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Type: TESE
Degree Level: Doutorado
Title: Obtenção de concentrados proteicos de amaranto (Amaranthus sp) por diferentes processos e avaliação de seus efeitos em algumas propriedades
Title Alternative: Obtained of amaranth protein concentrates (Amaranthus sp) by different process and evaluation of its effects on some properties
Author: Bejarano Lujan, Dagnith Liz
Advisor: Netto, Flavia Maria, 1957-
Abstract: Resumo: Um caminho importante para a utilização dos grãos de amaranto é a produção de isolados ou concentrados protéicos, tornando-se um ingrediente potencial para uso na formulação de alimentos. Diferentes processos para obtenção de concentrados protéicos e avaliação de seus efeitos nas propriedades funcionais foram estudados neste trabalho. O trabalho foi desenvolvido em três etapas. Na primeira, foi realizado a caracterização físico-química e solubilidade de concentrados protéicos de Amaranthus cruentus e A. caudatus obtidos seguindo a extração protéica convencional para isolados protéicos (CPAIs) e estes mesmos concentrados também foram avaliados após serem dialisados (CPAIDs). Os CPAIs e CPAIDs foram caracterizados por eletroforese SDS-PAGE, grupos sulfidrilas livres (SH), calorimetria diferencial de varredura (DSC), cromatografia líquida de alta eficiência - exclusão molecular (CLAE-EM), solubilidade em água e em NaCl 0,05 mol/L em pH 3,0, 4,5 ou 7,0 e teor de compostos fenólicos totais. Na segunda etapa, estudou-se o efeito de diferentes processos de obtenção dos concentrados protéicos (CPAs) da espécie A. cruentus nas suas características físico-químicas e solubilidade, propondo-se três processos: (1) processo convencional para obtenção de isolados protéicos, utilizando pH 9,0 na extração, pH 4,5 para precipitação das proteínas e neutralização; (2) lavagem ácida (pH 4,5) prévia à extração protéica e (3) processo térmico a 50 ºC na etapa de extração alcalina. Os CPAs resultantes desses processos foram denominados concentrado protéico padrão (CPAp), concentrado protéico lavagem ácida (CPAla) e concentrado protéico tratado termicamente (CPAtt), respectivamente, e foram avaliados pelos perfis eletroforético e cromatográfico, grupos sulfidrilas livres (SH), calorimetria diferencial de varredura (DSC), solubilidade em água e NaCl 0,05 mol/L em pH 3,0, 4,5 ou 7,0, compostos fenólicos e parâmetros de cor. Na última etapa deste trabalho, foi estudada a gelificação de concentrados protéicos de amaranto obtidos pelos tratamentos estudados na segunda etapa. Os géis dos três CPAs, obtidos de dispersões de 12% de proteína tratadas a 70, 80 e 90°C, foram avaliados por ensaios reológicos a altas (propriedades de fratura) e baixas (propriedades de textura) deformações; os géis, com mesma concentração de proteína, porém, obtidos a temperaturas de 55 a 90 ºC foram avaliados por ensaios reológicos a baixas deformações (varreduras de temperatura e tempo). Também foi estudada a capacidade de retenção de água (CRA) e a microestrutura dos géis foi avaliada por microscopia eletrônica de varredura (MEV). A caracterização físico-química e solubilidade de concentrados protéicos das espécies A. cruentus e A. caudatus mostrou teores de proteína e solubilidade estatisticamente maiores para a espécie A. caudatus do que para o A. cruentus, e a presença das frações albuminas, globulinas e glutelinas em ambas as espécies e concentrados protéicos. Com a diálise, houve diminuição da solubilidade, diminuição do número de grupos SH livres, formação de agregados de menor massa molar aparente e maior estabilidade térmica protéica dos concentrados de ambas as espécies. O processo de obtenção dos concentrados protéicos resultou em um aumento de duas vezes do teor de fenólicos totais em relação às farinhas desengorduradas, porém a diálise diminuiu o teor de fenólicos. Dos concentrados protéicos obtidos de sementes de A. cruentus pelos diferentes processos, CPAla e CPAtt apresentaram teores de proteína superiores a 75% e teor de grupos sulfidrilas livres inferior aos observados para o CPAp. Os resultados de calorimetria mostraram um pico de transição a 69,8 ºC para todos os concentrados. Para CPAtt e CPAp foi observado um segundo pico endotérmico a 101,9 e 101,6 ºC, respectivamente e um terceiro pico para o CPAla a 103,7 ºC. Estas temperaturas de desnaturação corresponderam às diferentes frações protéicas, no entanto, um pico endotérmico intermediário (78,8 ºC), observado apenas no CPAla, sugere alteração estrutural das proteínas, que pode ter ocorrido pela formação de complexos proteína-compostos fenólicos, resultando em maior estabilidade térmica do CPAla. Os resultados de composição, cor, teor de fenólicos totais, solubilidade e perfil cromatográfico confirmaram que a presença de compostos fenólicos influenciou nas propriedades avaliadas. Os géis protéicos preparados a partir do CPAp, CPAla e CPAtt foram mais elásticos, mais duros e menos adesivos com o aumento da temperatura de gelificação, sendo que os géis do CPAtt apresentaram os maiores valores de fraturabilidade, dureza, coesividade e elasticidade, seguido pelos géis do CPAp e CPAla. O ponto de gel, determinado pela variação diferencial no módulo de armazenamento (G¿) em função da temperatura (dG¿/dT), mostrou duas temperaturas de início de gelificação para os géis do CPAp e do CPAtt, enquanto a gelificação do CPAla foi determinada por uma única temperatura. A capacidade de retenção de água dos géis aumentou com o aumento da temperatura de gelificação e esteve diretamente relacionada com o tipo de matriz do gel. Os géis obtidos a partir do CPAtt mostraram CRA superior e apresentaram rede mais estruturada quando comparados com o CPAp e CPAla. Em contraste, os géis do CPAla apresentaram sinérese. Os resultados sugerem que os diferentes processos de obtenção de CPAs podem levar a diferentes graus de desnaturação e agregação das proteínas, com influência nas propriedades funcionais, possivelmente como resultado de variações nos componentes presentes em cada espécie de amaranto e no processo de extração. O processo de lavagem ácida teve efeitos positivos na solubilidade, no entanto, o processo térmico favoreceu a formação da rede do gel

Abstract: An important path for the utilization of amaranth grains is the production of protein isolates or concentrates, making it a potential ingredient for use in food formulation. Alternative processes for the production of protein concentrates and the evaluation of their effects on functional properties were studied in this work. To reach this objective, the work was developed in three steps. In the first step, the physicochemical characterization and solubility of Amaranthus cruentus and A. caudatus protein concentrates obtained through conventional protein extraction for protein isolates (IAPCs) was evaluated, and these concentrates were also evaluated after dialysis (DIAPCs). IAPCs and DIAPCs were characterized through SDS- PAGE electrophoresis, free sulfydryl groups (SH), differential scanning calorimetry (DSC), size-exclusion high performance liquid chromatography (SEHPLC), solubility in water and in 0.05 mol/L NaCl at pH 3.0, 4.5 and 7.0 and total phenolic compound content. In the second step, the effect of different processes for the production of amaranth protein concentrates (APCs) of the species A. cruentus on physicochemical characteristics and solubility was studied, proposing three processes: (1) conventional process for the production of protein isolates, using pH 9.0 for extraction, pH 4.5 for protein precipitation and neutralization; (2) acid washing (pH 4.5) previous to protein extraction, and (3) alkaline extraction at 50 ºC. The resulting APCs were designated standard protein concentrate (APCst), acid washed protein concentrate (APCaw) and thermally treated protein concentrate (APCtt), respectively, and were evaluated as to their electrophoretic and chromatographic profiles, free sulfydryl groups (SH), differential scanning calorimetry (DSC), solubility in water and in 0.05 mol/L NaCl at pH 3.0, 4.5 and 7.0, phenolic compounds and color parameters. In the last step of this work, the gelification of amaranth protein concentrates obtained by the conventional process, by acid washing previous to protein extraction and protein extraction with heating was studied. The gels of the three APCs, prepared from 12% protein dispersions at 70, 80 and 90 °C, were evaluated through rheological assays at high (texture and fracture properties) and low (time and temperature scannings) deformations. The gels, with same protein concentration, however, obtained at temperatures of 55 to 90 ºC were evaluated by rheological assays at low deformations (sweeps of temperature and time). The water retention capacity (WRC) and the microstructure of the gels evaluated through scanning electron microscopy (SEM) were also studied. The study of the physicochemical and functional characterization of the protein concentrates from the species A. cruentus and A. caudatus showed statistically higher protein content and solubility for the species A. caudatus than for A. cruentus and the presence of albumin, globulin and glutelin fractions in both species and processes. After dialysis, there was a reduction in solubility, a reduction in the number of free SH groups, the formation of lower apparent molecular mass aggregates and higher protein thermal stability in the concentrates of both species. The protein concentrate production process resulted in a two-fold increase in the total phenolic content in relation to the defatted flours and dialysis reduced the phenolic content. The concentrates obtained through the alternative production processes, APCaw and APCtt, presented protein contents higher than 75% and a reduction in free sulfydryl groups when compared to APCst. The results of the calorimetric analysis showed transition to a peak of 69.8 ºC for all concentrated. The APCst and APCtt showed a second endothermic peak to 101.9 ºC and 101.6 ºC respectively and a third peak for the APCaw to 103.7 ºC. These denaturation temperatures corresponded at different protein fractions, however, an intermediary endothermic peak of APCaw (78.8 ºC) indicated structural changes in the proteins that could have occurred due the formation of protein-phenolic compound complexes, resulting in the higher thermal stability of APCaw. The results obtained for composition, color, total phenolic content, solubility and chromatographic profile confirmed that the presence of phenolic compounds influenced the properties evaluated. The protein gels prepared from APCst, APCaw and APCtt were more elastic, firmer and less adhesive with the increase of gelification temperature, and APCtt gels presented the highest values for the instrumental texture parameters fracturability, firmness, cohesiveness and elasticity, followed by the gels prepared from APCst and APCaw. The gel point determined by the differential variation of G¿ versus temperature (dG¿/dT) showed two gelification onset temperatures for the gels from APCst and APCtt, however, the gelification of APCaw was determined by only one temperature. The water retention capacity (WRC) of the gels increased with the increase of gelification temperature and was directly related to the gel matrix organization. The gels produced from APCtt had higher WRC and a more structured network when compared to APCst and APCaw gels. In contrast, APCaw gels presented syneresis. The results suggest that the different processes for the production of APCs may lead to different degrees of protein denaturation and aggregation, influencing functional properties, possibly due to variations in the components present in each amaranth species and variations in the extraction process. The acid washing process had positive effects on solubility, however, the thermal process favored the formation of the gel network
Subject: Proteinas de amaranto
Compostos fenólicos
Solubilidade
Reologia
Microestrutura do gel
Language: Português
Editor: [s.n.]
Citation: BEJARANO LUJAN, Dagnith Liz. Obtenção de concentrados proteicos de amaranto (Amaranthus sp) por diferentes processos e avaliação de seus efeitos em algumas propriedades. 2008. 128p. Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia de Alimentos, Campinas, SP. Disponível em: <http://www.repositorio.unicamp.br/handle/REPOSIP/256381>. Acesso em: 11 ago. 2018.
Date Issue: 2008
Appears in Collections:FEA - Tese e Dissertação

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