Introdução
As proteínas em pó são um elemento fundamental no mundo da nutrição, ajudando as pessoas a ganhar massa muscular, perder peso ou simplesmente suprir lacunas em sua alimentação. A fonte de proteína mais comum no setor é o soro de leite, um subproduto da indústria de laticínios. No entanto, devido a restrições alimentares (intolerância à lactose), questões éticas e pesquisas voltadas para a maximização dos benefícios nutricionais, muitas outras fontes de proteína em pó também têm sido investigadas.
Existem muitas proteínas em pó disponíveis no mercado que são totalmente derivadas de fontes vegetais ou mesmo de insetos. NETZSCH A Grinding & Dispersing oferece sistemas personalizados com alta produtividade e baixo consumo de energia para o processamento de insetos inteiros, larvas secas ou produtos intermediários. No entanto, tanto as proteínas em pó derivadas de plantas quanto as de insetos apresentam, tradicionalmente, um problema de baixa solubilidade quando comparadas ao soro de leite convencional. As proteínas em pó de origem vegetal tendem a ser compostas por aminoácidos mais hidrofóbicos e carecem dos emulsificantes químicos naturais presentes no soro de leite, enquanto as proteínas em pó de origem de insetos tendem a conter fibras naturais do exoesqueleto (quitina), que são naturalmente pouco solúveis em água. Para superar esses problemas de solubilidade, uma estratégia comum consiste em misturar diferentes fontes com perfis distintos de aminoácidos e emulsificantes.
Neste estudo, buscamos comparar as propriedades do pó seco de proteínas em pó de diferentes origens, bem como medir seus perfis de dissolução e até mesmo explorar sua sensação na boca. Para isso, utilizamos a série de reômetros Kinexus Prime da NETZSCH, capazes de caracterizar uma ampla gama de fluidos complexos e semissólidos graças à sua sensibilidade, baixa necessidade de volume, geometrias modulares e recursos de medição por advanced software. Em particular, a natureza modular do instrumento permitiu um ajuste rápido e fácil para medir as amostras na forma de pós, durante a dissolução e para análises tribológicas.
Quatro amostras diferentes foram caracterizadas: uma proteína de soro de leite reforçada com aminoácidos adicionais, um isolado de proteína de soro de leite (soro de leite submetido a um processamento adicional para filtrar lactose e gordura), uma mistura de origem vegetal (proteínas de ervilha, abóbora e chia) e uma mistura de origem insetívora (proteínas de grilo e ervilha).
Propriedades do pó seco
Para a medição dos próprios pós secos, foi utilizado um protocolo semelhante ao descrito anteriormente para a medição da lactose seca [1]. Os parâmetros de medição estão detalhados na tabela 1.
Tabela 1: Configuração da medição
| Instrumento | Kinexus prime ultra+ |
|---|---|
| Amostras | Proteína em pó seca (15 g cada) |
| Cilindro | Copo cilíndrico (Φ 34 mm) |
| Pá | Pá para amido com duas lâminas |
| Faixa de temperatura | RT |
| Viscosidade de cisalhamento | 10 a 1.000 1/s |
Cada amostra foi submetida a uma etapa de fluidização que consistiu em uma rampa de viscosidade de cisalhamento entre 10 e 1.000 1/s, seguida de um repouso de 5 minutos. Durante essa etapa, as interações entre as partículas são reduzidas [2] e a influência do histórico da amostra é eliminada (compressão causada pelo manuseio, etc.). A viscosidade em função da taxa de cisalhamento para cada pó é apresentada na Figura 1.
Mesmo durante a etapa de fluidização para apagar o histórico das amostras, há uma distinção clara na viscosidade das amostras, sendo que o soro de leite reforçado apresenta a viscosidade mais elevada e a mistura de insetos, a mais baixa. Inúmeros parâmetros, como o tamanho das partículas e a carga, determinam a viscosidade dos pós secos sob cisalhamento.
Com o histórico de processamento das amostras apagado pela fluidização, foi realizada uma varredura de amplitude nas amostras para determinar as propriedades viscoelásticas (G’ descrevendo o comportamento elástico e G” o comportamento viscoso) dos pós. A medição foi realizada utilizando a pá de amido à temperatura ambiente e a 1 Hz, na faixa de 0,01 Pa a 50 Pa. Os resultados das varreduras de amplitude são apresentados na Figura 2.
As propriedades viscoelásticas medidas dos pós secos nos fornecem informações sobre as redes formadas pela interação entre partículas (eletrostática, atrito, etc.). Compreender essas propriedades não é importante apenas para o processamento e a fluidez, mas também para entender quão resistentes são essas redes no que diz respeito à dissolução. O isolado de proteína de soro de leite apresenta os maiores valores de módulo inicial, o que sugere que forma a rede de pó mais rígida; no entanto, também exibe a menor região de viscoelasticidade linear (a região na qual G’ e G” apresentam resposta linear com o aumento da deformação), demonstrando que, embora a rede seja rígida, é necessária pouca deformação de cisalhamento para separar as partículas. Em contrapartida, a proteína de soro de leite reforçada apresenta a maior região de viscoelasticidade linear, sugerindo que a rede criada pelas partículas é robusta ao cisalhamento ou à VibraçãoUm processo mecânico de oscilação é chamado de vibração. A vibração é um fenômeno mecânico em que ocorrem oscilações em torno de um ponto de equilíbrio. Em muitos casos, a vibração é indesejável, desperdiçando energia e criando sons indesejados. Por exemplo, os movimentos vibratórios de motores, motores elétricos ou qualquer dispositivo mecânico em operação geralmente são indesejados. Essas vibrações podem ser causadas por desequilíbrios nas peças rotativas, atrito desigual ou engrenagem dos dentes da engrenagem. Projetos cuidadosos geralmente minimizam as vibrações indesejadas.vibração do processo.
É importante observar que, além das diferenças físicas/mecânicas observadas entre os pós proteicos de diferentes origens, também seria de se esperar que eles apresentassem propriedades térmicas distintas [2].
Propriedades viscoelásticas das proteínas em pó: a) soro de leite reforçado, b) isolado de proteína de soro de leite, c) mistura à base de insetos e d) mistura à base de plantas, medidas por varredura de amplitude a 1 Hz, de uma deformação de cisalhamento de 0,001 a 1%.
Dissolução
Uma receita padrão para smoothies com proteína em pó consiste em adicionar uma colher (25-35 g) a 1-1,5 xícaras de água. Nosso objetivo neste estudo não foi apenas medir o tempo que as diversas proteínas em pó levaram para se dissolver, mas também avaliar em que medida elas permaneceram dissolvidas em comparação com a sedimentação. Também desejávamos determinar a dissolução e a viscosidade, uma vez que essas amostras seriam misturadas, seja industrialmente, seja em casa, com um liquidificador. Para esse fim, verificou-se que as taxas de cisalhamento em um misturador modelo variavam de 0 a 400 1/s (dependendo do tamanho, da hélice etc.) [3]. Para a medição, foram adicionados 35 g de água a um copo de 34 mm de diâmetro. Em seguida, 4,4 g de cada proteína em pó foram despejados sobre a água antes que a pá de amido fosse abaixada até uma distância definida de 5 mm. Cada amostra foi então misturada a 300 1/s por 5 minutos. Após a mistura inicial, deixou-se a amostra sedimentar por 5 minutos antes de ser misturada novamente a 300 1/s por 5 minutos. Esse padrão de pausa e mistura foi repetido por mais um ciclo para cada amostra (tempo total de medição de 25 minutos).
Os resultados do estudo de dissolução são apresentados na Figura 3. Observando a Figura 3a), que mostra a viscosidade em função da agitação a 300 1/s por 5 minutos, fica evidente que o isolado de proteína de soro de leite se dissolve mais rapidamente e apresenta a menor viscosidade entre todas as misturas. O soro de leite reforçado leva pouco menos de dois minutos para atingir um valor estável, enquanto a mistura à base de insetos leva mais de 4 minutos. É importante ressaltar que a mistura à base de plantas nunca atinge uma viscosidade estável, mas continua a aumentar, sugerindo que uma quantidade maior da proteína está sendo hidratada e passando para a solução. A partir da Figura 3b), observamos que, ao longo de todo o período de teste de 25 minutos e com três etapas de mistura distintas, a mistura à base de plantas ainda apresenta aumento na viscosidade e não atingiu um valor estável. Em comparação, as outras três proteínas em pó atingiram uma medição estável após a primeira mistura. Não só a mistura à base de plantas continua a se hidratar mesmo após 25 minutos em solução, como sua viscosidade final é quase o dobro da do solato de proteína de soro de leite na mesma concentração.
Medições tribológicas
Já demonstramos anteriormente como a avaliação tribológica (o estudo do atrito e da lubrificação) com o sistema de medição de atrito e lubrificação Kinexus Prime ultra+ pode ser utilizada pela indústria de ciência alimentar para correlacionar a estrutura dos alimentos com percepções sensoriais, como a sensação na boca [4]. Utilizamos os shakes proteicos produzidos durante os estudos de dissolução e os testamos por meio de uma célula tribológica do tipo “bola sobre três pinos”. A geometria superior utilizou uma esfera de vidro borossilicato (12,7 mm de diâmetro), e a geometria inferior, três pinos elastoméricos (Sylgard 184), para simular da melhor forma o par tribológico macio língua-palato. Foi relatado que a velocidade média do movimento da língua sobre o palato durante os cinco estágios da deglutição de líquidos é de 10,3 mm/s [5]. As amostras foram medidas em triplicata à temperatura ambiente, em uma faixa de velocidade de deslizamento de 5e-7 a 1,3 m/s.
As curvas de Stribeck estendidas dos quatro smoothies proteicos são apresentadas na Figura 4. Tradicionalmente, um baixo coeficiente de atrito é definido como < 0,3, enquanto um alto coeficiente de atrito é > 0,6. A região de 1 mm/s a 100 mm/s foi destacada para abranger a faixa de velocidades na qual a língua se move sobre o palato durante a ingestão. Tanto o soro de leite reforçado quanto o isolado de proteína de soro de leite apresentam perfis semelhantes, enquanto a mistura de insetos e a mistura vegetal apresentam, inicialmente, coeficientes de atrito que aumentam em função da velocidade de deslizamento. Isso sugere que, durante o ato de engolir, tanto a mistura de insetos quanto a mistura de plantas apresentariam uma textura cada vez mais granulosa, causada pela aglomeração de partículas, resultando, assim, em um coeficiente de atrito mais elevado. Esses dados são fundamentais para compreender a eterna questão: “quão cremoso é o seu smoothie?”
Resumo
Neste estudo, exploramos as propriedades de proteínas em pó provenientes de diferentes fontes — desde soro de leite processado de diversas formas até misturas totalmente vegetais e misturas à base de insetos. Utilizando o sistema de análise de textura e dissolução Kinexus Prime ultra+, conseguimos avaliar as propriedades do pó seco em relação às características de dissolução e até mesmo compreender como as soluções finais poderiam se comportar na boca ao serem consumidas. O desenvolvimento de produtos proteicos à base de plantas e de insetos constitui uma importante área de pesquisa na indústria de alimentos e bebidas. Compreender variáveis como a fluidez e a dissolução é fundamental tanto para a fabricação quanto para a satisfação do consumidor final.