Estudo físico-químico e técnico-funcional de proteínas vegetais sonicadas individualmente e em combinações binária ou ternária

Abstract

Proteínas de origem vegetal representam uma alternativa mais sustentável do que aquelas de origem animal, mas não contemplam quantidades suficientes dos aminoácidos essenciais para satisfazer as necessidades nutricionais humana. A área de ciências e tecnologia de alimentos e setores de pesquisa e desenvolvimento industrial, têm buscado maneiras para isolar e otimizar o uso dessas proteínas oriundas de fontes vegetais. Atualmente, o mercado tem disponível para comércio, isolados e concentrados proteicos em pó, mas esses materiais apresentam baixa dispersibilidade, prejudicando e até impossibilitando sua utilização. A tecnologia do ultrassom vem sendo cada vez mais explorada com o intuito de contornar essa problemática. Assim, neste trabalho, isolado proteico da soja (IPS), concentrado proteico de ervilha (CPE) e isolado proteico do arroz (IPA), foram tratados com ultrassom com o intuito de otimizar suas propriedades técnico-funcionais, analisando suas características físico-químicas isoladamente ou em combinações. Por meio do delineamento Box-Behnken, diferentes combinações do binômino potência (256,5; 637,5 ou 712,5W) e tempo (120, 360 ou 600s) do ultrassom, foram aplicados sobre três concentrações das proteínas em meio aquoso (1,0; 3,0 ou 5,0% m/v). O tratamento ultrassônico (USt) promoveu alterações conformacionais no IPS, IPA e CPE, em virtude do aumento na exposição de regiões hidrofóbicas (índice H 0 ), desencadeando um aumento na capacidade de retenção de óleo (OHC); alterações nos valores do potencial zeta e diâmetro hidrodinâmico (d h ) das partículas dispersas, sem alterar o seu perfil de massa molecular. Pela análise da dispersibilidade, o tratamento de 712,5W|600s, em dispersões a 1,0% (m/v), foi a condição que promoveu um aumento mais pronunciado desta propriedade no IPS, enquanto para o CPE, foi o USt de 712,5W|360s, sobre dispersões 3,0% (m/v). Em contrapartida, nenhuma condição do USt foi capaz de modificar significativamente as propriedades físico-químicas e técnico-funcionais do IPA. Além disso, foi verificado que o USt foi fortemente impactado pela concentração das dispersões. Após o reconhecimento da9 efetividade do USt sobre IPS e CPE, o desenho experimental de mistura centroide simples foi utilizado para estudar o desempenho técnico-funcional de misturas binárias e ternária entre os três materiais. Essas misturas foram submetidas ao USt com as condições selecionadas previamente, que revelaram menor capacidade de formação de espuma e gel e maior dispersibilidade, ou seja, 256,5kJ (712,5W|360s). Apesar da baixa efetividade do USt em modificar o IPA de forma isolada, quando este material foi combinado com SPI, essa mistura com USt de 256,5 kJ|1.0% m/v, revelou efeitos sinergísticos, pois promoveu as maiores contribuições na dispersibilidade, no índice da atividade emulsificante e na OHC. Já a mistura entre CPE+IPA, o USt de 256,5 kJ|3,0% m/v revelaram desempenho funcional similares ao do CPE, porém superior ao do IPA. Outros resultados revelaram que a misturas dos materiais combinados ao USt promoveram melhorias na uniformidade e digestibilidade destes sistemas complexos. Assim, este trabalho mostrou que é possível otimizar o uso do IPS, IPA e PPC, por meio do USt ou pelas misturas entre esses materiais proteicos combinados ao USt, resultando em ingredientes constituídos de alto valor biológico, boa digestibilidade, e com boas propriedades técnico-funcionais. Palavras-chave: Proteínas a base de vegetais. Ultrassom. Otimização. Desenho experimental Box-Behnken. Desenho de mistura centroide simples.

Plant-derived proteins represent a more sustainable alternative than those of animal origin, but they do not contain sufficient amounts of essential amino acids to satisfy human nutritional needs. The área of food science and technology and industrial research and development sectors have been looking for ways to isolate and optimize the use of these proteins from plant sources. Currently, the market has available for commerce, powdered protein isolates and concentrates, but these materials have low dispersibility, hindering and even making their use impossible. Ultrasound technology has been increasingly explored in order to overcome this problem. Thus, in this work, soy protein isolate (SPI), pea protein concentrate (PPC) and rice protein isolate (RPI) were treated with ultrasound in order to optimize their techno-functional properties, analyzing their physicochemical characteristics, alone or in combinations. Using the Box-Behnken design, different combinations of the binomial power (256.5; 637.5 or 712.5W) and time (120, 360 or 600s) ultrasound were applied on three concentrations of proteins in aqueous medium (1.0; 3.0 or 5.0% w/v). The ultrasonic treatment (USt) promoted conformational changes in the SPI, RPI and PPC, due to the increase in the exposure of hydrophobic regions (H 0 index), which triggering an increase in the oil holding capacity (OHC); changes in the zeta potential and hydrodynamic diameter (d h ) values of the dispersed particles, without changing their molecular mass profile. By the dispersibility analysis, the treatment of 712.5W|600s, in dispersions at 1.0% (w/v), was the condition that promoted a more pronounced increase of this property in the SPI, while for the PPC, it was the USt of 712.5W|360s, over 3.0% dispersions (w/v). On the other hand, no USt condition was able to significantly modify the physico-chemical and techno-functional properties of the RPI. Furthermore, it was verified that the USt is strongly impacted by the concentration of dispersions. After recognizing the effectiveness of USt on SPI and PPC, the simplex centroid mixture design was used to study the techno-functional performance of binary and ternary mixtures between the three materials. These mixtures were submitted to USt under the conditions previously11 selected, which allowed for lower foam and gel formation capacity and higher dispersibility, ie, 256.5 kJ (712.5W|360s). Despite the low effectiveness of USt in modifying the RPI alone, when this material was combined with SPI, this mixture with USt of 256.5 kJ|1.0% w/v, revealed synergistic effects, as it promoted the greatest contributions to dispersibility, in the emulsifying activity index and in the OHC. As for the mixture between PPC+RPI, the USt of 256.5 kJ|3.0% w/v revealed functional performance similar to that of PPC, but superior to that of RPI. Other results revealed that the mixtures of materials combined with USt promoted improvements in the uniformity and digestibility of these complex systems. Thus, this work showed that it is possible to optimize the use of SPI, RPI and PPC, through USt or by mixing these protein materials combined with USt, resulting in ingredients with high biological value, good digestibility, and good techno-functional properties. Keywords: Plant-based protein. Ultrasound. Optimization. Box-Behnken experimental design. Simplex centroid mixture design.