Efeito do PH nas propriedades tecnológicas de concentrado proteico de soro de leite / Effects of PH on functional properties of whey protein concentrate

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Braz. J. of Develop., Curitiba, v. 5, n. 11, p. 23036-23059, nov. 2019 ISSN 2525-8761

Efeito do PH nas propriedades tecnológicas de concentrado proteico de

soro de leite

Effects of PH on functional properties of whey protein concentrate

DOI:10.34117/bjdv5n11-031

Recebimento dos originais: 09/10/2019 Aceitação para publicação: 04/11/2019

Fernanda Barbosa Lupki

Mestre em Ciência e Tecnologia de Alimentos pela Universidade Federal dos Vales do Jequitinhonha e Mucuri

Instituição: Universidade Federal dos Vales do Jequitinhonha e Mucuri E-mail: [email protected]

Pollyanna Aparecida Dias

Mestre em Saúde, Sociedade e Ambiente pela Universidade Federal dos Vales do Jequitinhonha e Mucuri

Instituição: Universidade Federal dos Vales do Jequitinhonha e Mucuri E-mail: [email protected]

Mauro Ramalho Silva

Doutor em Ciência de Alimentos pela Universidade Federal de Minas Gerais Instituição: Centro Universitário de Sete Lagoas (UNIFEMM), Unidade de Ensino de

Filosofia, Ciências e Letras

Endereço: Avenida Marechal Castelo Branco, 2765 – Santo Antônio, Sete Lagoas/MG – CEP: 35701-242

E-mail: [email protected]

Harriman Aley Morais

Doutor em Ciências da Saúde pela Universidade Federal de Minas Gerais Instituição: Universidade Federal dos Vales do Jequitinhonha e Mucuri

Endereço: Campus JK – Prédio DCB (sala 226) – Rodovia MGT 367 – km 5000 – Alto da Jacuba, Diamantina/MG – cep: 39100-000

E-mail: [email protected]

RESUMO

O soro de leite é um subproduto lácteo que contém proteínas de alto valor biológico, porém é considerado resíduo industrial altamente poluente, representando um impacto negativo das indústrias de laticínios no mundo. Assim, torna-se importante encontrar alternativas para seu aproveitamento. Como as proteínas do soro de leite exibem propriedades funcionais de grande utilidade em produtos alimentares industrializados, neste estudo objetivou-se avaliar o efeito de concentração proteica (0,1 a 2,0 %) e do pH (3 a 7) sobre as propriedades tecnológicas (solubilidade, capacidade de retenção de água, propriedades emulsionantes e espumíferas) deste resíduo lácteo. O concentrado proteico utilizado foi o da marca Alibra WPC 80 cedido pela Empresa de Desenvolvimento Tecnológico, Belo Horizonte, Minas Gerais. Verificou-se

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Braz. J. of Develop., Curitiba, v. 5, n. 11, p. 23036-23059, nov. 2019 ISSN 2525-8761 que os melhores resultados para solubilidade e capacidade de retenção de água foram alcançados em valores de pH 6 e 7. Em todos os valores de pH estudados, a máxima capacidade emulsionante foi observada na concentração proteica de 0,1 %, entretanto as emulsões mais estáveis sob aquecimento foram obtidas em pH 6 e 7, nos quais as proteínas também apresentaram a melhor solubilidade. Com relação à formação de espuma, averiguou-se que a maior expansão era obtida à medida que averiguou-se aumentava a concentração proteica, tendo atingido valor máximo a 2 %, no qual também se obteve maior estabilidade, especialmente nos pH 6 e 7. Assim pode-se concluir que o pH e a concentração proteica influenciaram nas propriedades tecnológicas das proteínas do soro de leite.

Palavras-Chave: resíduo industrial; proteínas lácteas; emulsão; espuma; estabilidade.

ABSTRACT

Whey is by-product of the manufacture of cheese or casein, and it contains protein of high biological value, but is considered highly polluting industrial waste, representing a negative impact of the dairy industry in the world. Thus, it becomes important to find alternatives to their use. The whey proteins exhibit functional properties useful in industrialized food products, and this study aimed to evaluate the effect of protein concentration (0.1 to 2.0 %) and pH (3-7) on technological properties of them. It was found that the best results for solubility and water retention capacity was achieved at pH 6 and 7. At all pH values studied, the maximum emulsifying capacity was observed in protein concentration of 0.1 % but the most stable emulsions were obtained by heating at pH 6 and 7, in which the proteins also exhibited the best solubility. With respect to the foaming capacity, it was examined that the greatest expansion was obtained as the protein concentration was increased, reaching a maximum 2% , where greater stability is also obtained, especially at pH 6 to 7. Thus it can be concluded that the protein concentration and pH influence on the technological properties of whey proteins.

Keywords: industrial waste; whey protein; emulsion; foams; stability.

1 INTRODUÇÃO

O soro lácteo, também conhecido como soro de leite, soro de queijo ou lactossoro, é um subproduto da indústria de laticínios, e representa a porção aquosa do leite que se separa do coágulo durante a fabricação do queijo ou a produção de caseína. É um líquido amarelo-esverdeado cuja composição físico-química varia em função do método de fabricação empregado, do tipo de leite, da época do ano, do tipo de alimentação do rebanho e da fase da lactação (SINHA et al., 2007; SMITHERS, 2008; MORENO-INDIAS et al., 2009; BARBOSA et al., 2010; SPALATELU, 2012).

Este derivado corresponde a 85-90% do volume de leite utilizado na fabricação de queijos e contém cerca de 55,0% dos seus nutrientes, sendo os principais constituintes a água (93,0-94,0%), a lactose (4,5-5,0% p/v), as proteínas solúveis (0,7-0,9% p/v), as gorduras (0,3-0,5% p/v), os sais minerais (0,6-1,0% p/v) e o ácido láctico (0,1-0,8% p/v) (SINHA et al.,

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Braz. J. of Develop., Curitiba, v. 5, n. 11, p. 23036-23059, nov. 2019 ISSN 2525-8761 2007; MORENO-INDIAS et al., 2009; SPALATELU, 2012; ALVES et al., 2014; SILVA; BUENO; SÁ, 2017). Ainda, é rico em vitaminas, tais como ácido pantotênico, tiamina, riboflavina, vitaminas B6 e B12 (BARBOSA et al., 2010).

Devido à grande quantidade de substâncias orgânicas presentes neste subproduto, representada principalmente pela lactose (aproximadamente 70% dos sólidos totais), o soro apresenta altos valores de demanda bioquímica de oxigênio, superior a 35 g de oxigênio/litro de soro (SMITHERS, 2008; MORENO-INDIAS et al., 2009), que o caracteriza com um importante agente de poluição. Por outro lado, considerando-se sua composição química, este subproduto lácteo, em virtude das propriedades tecnológicas, funcionais e fisiológicas de suas proteínas, apresenta um grande potencial de uso nas áreas biotecnológica, alimentícia e médica (SMITHERS, 2008; BARBOSA et al., 2010; ALVES et al., 2014; KABAŠINSKIENĖ et al., 2015; SILVA; BUENO; SÁ, 2017; BATISTA; CAMPOS; SILVESTRE, 2018).

No que concerne as suas proteínas, algumas técnicas foram desenvolvidas para separá-las do soro de leite, permitindo a obtenção de concentrados proteicos que são empregados na indústria alimentícia em função das propriedades tecnológicas de suas proteínas como solubilidade, ligação e retenção de gordura, retenção de água, emulsificação, viscosidade, estabilidade térmica, geleificação e formação de espumas (SINHA et al., 2007; ALVES et al., 2014; BATISTA; CAMPOS; SILVESTRE, 2018).

Neste contexto, a identificação de alternativas para o aproveitamento adequado do soro de leite é de fundamental importância, em função de sua qualidade nutricional, do volume produzido e de seu poder poluente. Pelo exposto, torna-se importante avaliar os efeitos do pH nas propriedades tecnológicas, também chamadas de características funcionais de um concentrado proteico de soro de leite (WPC), com o intuito de verificar em quais condições ele poderia ser empregado como ingrediente alimentício.

2 MATERIAL E MÉTODOS

2.1 MATERIAL

O concentrado proteico de soro de leite (whey protein concentrate – WPC) utilizado nesta pesquisa foi da marca Alibra WPC 80, gentilmente cedido pela Empresa de Desenvolvimento Tecnológico- EDETEC, Belo Horizonte, Minas Gerais. A albumina sérica bovina (código A7906) e o reativo de Folin-Ciocalteu (código F9252) foram adquiridos da Sigma Aldrich (São Paulo, Brasil). Todos os demais reagentes químicos eram de grau analítico.

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Braz. J. of Develop., Curitiba, v. 5, n. 11, p. 23036-23059, nov. 2019 ISSN 2525-8761 2.2 DETERMINAÇÃO DA COMPOSIÇÃO QUÍMICA

A composição química do WPC foi determinada segundo os métodos descritos na

Association of Official Analytical Chemists (HORWITZ; LATIMER JUNIOR, 2011), sendo

todas as análises realizadas em triplicata. A umidade foi determinada pelo método de secagem em estufa ventilada (Quimis Q-314M242, série 020, Diadema, SP, Brasil) a 105 ºC até peso constante; as cinzas, por incineração, em mufla (MDS, Fornitec, São Paulo, SP, Brasil) a 550 ºC; os lipídeos, por extração com éter etílico (Soxhlet modificado, Quimis Q-308G26, série 018, Diadema, SP, Brasil); as proteínas foram determinadas pelo método de micro-Kjeldahl (bloco digestor modelo MA4025 e destilador de nitrogênio modelo MA036, Marconi, Piracicaba, SP, Brasil), empregando o fator de conversão de nitrogênio para proteína de 6,38. A lactose foi quantificada por determinação de glicídios redutores em lactose.

2.3 DETERMINAÇÃO DA SOLUBILIDADE

Nesta análise adotou-se o procedimento de Silva; Morais e Silvestre (2003). Assim, foram preparadas dispersões de WPC80 a 0,04 % (p/v) em tampão fosfato dissódico a 0,2 mol.L-1_{e ácido cítrico a 0,1 mol.L}-1_{, nos pH 3, 4, 5, 6 e 7. As dispersões foram filtradas}

em papel de filtro (Quanty, modelo JP42) e alíquotas (100 mL) dos filtrados foram empregadas na determinação do teor de proteínas solúveis pelo método de Folin-Ciocalteu (LOWRY et al., 1951; HARTREE, 1972), utilizando albumina sérica bovina como padrão, sendo os resultados calculados em porcentagem, relacionando o teor de proteína solúvel da amostra com o teor de proteína total do WPC80, determinado pelo método de micro-Kjedahl.

2.4 DETERMINAÇÃO DAS PROPRIEDADES EMULSIONANTES

Para a determinação das propriedades emulsionantes (capacidade emulsionante, índice de atividade emulsionante e estabilidade da emulsão), dispersões de WPC80, foram preparadas em concentrações proteicas variando de 0,1 a 2,0 % (p/v), em solução tampão fosfato dissódico a 0,2 mol.L-¹ e ácido cítrico a 0,1mol.L-1¹, nos pH 3, 4, 5, 6 e 7. As amostras assim preparadas foram utilizadas imediatamente para as análises ou mantidas a -18 ºC, até o momento de uso. Na análise da capacidade emulsionante – CE (SILVA; MORAIS; SILVESTRE, 2003), empregou-se um equipamento contendo um funil de decantação, liquidificador (Black & Decker, modelo IB810, Uberaba, MG, Brasil) e dois eletrodos acoplados a uma lâmpada de 120 V. Um volume de 100 mL das amostras preparadas foi homogeneizado neste equipamento, na potência máxima (420 Watts) fazendo com que a lâmpada se acendesse.

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Braz. J. of Develop., Curitiba, v. 5, n. 11, p. 23036-23059, nov. 2019 ISSN 2525-8761 Juntamente com essa amostra, o óleo de soja refinado (ABC, Uberlândia, MG, Brasil) que estava no funil de decantação era adicionado ao liquidificador até ocorrer à inversão de fases da emulsão, detectada pela súbita queda da corrente elétrica, visualizada no apagar da lâmpada. O funil de decantação foi pesado antes e depois da adição de óleo, e o peso do óleo gasto foi determinado por diferença. A CE foi calculada em porcentagem, relacionando a quantidade de óleo emulsificada (em gramas) com o teor proteico das amostras (em miligramas).

Para avaliar o índice de atividade emulsionante – IAE (SILVA; MORAIS; SILVESTRE, 2003; DEEP; HASSAN; METZGER, 2012; LUCK et al., 2013) um volume de 25 mL de óleo de soja refinado e 75 mL da solução com maior CE, encontrada conforme descrito acima, foram homogeneizados em liquidificador, na potência máxima, durante três minutos. Imediatamente após a formação da emulsão, alíquotas de 1 mL foram retiradas e diluídas em 100 mL de uma solução a 0,1 % (p/v) de dodecil sulfato de sódio (SDS). Os balões, contendo as emulsões diluídas, foram invertidos três vezes para se obter misturas homogêneas, e a absorvância dessas emulsões foi lida a 500 nm em espectrofotômetro (modelo SP200UV, modelo SP-2000UV, Bel Photonics, Osasco, São Paulo, Brasil). O IAE foi calculado pela fórmula 1. (1) proteica ão concentraç . L . A a absorvânci T. . 2 ) g (m IAE 2 -1 =

Sendo T a turbidez (2,303); A, o fator de diluição (100), e L, o caminho óptico das cubetas de quartzo (0,01 cm).

Para verificar a estabilidade da emulsão – EEM (SILVA; MORAIS; SILVESTRE, 2003; DEEP; HASSAN; METZGER, 2012; LUCK et al., 2013), as emulsões formadas para a determinação do IAE, diluídas em SDS, foram armazenadas sob refrigeração (-18 ºC), por 24 horas. Após agitação leve por 30 segundos, alíquotas de 1 mL foram retiradas para leitura em espectrofotômetro a 500 nm. O restante das emulsões foi aquecido em banho-maria a 80 ºC por 10 minutos e resfriado a temperatura ambiente. Alíquotas também de 1 mL foram utilizadas para nova leitura de absorbância. A variação do índice de atividade emulsionante foi calculada pela fórmula 2.

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Braz. J. of Develop., Curitiba, v. 5, n. 11, p. 23036-23059, nov. 2019 ISSN 2525-8761 (2) 100 IAE ) IAE -(IAE ΔIAE% max min max =

Na qual o Δ IAE% é a variação do índice de atividade emulsionante, o IAEmax é o maior

valor obtido para as emulsões diluídas logo após a sua formação e o IAEmin é o menor valor

obtido pelas alíquotas após o armazenamento por 24 horas ou pelas alíquotas após o aquecimento. Os valores da EEM foram calculados pela fórmula 3:

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ΔIAE% 1

EEM =

2.5 DETERMINAÇÃO DAS PROPRIEDADES ESPUMÍFERAS

Na análise da capacidade espumífera – CEP (DEEP; HASSAN; METZGER, 2012), alíquotas de 100 mL de cada amostra preparada como descrito anteriormente (item 2.3) foram homogeneizadas em liquidificador, na potência máxima por 1 minuto para formação de espuma e transferidas para uma proveta graduada de 250 mL. A determinação da capacidade espumífera foi definida pelo cálculo da expansão da espuma, no tempo zero, imediatamente após o batimento, de acordo a fórmula 4.

(4) 100 (mL) batimento do antes Volume (mL) batimento do antes Volume -(mL) batimento após Volume CEP(%) =

A estabilidade da espuma – EEP (DEEP; HASSAN; METZGER, 2012) foi definida como a redução do volume de espuma formada, após 30 minutos em temperatura ambiente. Em seguida, relacionou-se, percentualmente, o volume remanescente da espuma com o volume produzido no tempo zero.

2.6 ANÁLISES ESTATÍSTICAS

Em todos os experimentos, adotou-se o delineamento em blocos inteiramente casualizados, sendo os resultados submetidos a análise de variância, com teste de média de Duncan (p < 0,05). Todos os experimentos foram realizados com três repetições e em triplicata.

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3 RESULTADOS E DISCUSSÃO

3.1 COMPOSIÇÃO QUÍMICA

Considerando que o WPC foi a matéria-prima deste estudo, determinar sua composição química (Tabela 1) é relevante. Verifica-se que os teores de proteínas foram similares entre os diferentes trabalhos, com diferenças nos teores dos outros constituintes.

Tabela 1. Composição química de diferentes concentrados proteico de soro de leite

Análises Amostras de WPC A B C D E F Proteínas 75,5 74,3 - 77,5 78,2 75,76 77,76 80,90 Umidade 4,0 3,4 - 4,9 - 5,86 4,02 5,20 Lipídeos 9,5 1,9 - 3,6 4,9 7,04 6,01 4,16 Cinzas totais 2,7 2,6 - 4,8 6,5 2,50 5,50 6,90 Lactose 8,3 11,8 – 14,7 9,9 8,84 6,71 0,31

A = WPC 80 Alibra utilizado no experimento; B = Média para seis amostras comerciais de

WPC 80 (ONWULATA; KONSTANCE; TOMASULA, 2004); C = WPC 80, Mahaan Proteins, New Delhi, India (SINHA et al., 2007); D e E = duas amostras comerciais de WPC80 (LUVIELMO; ANTUNES, 2006); F = WPC80, Dairy Products Technology Center, San Luis Obispo, California, Estados Unidos (SIKAND; TONG; WALKER, 2013).

É importante destacar que diversos fatores como raça das vacas, alimentação (plano de nutrição e forma física da ração), temperatura ambiente, manejo e intervalo entre as ordenhas, produção de leite e presença de infecção da glândula mamária podem interferir na composição do leite (BATTAGLINI et al., 2013; ALVES et al., 2014; SOUZA et al., 2018) e, consequentemente, na do soro. Além disso, este subproduto lácteo pode ser obtido de diferentes formas (ONWULATA; KONSTANCE; TOMASULA, 2004; SINHA et al., 2007; SPALATELU, 2012; SIKAND; TONG; WALKER, 2013), o que também influenciaria na sua composição química. Pelo exposto, sua caracterização é importante para que a indústria garanta um padrão de qualidade de sua matéria-prima, ponto esse crucial no desenvolvimento de novos produtos empregado esse derivado lácteo.

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Braz. J. of Develop., Curitiba, v. 5, n. 11, p. 23036-23059, nov. 2019 ISSN 2525-8761 3.2 SOLUBILIDADE

O efeito do pH na solubilidade proteica está representado na Figura 1, onde verifica-se que o melhor resultado foi encontrado em pH 6,0.

Figura 1: Perfil da solubilidade proteica em função do pH

Médias indicadas por letras iguais, não diferem entre si a 5% de significância, no teste de Duncan. Fonte: Dados da pesquisa.

A redução da solubilidade em valores de pH próximos ao ponto isoelétrico de proteínas lácteas, geralmente abaixo de pH 5,0 já foi anteriormente reportado para amostras de WCP80 (PELEGRINE; GOMES, 2008) e de isolados proteicos de soro de leite (PELEGRINE; GASPARETTO, 2003; BRAVO-NÚÑEZ et al., 2019), sendo que nestes estudos os valores máximos de solubilidade foram detectados em valores de pH ≥ 6, de forma similar ao aqui relatado.

Em outros estudos (ONWULATA; KONSTANCE; TOMASULA, 2004; KRESIC et al., 2006; DEEP; HASSAN; METZGER, 2012; LUCK et al., 2013; SIKAND; TONG; WALKER, 2013) com diferentes amostras comercias de WPC, já foram relatados valores de solubilidade proteica, em pH 7,0, variando desde 52,9% a mais de 90%.

Porém, ao comparar estes trabalhos citados anteriormente, vários foram os apontamentos feitos pelos autores que justificam essas diferenças tais como os métodos distintos para a determinação da solubilidade (percentual de proteína solúvel ou de proteína desnaturada e insolúvel), as formas de obtenção das amostras de WPC comerciais (processos de filtração em diferentes escalas, aplicação de alta pressão, peneiração com variação do

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Braz. J. of Develop., Curitiba, v. 5, n. 11, p. 23036-23059, nov. 2019 ISSN 2525-8761 diâmetro das peneiras), assim como a adição de outros compostos (polissacarídeos ou sais de sódio ou potássio).

Neste sentido, para que o WPC possa ser empregado com ingrediente alimentício torna-se essencial que as indústrias adotem um padrão de identidade e qualidade da matéria-prima que empregaram no desenvolvimento de seus produtos, uma vez que a solubilidade das proteínas é um dos principais parâmetros que influenciará na habilidade de formação e estabilidade de emulsões e espumas.

Em outras pesquisas (KRESIC et al., 2006; LIM; SWANSON; CLARK, 2008; DEEP; HASSAN; METZGER, 2012; LUCK et al., 2013), o efeito do pH sobre a solubilidade de proteínas de WPC também já foi estudado. Embora tenham sido utilizados amostras de WPC com diferentes teores de proteínas (34%, 35% e 80%) e em apenas dois valores de pH (3,0 e 7,0 ou 4,6 e 7,0), em todos os trabalhos foram encontrados resultados similares, ou seja, os maiores valores de solubilidade em pH 7,0.

A acidificação de dispersões de WPC (24,5% de proteínas) também já foi relatada como prejudicial para a solubilidade proteica (DISSANAYAKE; LIYANAARACHCHI; VASILJEVIC, 2012). Neste sentido, determinou-se que ao se promover a adição de ácido cítrico ou ácido láctico, até pH 3, a solubilidade reduziu de 86,4% (controle, pH neutro) para 67,4% e 70,0%, respectivamente. De acordo com os pesquisadores, embora as proteínas do soro sejam solúveis em ampla faixa de pH, em valores muito baixos (pH 2 a 3), elas podem adquirir carga positiva, o que pode promover um desdobramento da estrutura molecular, levando a agregação e subsequente perda de solubilidade.

As diferenças entre as distintas pesquisas podem ser explicadas pelo fato de que o pH modifica a ionização de uma solução proteica, alterando as forças de atração e repulsão entre proteínas, assim como sua capacidade para unir-se a moléculas de água, sendo que esta interação é mínima quando a proteína atinge seu ponto isoelétrico. Assim, em valores de pH próximos a 4,0, pode ter ocorrido mais interações proteína-proteína, pelo fato das forças eletrostáticas estarem num valor mínimo e menos água interagir com as moléculas proteicas (PELEGRINE; GASPARETTO, 2003; ONWULATA; KONSTANCE; TOMASULA, 2004; KRESIC et al., 2006; SIKAND; TONG; WALKER, 2013).

Além disso, é importante destacar que outros fatores também podem interferir na solubilidade de WPC, tais como a hidrólise enzimática, processos de filtração em membranas, a adição de solutos, a aplicação de altas pressões e o tratamento com ultrassom (ONWULATA; KONSTANCE; TOMASULA, 2004; KRESIC et al., 2006; JAMBRAK et al., 2008;

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Braz. J. of Develop., Curitiba, v. 5, n. 11, p. 23036-23059, nov. 2019 ISSN 2525-8761 DESOKI, 2009; DISSANAYAKE; LIYANAARACHCHI; VASILJEVIC, 2012; KEPPLER; SCHWARZ, 2017; GHANIMAH; IBRAHIM, 2018; SOUZA et al., 2018; BRAVO-NÚÑEZ et al., 2019) e, considerando que algumas dessas situações podem estar presentes no processamento de alimentos, torna-se essencial que esses variáveis sejam analisadas em estudos posteriores.

3.3 PROPRIEDADES EMULSIONANTES

Para se estudar as propriedades emulsionantes, primeiramente deve-se avaliar qual a concentração mínima de proteínas necessária para se obter resultados reprodutíveis, ou seja, a máxima capacidade emulsionante (PEARCE; KINSELLA, 1978; DUARTE et al., 1998b, 1998a; ORNELLAS; SILVA; SILVESTRE, 2001). Considerando os resultados da solubilidade, essa análise foi realizada, inicialmente, em pH 6,0, sendo os resultados apresentados na Figura 2.

Verifica-se que a máxima capacidade emulsionante foi observada quando se utilizou 0,1 g% de WPC80. Não foram encontrados relatos na literatura abordando a determinação da concentração proteica ótima de WPC. Porém, outros autores já verificam este parâmetro, com valores entre 0,5 a 2,0 g% ao trabalharem com proteínas do plasma bovino (ORNELLAS; JUNQUEIRA; SILVESTRE, 2003), proteínas do sangue (SORAPUKDEE; NARUNATSOPANON, 2017), globina bovina (ORNELLAS; SILVA; SILVESTRE, 2001; SILVA; MORAIS; SILVESTRE, 2003; LIMA et al., 2010), caseína bovina (DUARTE et al., 1998b) e caseinato de sódio (SILVA; MORAIS; SILVESTRE, 2003).

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Braz. J. of Develop., Curitiba, v. 5, n. 11, p. 23036-23059, nov. 2019 ISSN 2525-8761 Figura 2: Capacidade emulsionante em função da concentração de proteína da amostra de WPC80

Médias indicadas por letras não diferem entre si a 5% de significância, no teste de Duncan. Fonte: Dados da pesquisa.

3.3.1 Capacidade emulsionante

Assim, após determinar a concentração mínima de proteínas necessária (0,1 g%) para se obter resultados reprodutíveis, procedeu-se a avaliação do efeito do pH sobre a capacidade emulsionante do WPC80, como apresentado na Figura 3.

Figura 3: Efeito do pH na capacidade emulsionante da amostra de WPC80

897,7a 292,3b 198,1c _15.9d 121,5e 51,5g 87,5f 0,0 100,0 200,0 300,0 400,0 500,0 600,0 700,0 800,0 900,0 1000,0 0,10 0,40 0,70 1,00 1,40 1,70 2,00 C ap ac id ad e e m u lsi on an te (gr am as d e ól e o/ g d e p r ot e ín a) Concentração proteica (g%) 124,4d 708,8c 832,9b 897,7b 1072,2a 0,0 200,0 400,0 600,0 800,0 1000,0 1200,0 pH3 pH4 pH5 pH6 pH7 C ap ac id ad e e m u lsi on an te (gr am as d e ól e o/ g d e p r ot e ín a) Concentração proteica (g%)

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Braz. J. of Develop., Curitiba, v. 5, n. 11, p. 23036-23059, nov. 2019 ISSN 2525-8761 Outro autor (EL-DESOKI, 2009), ao realizar trabalho similar ao presente estudo, não verificou alterações significativas na capacidade emulsionante de duas amostras de WPC, com teores médios de proteína de 50%, em função do pH (de 2 a 7), que variou de 104 a 118 mL de óleo/grama de proteína. Porém, observou a adição de sais em concentrações crescentes (sem adição até 10%), aumentou a solubilidade proteica, mas reduziu a formação de emulsão, o que pode ter interferido na habilidade das proteínas de se difundirem para a interface óleo-água.

Embora tenham trabalho com amostra de isolado proteico de soro de leite, outros autores (KEPPLER; SCHWARZ, 2017) notaram que o tamanho médio dos glóbulos de gordura de emulsões diminui ao se aumentar os valores de pH de 2, para 4, 6 e 7, o que é indicativo da maior capacidade emulsionante das proteínas lácteas, especialmente da β-lactoglobulina, efeito esse similar ao observado neste trabalho, e que justificaria a melhor formação de emulsão em pH 7,0 para o WPC80.

Ressalta-se que qualquer fator que promova a alteração da estrutura proteica, especialmente por hidrólise enzimática de proteínas lácteas e a adição de solutos (DUARTE et al., 1998b, 1998a; SILVA et al., 2000; FURTADO et al., 2001; ORNELLAS; JUNQUEIRA; SILVESTRE, 2003; DEEP; HASSAN; METZGER, 2012; BATISTA; CAMPOS; SILVESTRE, 2018; GHANIMAH; IBRAHIM, 2018; ROSA et al., 2018) , pode alterar a habilidade das moléculas em formar emulsões e, neste contexto, deve-se avaliar adequadamente a qualidade da matéria-prima a ser empregada no desenvolvimento de um produto alimentício, e quais os ingredientes serão utilizados em sua formulação, garantindo assim a otimização do processo industrial.

3.3.2 Índice de atividade emulsionante

O índice de atividade emulsionante refere-se à habilidade da proteína em migrar para a interface óleo/água, ou seja, em facilitar a formação da emulsão. Como apresentado na Figura 4, a dispersão de WPC80 a 0,1 g% apresentou valores do índice de atividade emulsionante (IAE) variados. Nas emulsões resfriadas, verifica-se IAE mínimo em pH 6, ou seja, no mesmo pH da maior solubilidade (82,3%). Assim, caso a proteína seja muito solúvel em determinado valor de pH, ela tenderia a migrar para a fase aquosa, o que minimizaria sua fixação nesta interface, reduzindo o valor do IAE. Nota-se ainda que o aquecimento promoveu o aumento dos valores do IAE, o que provavelmente se relacionaria com a desnaturação proteica, e a maior exposição de resíduos de aminoácidos hidrofóbicos, o que contribuiria para

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Braz. J. of Develop., Curitiba, v. 5, n. 11, p. 23036-23059, nov. 2019 ISSN 2525-8761 a permanência das proteínas na interface óleo/água, fatos esses corroborados por outro relato da literatura (DEEP; HASSAN; METZGER, 2012).

Figura 4: Efeito do pH no índice de atividade emulsionante da amostra de WPC80

Em uma pesquisa comparando-se o efeito do pH no IAE de amostras de WPC80 (GHANIMAH; IBRAHIM, 2018) reportou-se que maiores valores de IAE foram encontrados em pH 5,0, quando comparados com as amostras de pH 3,0 e 7,0, resultados distintos ao do presente estudo. Os autores alegam que em pH 5,0, a alteração das cargas das moléculas pode ter sido minimizada, reduzindo a repulsão eletrostática entre as moléculas da proteína do soro de leite, favorecendo assim sua agregação. Por outro lado, os mesmos pesquisadores verificaram que o incremento do pH de 5 para 7 aumentou a estabilidade da emulsão, provavelmente pelo aumento na repulsão eletrostática das proteínas.

Em outros trabalhos com diferentes proteínas, resultados similares ao do presente estudo, isto é, máximos valores de IAE na mesma faixa de pH da menor solubilidade, também já foram observados para a caseína bovina (DUARTE et al., 1998a) e para proteínas isoladas do sangue bovino (ORNELLAS; SILVA; SILVESTRE, 2001; ORNELLAS; JUNQUEIRA; SILVESTRE, 2003), porém em nenhum destes estudos avaliou-se o efeito da temperatura.

Destaca-se, entretanto, que em várias pesquisas com outras amostras de proteínas do

0,02b 0,08a 0,07a 0,02b 0,09a 0,02e 0,34d 0,40c 0,51b 0,56a 0,00 0,10 0,20 0,30 0,40 0,50 0,60 0,70 pH 3 pH 4 pH 5 pH 6 pH 7 Ín d ic e d e at ivi d ad e e m u lsi on an te ( m 2/ m g) Aquecimento (80 ºC) Resfriamento (4 ºC)

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Braz. J. of Develop., Curitiba, v. 5, n. 11, p. 23036-23059, nov. 2019 ISSN 2525-8761 soro de leite (KRESIC et al., 2006; SINHA et al., 2007; EL-DESOKI, 2009; DEEP; HASSAN; METZGER, 2012; GHANIMAH; IBRAHIM, 2018; BRAVO-NÚÑEZ et al., 2019), discute-se a importância de discute-se modificar a estrutura proteica, por diferentes processos (adição de sais e de carboidratos, hidrólise proteica, por meio de tratamentos físicos, como ultrassom, filtração ou aplicação de altas pressões), não apenas pela alteração do pH, de forma a aumentar dispersão proteica na interface óleo/água, garantindo assim a formação e a estabilidade de uma emulsão, especialmente no caso de indústrias alimentícias.

3.3.3 Estabilidade da emulsão

Com relação a estabilidade das emulsões (Figura 5), verificou-que um comportamento similar ao relatado para o IAE, ou seja, melhores resultados em pH 6 e 7, os quais também coincidem com os dados de solubilidade. Em todas as condições estudadas, verificaram-se baixos valores de estabilidade da emulsão, especialmente quando as amostras foram submetidas ao resfriamento. Todavia, é importante ressaltar que, após o aquecimento, atingiu-se os valores máximos de EEM em pH 6 e 7, ou atingiu-seja, na mesma faixa de pH de maior solubilidade proteica. A maior solubilidade da proteína pode interferir negativamente na sua permanência na interface óleo/água, o que diminuiria a EEM. Por outro lado, este efeito pode ter sido compensado pela maior exposição de seus grupos hidrofóbicos após o aquecimento, o que justificaria os resultados observados neste trabalho.

Figura 5: Efeito do pH na estabilidade das emulsões de WPC80

0,01 0,02 0,01 0,01 0,01 0,01b 0,04a 0,02b 0,06a 0,05a 0,00 0,01 0,02 0,03 0,04 0,05 0,06 0,07 0,08 pH 3 pH 4 pH 5 pH 6 pH 7 E st ab il id ad e d a em u ls ão Aquecimento (80 ºC) Resfriamente (4 ºC)

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Braz. J. of Develop., Curitiba, v. 5, n. 11, p. 23036-23059, nov. 2019 ISSN 2525-8761 Como já relatado anteriormente (GHANIMAH; IBRAHIM, 2018), a manutenção das proteínas na interface óleo/água, induzida pela repulsão eletrostática, é fator primordial para a manutenção da emulsão e, neste sentido, qualquer fator que modifique a estrutura e a carga proteicas podem resultar na desestabilização do sistema formado.

Em contrapartida, alguns autores demonstraram que, mantendo-se o pH constante, a maior estabilidade de uma emulsão com proteínas de diferentes origens pode ser alcançada caso seja feita a adição de compostos que promovam maior solubilização, como sais e carboidratos (DUARTE et al., 1998a; EL-DESOKI, 2009; DEEP; HASSAN; METZGER, 2012; BRAVO-NÚÑEZ et al., 2019), pelo processo de hidrólise enzimática (DUARTE et al., 1998b; ORNELLAS; SILVA; SILVESTRE, 2001; ORNELLAS; JUNQUEIRA; SILVESTRE, 2003; SINHA et al., 2007) ou modificação por processos físicos (KRESIC et al., 2006; DISSANAYAKE; LIYANAARACHCHI; VASILJEVIC, 2012; SVANBORG et al., 2015)

Não foram encontrados relatos na literatura que avaliassem os efeitos do pH e da temperatura sobre a EEM de proteínas de WPC, porém, resultados semelhantes aos aqui descritos já foram obtidos para outras proteínas de origem animal (DUARTE et al., 1998b, 1998a; ORNELLAS; SILVA; SILVESTRE, 2001; ORNELLAS; JUNQUEIRA; SILVESTRE, 2003; LIMA et al., 2010).

3.4 PROPRIEDADES ESPUMÍFERAS

Os resultados das análises de capacidade espumífera do WPC estão mostrados na Figura 6, na qual se pode constatar que, de forma geral, os melhores resultados da capacidade espumífera (CEP) foram encontrados nos valores de pH 3 e 4, para a maioria das concentrações proteicas testadas. Além disso, ao contrário do observado para a capacidade emulsionante, a concentração de 0,1 g% revelou-se como a que originou os menores valores de formação de espuma.

A habilidade das proteínas em formarem espumas depende de muitos fatores, tais como aqueles relativos às características intrínsecas da molécula (massa molecular, carga elétrica, teor de aminoácidos sulfrados, hidrofobicidade superficial etc), bem como de suas estruturas, de forma que possam permanecer na interface água/ar. Assim, no presente estudo, os melhores resultados observados nos valores de pH mais ácidos podem estar relacionados ao fato de que as proteínas apresentem carga elétrica mínima, promovendo a repulsão eletrostática entre as moléculas, ou tenham sofrido alterações conformacionais, com exposição de resíduos

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Braz. J. of Develop., Curitiba, v. 5, n. 11, p. 23036-23059, nov. 2019 ISSN 2525-8761 aminoacídicos hidrofóbicos, fatores estes que podem favorecer sua migração para a interface água/ar.

Figura 6: Efeito do pH e da concentração proteica na formação de espumas.

Outros autores já avaliaram a capacidade espumante de proteínas de WPC, com teores proteicos semelhantes aos do presente estudo, tendo obtido valores variando entre 25% a 52% (ONWULATA; KONSTANCE; TOMASULA, 2004; SINHA et al., 2007), resultados estes divergentes dos aqui relatados, o que provavelmente relaciona-se a diferenças no preparo das amostras (solubilização em água ou em soluções tampão), bem como ao tipo de metodologia empregada nesta determinação.

Em um estudo com amostra de WPC (34% de proteína) (LUCK et al., 2013), foi observado que as amostras obtidas pelo processo de liofilização não gerou volume de espuma passível de mensuração, enquanto a produção de espuma de amostra preparada por secagem em spray-dryer também foi inferior ao de amostras comercias de WPC34. Quando se empregou amostra de WPC, efeito similar foi observado, ou seja, baixa formação de espuma. De acordo com os autores (LUCK et al., 2013), as diferenças entre os teor de lipídeos das amostras pode ser uma razão plausível para as distintas produções de espuma. Além disso, apontam que os processos de secagem empregados na obtenção das amostras podem ter aumentado a disponibilidade de lipídeos, ou propiciado a formação de complexos lipídicos,

0,0 10,0 20,0 30,0 40,0 50,0 60,0 70,0 80,0 90,0 100,0 0,10 0,40 0,70 1,00 1,40 1,70 2,00 Capacid ad e es p u m íf er a (% ) Concentração proteicas (g%) pH3 pH4 pH5 pH6 pH7

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Braz. J. of Develop., Curitiba, v. 5, n. 11, p. 23036-23059, nov. 2019 ISSN 2525-8761 que facilmente podem ocasionar a ruptura do filme na interface ar/água.

Similarmente ao observado para a capacidade emulsionante, diversos trabalhos também relatam que distintos fatores podem interferir na solubilidade proteica e, consequentemente, na formação de espuma (KRESIC et al., 2006; DISSANAYAKE; LIYANAARACHCHI; VASILJEVIC, 2012; SVANBORG et al., 2015; BRAVO-NÚÑEZ et al., 2019).

De forma similar ao constatado para a CEP, averígua-se na Figura XX que as menores reduções no volume de espuma, ou seja, os melhores resultados da estabilidade da espuma (EEP), foram alcançadas em pH 3, em todas as concentrações proteicas, cujos valores foram inferiores a 32%, no período de tempo avaliado.

Figura 7 – Efeito do pH e da concentração proteica na estabilidade de espumas.

Assim como discutido no item anterior, as modificações na carga e na conformação das proteínas do WPC, em pH 3, podem ter contribuído não só para a migração das moléculas, mas também para sua permanência na interface água/ar, contribuindo para a estabilidade da espuma formada. Além disso, os melhores resultados obtidos nas maiores concentrações proteicas podem se relacionar com a maior a viscosidade da fase liquida, bem como pelo aumento da espessura da película absorvida. Não foram encontrados relatos na literatura nos

0,00 20,00 40,00 60,00 80,00 100,00 120,00 0,10 0,40 0,70 1,00 1,40 1,70 2,00 E st ab il id ad e d a es p u m a( % ) Concentração de proteína (g) PH7 PH6 PH5 PH4 PH3

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Braz. J. of Develop., Curitiba, v. 5, n. 11, p. 23036-23059, nov. 2019 ISSN 2525-8761 quais fossem discutidos os efeitos do pH e da concentração proteica sobre a estabilidade da espuma de soluções de WPC.

4 CONCLUSÕES

Nas condições estudadas, verificou-se que as melhores condições para formação de emulsões de WPC foram obtidas na concentração proteica de 0,1 g%, a qual apresentou máxima capacidade emulsionante, em todos os valores de pH analisados.As emulsões formadas foram mais estáveis nos pH 6 e 7, nos quais as proteínas apresentaram a melhor solubilidade. A formação e a estabilidade das espumas aumentaram em função do incremento da concentração proteica, tendo atingido valores máximos quando o teor de proteínas foi de 2 g%, no qual também se obteve maior estabilidade, nos pH 6 e 7. Conclui-se que o pH e a concentração proteica influenciaram nas propriedades tecnológicas das proteínas do soro de leite.

AGRADECIMENTOS

À FAPEMIG, pelo financiamento do projeto de pesquisa, e à UFVJM, pela concessão de bolsa de iniciação científica.

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