorar as propriedades funcionais, qualidade nutricional, produzir alimentos para fins especiais ou para melhorar o sabor (CLEMENTE, 2000; WU e CADWALLADER, 2002).
3.2 Isoflavonas da soja
O crescente interesse por alimentos denominados genericamente funcionais coloca a soja em uma posição de destaque novamente. Em princípio, a sua importância nutricional era relacionada exclusivamente ao elevado teor protéico, tendo sido chamada por alguns de “carne vegetal”. Atualmente, outros componentes da soja têm despertado considerável interesse da comunidade científica, especialmente as isoflavonas (FERRARI e DEMIATE, 2001).
Pesquisas demonstraram os efeitos benéficos do consumo de isoflavonas, tais como, atividade antioxidante (ESAKI et al., 1999), atividade antifúngica, propriedades estrogênica, antiestrogênica (especialmente sobre os sintomas da síndrome do climatério e da osteoporose) (KIM et al., 2006), hipocolesterêmica (ANTHONY et al. 1997), anticarcinogênica (KIM, PETERSON e BARNES, 1998; HIROTA et al., 2000) e redução do risco de arteriosclerose (CLAIR e ANTHONY, 2005; SUGIYAMA et al., 2006). Estes efeitos benéficos foram identificados em populações asiáticas em virtude de seu alto consumo de soja (MESSINA et al., 1999).
As isoflavonas são compostos originários do metabolismo secundário, com estrutura básica fenólica. Sua origem química está no ciclo dos ácidos orgânicos (WILDMAN, 2001), sendo formadas durante todo o período de enchimento do grão (desde 35 dias após o florescimento). As formas genistina e malonil genistina aumentam suas concentrações no final do período de enchimento do grão, enquanto as formas daidzina e malonil daidzina aumentam durante todo o período de enchimento do grão (CARRÃO-PANIZZI et al., 1998).
As isoflavonas se concentram no hipocotilédone da semente de soja, sendo encontradas quantidades até 10 vezes maiores que no cotilédone, e cerca de 100 vezes maiores que na casca. No entanto, como o cotilédone corresponde a 90% da semente e o hipocotilédone apenas 2% do grão (Figura 1.2), a maior contribuição em termos de isoflavonas para o grão é do cotilédone (ELDRIDGE e KWOLEK, 1983; TSUKAMOTO et al., 2001).
Segundo estudos de Carrão-Panizzi et al. (1998), que avaliaram o teor de isoflavonas em variedades de soja cultivadas no Brasil, o teor de isoflavonas varia entre 73,5 a 180,1 mg/100 g, sendo influenciado por fatores genéticos da planta e condições climáticas durante o cultivo.
Figura 1.2 – Componentes do grão de soja
Na Figura 1.3, estão representadas as 12 formas químicas das isoflavonas presentes na soja, que se diferenciam pelo radical R. As formas agliconas (daidzeína, genisteína, gliciteína) aumentam sua complexidade após se ligarem a uma molécula de glicose (daidzina, genistina, glicitina), depois a um radical acetil (acetil-daidzina, acetil-genistina, acetil-glicitina) e, por fim, a um radical malonil (malonil-daidzina, malonil-genistina, malonil-glicitina) (PENHA et al., 2007).
Figura 1.3 – Estruturas químicas das isoflavonas presentes na soja, adaptada de Friedman e Brandoni (2001).
A absorção e retenção das isoflavonas pelo organismo humano aumentam conforme a solubilidade em água. As isoflavonas glicosiladas não são absorvidas diretamente, sofrem hidrólise prévia a agliconas por ação de β-glicosidases intestinais, antes de serem absorvidas pelo organismo humano (SETCHELL, 1998). Desta forma, a genisteína é mais absorvida que a daidzeína, que por sua vez, é mais absorvida que a gliciteína. O mecanismo de absorção da genisteína já é conhecido, sendo as isoflavonas glicosiladas absorvidas inicialmente na mucosa intestinal com a continuidade do processo no fígado. Cerca de 70% das isoflavonas vão para a bile quatro horas após sua ingestão e 25% da excreção ocorre pela urina (HENDRICH e MURPHY, 2001).
Segundo Messina et al. (1994), as isoflavonas apresentaram efeito comprovado de proteção contra a carcinogênese em testes com animais (65% de resultados positivos). A ação protetora das isoflavonas em câncer de próstata, mama e outras formas de câncer hormônio-dependentes em humanos também foram reportadas por Bradlow e Sepkovic (2002); Bennink (2001); Messina et al. (1994); Kennedy (1995) e Caragay (1992). Esse efeito protetor ocorre por meio da regulação dos esteróides sexuais específicos e de fatores de crescimento dos tumores, conforme identificaram Lamartiniere et al. (2002) ao estudarem o efeito da ingestão de genisteína em humanos.
Estudos com soja sem isoflavonas demonstraram a perda de efeito da utilização de suplementação de proteína de soja, entretanto, um extrato com alto teor de isoflavonas demonstrou por si só ter atividade hipocolesterolêmica, por esta razão é importante que a proteína de soja para consumo deva conter uma quantidade mínima de isoflavonas (SIRTORI e LOVATI, 2001).
Um estudo randomizado controlado demonstrou o efeito da utilização de isolado protéico de soja contendo uma pequena quantidade de isoflavona, em torno de 37 mg, reduziu em 8% o nível de colesterol LDL. Este efeito foi dependente da dose utilizada, sendo que, com o aumento da quantidade de isoflavonas ingerida houve uma potencialização do efeito, reduzindo os níveis de colesterol LDL e total (CROUSE et al., 1999).
Alguns autores sugerem que o consumo de isoflavonas deve ser de aproximadamente 50 mg por dia para que ocorram efeitos benéficos (BARNES, KIM e XU, 2002; TSUKAMOTO et al., 2001; MARANHÃO, 2001; HAN et al., 2001). No entanto, estimativas recentes realizadas com base na dieta tradicional de populações asiáticas, rica em alimentos à base de soja, sugerem que o consumo médio de isoflavonas por essas populações varia entre 11 a 45 mg de isoflavonas/dia, enquanto que a média observada nos países ocidentais varia entre 0,5 e 2 mg de isoflavonas/dia (MUNRO et al., 2003; MORTENSEN et al., 2009).
A concentração e o perfil de distribuição das isoflavonas no grão de soja são influenciados pelas condições edafoclimáticas, variedade da soja e técnicas de processamento, como a germinação, o tratamento térmico e a fermentação, as quais podem promover a conversão parcial das formas esterificadas para as formas glicosiladas e agliconas. O aquecimento promove a conversão das formas malonil glicosídeos a acetil glicosídeos, e enzimas do tipo β-glicosidase, presentes naturalmente na soja, podem ser ativadas durante a germinação, ou produzidas por microrganismos inoculados em produtos fermentados podem hidrolisar os β-glicosídeos, liberando glicose e agliconas (BARBOSA, LAJOLO, e GENOVESE, 2006; CHUN, KIM, e KIM, 2008; COWARD et al., 1998; YAMABE et al., 2007; ZHU et al., 2005; PAUCAR-MENACHO, 2009).
Estudos recentes demonstraram que o processo de germinação altera a proporção de agliconas de 6% na farinha de soja controle para até 26,7% na farinha de soja germinada em diferentes condições de tempo e temperatura (PAUCAR-MENACHO, 2009). Este comportamento também foi observado por Zhu et al. (2005).
4 Alimentos funcionais contendo soja
Produtos à base de soja desempenham papel importante na nova geração de alimentos funcionais, na prevenção de doenças do coração, obesidade, hipercolesterolemia, câncer, diabetes, doenças dos rins, osteoporose (GARCIA et al., 1997) e sintomas da pós-menopausa (POTTER et al., 1998).
Alimentos funcionais contêm substâncias capazes de modular as respostas metabólicas do indivíduo, resultando em maior proteção e estímulo à saúde. Promovem o bem-estar dos indivíduos, prevenindo o aparecimento precoce de doenças degenerativas e permitindo o aumento da longevidade com qualidade de vida. Portanto, são alimentos que contêm uma ou mais substâncias capazes de
