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Type: TESE DIGITAL
Degree Level: Doutorado
Title: Production of bovine whey protein nanofibrils for food emulsion stabilization = Produção de nanofibrilas de proteínas do soro do leite bovino para estabilização de emulsões alimentícias
Title Alternative: Produção de nanofibrilas de proteínas do soro do leite bovino para estabilização de emulsões alimentícias
Author: Mantovani, Raphaela de Araujo, 1986-
Advisor: Cunha, Rosiane Lopes da, 1967-
Abstract: Resumo: As fibrilas consistem em um ingrediente com significativo potencial para aplicações na indústria de alimentos por promover o aumento da viscosidade além de apresentar propriedades gelificantes e estabilizantes de espumas, emulsões e cápsulas, sendo estas dependentes das dimensões características das fibrilas. Neste contexto, o objetivo geral deste trabalho foi promover a modificação de fibrilas de proteínas do soro por diferentes estratégias visando sua aplicação na estabilização de emulsões alimentícias óleo-água (O/A). Na primeira parte deste estudo, fibrilas de proteínas de soro foram produzidas na presença de lecitina com o intuito de aumentar a taxa de formação e melhorar a estabilidade das mesmas frente a alterações de pH. Os resultados mostraram que a taxa de formação das fibrilas e a conformação da estrutura secundária da proteína ao longo do tratamento térmico não foram afetadas pela presença de lecitina de soja mas um efeito inibitório foi observado na presença do surfactante. Além disso, a presença do surfactante levou à maior estabilidade das fibrilas frente a alterações do pH. Alterações de variáveis do processo tais como aumento do pH, redução da razão proteína-lecitina e modificação da composição de fosfolipídeos favoreceram a formação das fibrilas. Na segunda etapa do trabalho, as fibrilas foram submetidas a processos mecânicos com diferentes valores de densidade energética e pH a fim de modificar suas dimensões e, consequentemente, suas propriedades tecnológicas. Emulsões O/A estabilizadas por fibrilas foram produzidas por homogeneização em rotor-estator. Emulsões estabilizadas por fibrilas em pH 2 separaram fases rapidamente apesar dos maiores valores de potencial zeta e hidrofobicidade superficial, sugerindo processo de desestabilização devido à floculação. Emulsões estabilizadas por fibrilas em pH 7 apresentaram maior estabilidade cinética devido ao comportamento tixotrópico e aos menores valores de tensão interfacial. Maior densidade energética reduziu a estabilidade da emulsão contendo fibrilas em pH 7 e não afetou a estabilidade de emulsões em pH 2. Assim, embora o pH ácido tenha resultado em fibrilas com maior hidrofobicidade superficial, a melhoria da estabilidade da emulsão utilizando um processo de emulsificação moderado foi alcançada apenas em pH neutro, condição que favoreceu a agregação das fibrilas. Na última etapa do trabalho, emulsões O/A estabilizadas por fibrilas de proteínas do soro foram produzidas através de homogeneização a alta pressão. A influência do pH e da densidade energética do processo de homogeneização na estabilidade da emulsão foi avaliada, assim como o comportamento da emulsão sob condições do trato gastrointestinal através de simulação in vitro em modelo de digestão dinâmico. Os resultados mostraram que menores tamanhos de gota foram obtidos em pH ácido, independente da densidade energética aplicada. A emulsão foi estável nas condições do estômago mas desestabilizou nas condições do intestino delgado, comportamento semelhante ao sistema controle composto pela dispersão de fibrilas, confirmando a importância das características da interface na digestão da emulsão. Além disso, a emulsão estabilizada por fibrilas apresentou absorção reduzida de calorias no intestino delgado, mostrando um grande potencial de aplicação com o objetivo de reduzir a absorção de calorias no trato gastrointestinal apesar da elevada concentração de óleo em sua composição

Abstract: The fibrils consist of an ingredient with significant potential for applications in food industry due to their functionality which includes increasing viscosity and acting as gelling agent besides stabilizing foams, emulsions, and capsules. However, these properties are dependent on the dimensional characteristics of the fibrils. In this context, the general purpose of this work was to promote the whey protein fibril modification using different strategies, aiming their application in stabilizing food oil-in-water emulsions (O/W). In the first part of this study, whey proteins fibrils were produced in the presence of lecithin in order to increase the rate of fibril formation and to improve the pH-stability of these nanostructures. The results showed that the rate of fibril formation and the conformation of protein secondary structure during heat treatment were not affected by the presence of soybean lecithin but an inhibitory effect was observed in the presence of this surfactant. Moreover, the surfactant presence led to improved stability of fibrils against pH changes. Process variable changes such as increasing pH, reducing protein-lecithin ratio and modifying phospholipid composition favored the fibril formation. In the second part of this work, the fibrils were subjected to mechanical processes with different values of energy density and pH in order to change their dimensions and, consequently, their technological properties. O/W emulsions stabilized by fibrils were produced by homogenization in a rotor-stator device. Emulsions stabilized by fibrils at pH 2 separated phases rapidly despite higher zeta potential values and surface hydrophobicity, suggesting a destabilization process due to bridging flocculation. Emulsions stabilized by fibrils at pH 7 showed improved kinetic stability, which was attributed to the thixotropic behavior and lower interfacial tension values. Increased energy density reduced the stability of the emulsion containing fibrils at pH 7 whilst it did not affect the stability of emulsions at pH 2. Thus, although low pH contributes to the increase of surface hydrophobicity, improved emulsion stability using a moderate emulsification mechanical process was reached only after fibril aggregation at neutral pH. In the third part of this work, O/W emulsions stabilized by whey protein fibrils were produced by high-pressure homogenization. The influence of pH and energy density of the homogenization process in emulsion stability was evaluated. Furthermore, the behavior of the emulsion under conditions of simulated in vitro digestion using a dynamic digestion model was assessed. The results showed that smaller droplet sizes were obtained at acidic pH, independent of the energy density applied. The emulsion was stable in the stomach but destabilized in the small intestine. A similar behavior was observed for the control system consisted of fibril dispersion, confirming the impact of the interface characteristics on emulsion digestion. Moreover, fibril-stabilized emulsion presented reduced calorie absorption in the small intestine, showing great potential for applications aiming to reduce the calorie absorption in the gastrointestinal tract despite the high oil content in its composition
Subject: Proteínas do soro do leite
Fibrilas amilóides
Lecitinas
Emulsões
Digestão in vitro
Language: Multilíngua
Editor: [s.n.]
Citation: MANTOVANI, Raphaela de Araujo. Production of bovine whey protein nanofibrils for food emulsion stabilization = Produção de nanofibrilas de proteínas do soro do leite bovino para estabilização de emulsões alimentícias. 2016. 1 recurso online (156 p.). Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia de Alimentos, Campinas, SP. Disponível em: <http://www.repositorio.unicamp.br/handle/REPOSIP/321383>. Acesso em: 31 ago. 2018.
Date Issue: 2016
Appears in Collections:FEA - Tese e Dissertação

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