O que são proteínas alternativas?
As proteínas de origem vegetal estão presentes na dieta humana há séculos. Sementes comestíveis, como feijões, lentilhas, ervilhas e seus produtos, bem como sementes oleaginosas, incluindo sementes de abóbora e girassol, são exemplos de fontes tradicionais de proteína [1]. No entanto, a proteína de origem vegetal não é o panorama completo do mercado de proteínas alternativas: algas, microrganismos, carne cultivada e insetos também são considerados fontes de proteína. Entretanto, tornar-se um novo produto no mercado é um processo longo. Além de ter propriedades funcionais e organolépticas adequadas, qualquer substituto para a proteína de origem animal precisa ser produzido com eficiência, de modo a viabilizar o processamento e a formulação [2].
O aumento do uso de proteínas alternativas está sendo impulsionado por três forças principais: 1) sustentabilidade, dado o impacto ambiental da pecuária; 2) interesse em adotar dietas mais saudáveis para evitar doenças crônicas; e 3) preocupações com o bem-estar animal. O conceito de proteínas alternativas está, portanto, intrinsecamente relacionado à sustentabilidade e ao impacto ambiental da produção. Além disso, o respeito ao comportamento cultural e social de cada população ao redor do mundo deve ser levado em consideração ao estabelecer esse conceito [2].
O que são proteínas?
As proteínas são responsáveis por várias funções diferentes dentro de uma célula viva, incluindo transporte, estrutura, atividades metabólicas e imunológicas. Elas são estruturas macromoleculares construídas a partir da combinação de 21 α-aminoácidos diferentes. A repetição regular da sequência de aminoácidos fará com que essas longas cadeias se virem sobre si mesmas, formando a estrutura secundária das proteínas. O arranjo espacial das estruturas secundárias favorecerá seu dobramento em estruturas terciárias (tridimensionais), que podem então interagir em um complexo proteico, formando as estruturas quaternárias. A atividade funcional das proteínas depende de sua conformação tridimensional. Entretanto, essa estrutura complexa e frágil pode ser danificada por EstresseA tensão é definida como um nível de força aplicado a uma amostra com uma seção transversal bem definida. (Tensão = força/área). As amostras com seção transversal circular ou retangular podem ser comprimidas ou esticadas. Materiais elásticos, como a borracha, podem ser esticados até 5 a 10 vezes seu comprimento original.estresse mecânico, químico ou térmico. Qualquer alteração conformacional na estrutura da proteína é chamada de desnaturação. Dependendo de como a proteína é processada, a desnaturação pode ser completa e irreversível.
A extração da proteína de sua fonte natural e sua purificação envolvem diferentes processos mecânicos, térmicos e químicos que podem destruir a estrutura da proteína. O estado da proteína, ou seja, nativa ou desnaturada, influenciará suas propriedades funcionais, como solubilidade, emulsificação e capacidade de formar estruturas sólidas, como géis e fibras, e, consequentemente, sua aplicação na indústria alimentícia como ingrediente funcional [3].
Caracterização térmica de proteínas
A Calorimetria Exploratória Dinâmica (DSC) tem sido aplicada para investigar as propriedades termodinâmicas dos componentes dos alimentos, inclusive as alterações de entalpia e capacidade térmica, transições vítreas e temperaturas de Temperaturas e entalpias de fusãoA entalpia de fusão de uma substância, também conhecida como calor latente, é uma medida da entrada de energia, normalmente calor, necessária para converter uma substância do estado sólido para o líquido. O ponto de fusão de uma substância é a temperatura na qual ela muda de estado, passando do sólido (cristalino) para o líquido (fusão isotrópica). fusão, além da Estabilidade térmicaUm material é termicamente estável se ele não se decompõe sob a influência da temperatura. Uma maneira de determinar a estabilidade térmica de uma substância é usar um TGA (analisador termogravimétrico). estabilidade térmica de proteínas, carboidratos e lipídios [4, 5]. Com foco nas proteínas, a aplicação da calorimetria clássica forneceu informações valiosas sobre a influência da concentração, do pH e da força do Ionic na entalpia da desnaturação da proteína. A análise termogravimétrica complementar (TGA) pode ser aplicada para investigar o teor de água (umidade), a Estabilidade térmicaUm material é termicamente estável se ele não se decompõe sob a influência da temperatura. Uma maneira de determinar a estabilidade térmica de uma substância é usar um TGA (analisador termogravimétrico). estabilidade térmica ou a temperatura de Reação de decomposiçãoUma reação de decomposição é uma reação induzida termicamente de um composto químico que forma produtos sólidos e/ou gasosos. decomposição, bem como a concentração mineral por meio da determinação do teor de cinzas [6, 7].
Neste estudo, a DSC foi usada para caracterizar a temperatura de desnaturação de uma proteína vegetal de sementes de girassol. Helianthus annuus L. é a espécie de girassol cultivada. A semente descascada é composta de 47% a 65% de lipídios e de 20% a 40% de proteína, sendo usada principalmente como fonte de óleo comestível. Dependendo das condições de extração do óleo, o material sólido restante, denominado farelo de girassol, terá apenas proteína desnaturada, sem qualquer aplicação além da fortificação de produtos alimentícios ou ração animal. O produto analisado aqui é considerado como tendo sido levemente processado e tem um teor de proteína de 60%, de acordo com as especificações fornecidas pelo produtor. Seu objetivo é ser usado como uma alternativa à proteína animal em produtos de panificação e preparações de emulsão [6]. A proteína foi dispersa em água destilada em uma concentração final de 15% (p/v)*. Uma massa de amostra de 25 mg de dispersão, contendo 3,75 mg de proteína, foi analisada em um cadinho fechado de Al soldável a frio que pode suportar uma leve sobrepressão que ocorre durante a medição (também chamado de "cadinho de baixa pressão"). A taxa de aquecimento foi de 5 K/min e o nitrogênio foi escolhido como atmosfera. O teor de água e a Estabilidade térmicaUm material é termicamente estável se ele não se decompõe sob a influência da temperatura. Uma maneira de determinar a estabilidade térmica de uma substância é usar um TGA (analisador termogravimétrico). estabilidade térmica dessa proteína foram determinados usando TGA. foram analisados 10 mg de amostras em cadinhos abertos de óxido de alumínio sob uma atmosfera de gás nitrogênio. Os parâmetros do teste estão resumidos na tabela 1.
*peso por volume
Tabela 1: Condições de medição
| Método | Massa da proteína | Cadinho | Taxa de aquecimento | Atmosfera |
|---|---|---|---|---|
| TGA | 10 mg | Óxido de alumínio (Al2O3), aberto | 5 K/min | N2 (20 ml/min) |
| DSC | 3.75 mg | Alumínio (Al), baixa pressão | 5 K/min | N2 (20 ml/min) |
Resultados da medição
A Figura 1 mostra a medição termogravimétrica. A curva DTG do extrato de proteína de girassol exibe uma etapa inicial de perda de massa de cerca de 5% abaixo de 100°C. O início da degradação térmica foi detectado a 206°C. Normalmente, para a proteína vegetal, o teor de umidade dos isolados secos varia de 1,5% a 7,6%, dependendo da fonte da proteína [7]. A presença de água pode ser confirmada por meio de análise de gás evoluído, por exemplo, FT-IR. Além disso, a análise de FT-IR dos gases evoluídos também pode Identify substâncias típicas liberadas devido à Reação de decomposiçãoUma reação de decomposição é uma reação induzida termicamente de um composto químico que forma produtos sólidos e/ou gasosos. decomposição térmica de proteínas e aminoácidos, como H2O,CO2, NH3 (amônia), H2S(sulfeto de hidrogênio) e compostos cíclicos ricos em amida, ácido carboxílico e ligações de amina primária e secundária [9].
A desnaturação de uma proteína é um efeito EndotérmicoUma transição de amostra ou uma reação é endotérmica se for necessário calor para a conversão.endotérmico resultante da exposição dos grupos hidrofóbicos ao meio aquoso medium. Portanto, um pico de absorção de calor é frequentemente observado na curva DSC, e seu máximo é chamado na literatura de Temperaturas e entalpias de fusãoA entalpia de fusão de uma substância, também conhecida como calor latente, é uma medida da entrada de energia, normalmente calor, necessária para converter uma substância do estado sólido para o líquido. O ponto de fusão de uma substância é a temperatura na qual ela muda de estado, passando do sólido (cristalino) para o líquido (fusão isotrópica). temperatura de fusão/transição (Tm). Dependendo das características da proteína e das condições do medium, a desnaturação térmica pode ser reversível ou irreversível [10]. A reversibilidade da desnaturação pode ser observada por meio do segundo aquecimento de uma análise DSC; se a segunda curva de aquecimento for semelhante à primeira, isso indica que a desnaturação sofrida pela proteína foi reversível.
A análise DSC da proteína do girassol mostra que sua desnaturação ocorre na faixa de 91°C a 102°C, com Tm a 98,9°C (curva verde na figura 2). O processo de desnaturação não é reversível, como pode ser visto na segunda curva de aquecimento (roxa), que não mostra nenhum efeito EndotérmicoUma transição de amostra ou uma reação é endotérmica se for necessário calor para a conversão.endotérmico. A faixa de temperatura da desnaturação está de acordo com o valor da literatura de 99,7°C [11].
Conclusão
Neste estudo, uma proteína de origem vegetal destinada a ser uma alternativa à proteína animal para formulações de alimentos veganos foi caracterizada termicamente. A análise termogravimétrica foi empregada para determinar o teor de água do extrato seco de proteína de girassol e avaliar sua Estabilidade térmicaUm material é termicamente estável se ele não se decompõe sob a influência da temperatura. Uma maneira de determinar a estabilidade térmica de uma substância é usar um TGA (analisador termogravimétrico). estabilidade térmica. A calorimetria de varredura diferencial foi utilizada para examinar a temperatura de transição e detectar qualquer proteína nativa na amostra. O perfil de DSC indicou que as condições de processamento foram suaves o suficiente para preservar a proteína, tornando-a adequada para uso como ingrediente alimentar funcional. A combinação de DSC e TGA mostrou-se eficaz na avaliação da eficiência do processo de extração e do potencial da proteína extraída para uso industrial. Essas técnicas também ajudam a caracterizar os componentes dos alimentos e a prever o prazo de validade de ingredientes e formulações individuais.