Solubilidade de nitrogênio, dispersibilidade de proteína e propriedades emulsificantes dos extratos hidrossolúveis desidratados de arroz e soja

Nitrogen solubility, protein dispersibility and emulsifying properties of dehydrated aqueous extracts of rice-soybean

Solubilidade de nitrogênio, dispersibilidade de proteína e propriedades emulsificantes dos extratos hidrossolúveis desidratados de arroz e soja¹

Sin H. WANG²,^*, Simone M. FERNANDES², Lair C. CABRAL³

RESUMO

Com o objetivo de verificar a possibilidade do uso dos extratos hidrossolúveis desidratados elaborados com arroz e soja em diferentes proporções (100:0, 90:10, 80:20, 70:30, 60:40 e 50:50%) em produtos alimentícios, foram estudadas solubilidade e propriedades emulsificantes das misturas. Os processos utilizados para a obtenção foram: maceração do arroz e da soja, desintegração, centrifugação, adição de ácido cítrico, fervura e secagem por atomização. Através das análises, foi verificado que o aumento das proporções de soja (0 a 50%) resultou, num aumento do nitrogênio solúvel em água, da atividade emulsificante e da estabilidade de emulsão, bem como numa diminuição do índice de solubilidade de nitrogênio e do índice de dispersibilidade de proteína. Contudo, a proteína dispersível em água aumentou até um máximo na proporção de 10% de soja, além do qual, diminuiu com o aumento das proporções de soja (10 a 50%). Portanto, os extratos hidrossolúveis desidratados das misturas de arroz e soja com 10, 20 e 30% de soja, são recomendados para o uso em produtos cárneos, de confeitaria e de chocolataria, sopas, molhos, cremes e bebidas, enquanto que aqueles com 40 e 50% de soja, são considerados mais adequados para uso como extensores de carne, queijos processados e maioneses.

Palavras-chave:

índice de solubilidade de nitrogênio; índice de dispersibilidade de proteína; atividade emulsificante; estabilidade de emulsão; extrato hidrossolúvel desidratado.

SUMMARY

Nitrogen solubility, protein dispersibility and emulsifying properties of dehydrated aqueous extracts of rice-soybean. Dehydrated aqueous extracts of rice-soybean at different proportions (100:0, 90:10, 80:20, 70:30, 60:40 and 50:50%) were assessed for nitrogen solubility index (NSI), protein dispersibility index (PDI), emulsifying activity (EA) and emulsion stability (ES) in order to verify their potential use as food ingredients. Dehydrated aqueous extracts was manufactured by soaking, disintegration, centrifugation, addition of citric acid, boiling and spray-drying. The results indicated that increasing soybean proportion from 0 to 50% showed an increase in the soluble nitrogen in water, EA and ES, and a decrease in the NSI and PDI. However, the dispersible protein in water increased up to 10% soybean in the mixture, beyond which, it decreased with increased soybean proportion. Therefore, the dehydrated aqueous extracts with 10, 20 and 30% soybean, are recommended for use as ingredient in meat, confectionery products, chocolate, soups, sauces, creme and beverages manufacture, while those with 40 and 50% of soybean in the mixture, would be desirable as meat extenders, processed cheeses and mayonnaise.

Keywords:

nitrogen solubility index; protein dispersibility index; emulsifying activity; emulsion stability; dehydrated aqueous extract.

1 – INTRODUÇÃO

O uso de produtos protéicos de soja pela indústria alimentícia tem sido grandemente aumentado devido ao seu custo relativamente baixo, e principalmente, a suas características funcionais. A capacidade que as proteínas de soja possuem para melhorar certas propriedades num sistema alimentar tais como formação e estabilidade de emulsão, depende de numerosos fatores. O conteúdo de proteína, solubilidade, dispersibilidade, pH do meio, temperatura e métodos de processamento, afetam as suas propriedades funcionais [10, 24].

Embora a produção de produtos protéicos com propriedades funcionais desejáveis seja de particular interesse para a indústria alimentícia, o valor nutricional é também considerado de suma importância. Alguns estudos [3, 8, 19] demonstraram os efeitos benéficos da combinação de soja e arroz, desde longo tempo. A mistura em proporções adequadas de soja e arroz, apresenta um efeito complementar mútuo de aminoácidos.

Sendo assim, o desenvolvimento de novos produtos como extratos hidrossolúveis desidratados de arroz e soja, oferecerá vantagens de ter proteínas de boa qualidade e de baixo custo, além de possuir uma longa vida de prateleira. Entretanto, não se conhecem as suas propriedades funcionais como a solubilidade, a dispersibilidade e as propriedades emulsificantes. Por essas razões, o presente trabalho foi realizado com o objetivo de estudar tais propriedades, verificando suas contribuições na melhoria de características tecnológicas de diversos produtos alimentícios.

2 – MATERIAL E MÉTODOS

2.1 – Matéria-prima

As matérias-primas utilizadas para os estudos foram: grãos de arroz Oryza sativa, L. e de soja Glycyne max (L.) Merril (cultivar Br-16, safra de 1996), adquiridos do comércio e da Embrapa-SPSB (Ponta Grossa, PR), respectivamente.

2.2 – Métodos

A obtenção do extrato hidrossolúvel desidratado, as análises químicas e a atividade do inibidor de tripsina, foram feitas em triplicata.

2.2.1 - Composição centesimal aproximada

Nas matérias-primas e nos produtos desidratados, foram realizadas as seguintes determinações químicas: umidade, extrato etéreo, proteína, cinzas, conforme AACC [1], e fibra crua, segundo VAN DE KAMER & VAN GINKEL [20].

2.2.2 - Obtenção do extrato hidrossolúvel desidratado

Os grãos de arroz e de soja foram, separadamente, macerados em água (1:4 respectivamente) à temperatura ambiente, durante 30 min e 16h. A água de maceração da soja foi drenada, porém utilizou-se a do arroz. Em seguida, os grãos de arroz e soja foram misturados nas respectivas proporções de 100:0, 90:10, 80:20, 70:30, 60:40 e 50:50% (base seca), correspondendo ao controle e às fórmulas I, II, III, IV e V, respectivamente, sendo desintegrados no liqüidificador Waring, durante 3 min, com adição da água de maceração do arroz completada de água potável, nas proporções de mistura:água de 1:9 ou 1:8 (base seca). Após a desintegração, o conteúdo foi transferido para uma centrífuga de cesto International Equipment Company Size 2, onde o resíduo foi separado, obtendo-se um extrato com aproximadamente 4-7% de sólidos. Ao extrato adicionou-se ácido cítrico (4,3g/100g mistura, pH @ 3,3-3,5), sendo submetido à fervura por 15 min. Logo após, o controle e as cinco fórmulas de extrato hidrossolúvel foram secos por atomização com temperatura de entrada e saída de 200 e 90°C, respectivamente, tendo como produtos finais, extratos hidrossolúveis desidratados controle, I, II, III, IV e V.

2.2.3 - Atividade do inibidor de tripsina

Foi determinada segundo o método original de Kunitz, conforme descrito por KAKADE et al. [12], consistindo na digestão da caseína pela enzima tripsina, onde determinou-se sua atividade pela introdução do inibidor dos extratos submetidos ou não, à fervura.

Considerando-se a definição de unidade de tripsina (UT) como sendo o aumento de 0,01 unidade de absorbância a 280nm nas condições do teste, calcularam-se as unidades de tripsina inibida (UTI) pela diferença entre as unidades de tripsina totais (UT) da atividade máxima e as da amostra contendo o inibidor.

2.2.4 - Índice de solubilidade de nitrogênio

O índice de solubilidade de nitrogênio (ISN) foi determinado conforme o método descrito na AACC 46-23 [1], destacando-se pela técnica de lenta agitação. O nitrogênio solúvel em água (NSA) foi calculado pela relação:

onde: B ® ml álcali com branco.

S ® ml álcali com amostra.

N ® normalidade do álcali.

Por outro lado, o ISN foi calculado pela relação:

2.2.5 - Índice de dispersibilidade de proteína

O índice de dispersibilidade de proteína (IDP) foi determinado segundo o método da AOCS Ba 10-65 [2], destacando-se pela técnica de rápida agitação. A proteína dispersível em água (PDA) foi calculada pela relação:

onde: B ® ml álcali com branco.

S ® ml álcali com amostra.

N ® normalidade do álcali.

Por outro lado, o IDP foi calculado pela relação:

2.2.6 - Propriedades emulsificantes

As propriedades emulsificantes abrangem a atividade emulsificante (AE) e a estabilidade de emulsão (EE), as quais foram determinadas segundo o método de DENCH et al. [7].

2,5g da amostra foram suspensas na água destilada (40mL) e ajustado o pH da suspensão para 7,0 com NaOH ou HCL. Logo após, a suspensão foi agitada por 15 min. O pH da suspensão foi verificado e ajustado novamente, quando necessário, e o volume final foi completado para 50mL. 50mL do óleo de soja foi adicionado à esta suspensão (50mL) e misturados à máxima velocidade por 3 min. A emulsão assim obtida, foi dividida entre dois tubos de centrífuga de 50mL e centrifugada a 1300G por 5 min. A AE foi calculada pela relação:

A EE foi determinada pelo mesmo procedimento, porém, as emulsões formadas foram aquecidas a 80°C por 30 min, e depois esfriadas sob água corrente por 15 min, antes de serem centrifugadas.

2.2.7 - Análise estatística

Para os resultados de composição centesimal aproximada, do ISN, do IDP e das propriedades emulsificantes, foram feitas análises estatísticas quantitativas, através de equações de regressão a 95% de confiabilidade, com base nos coeficientes de determinação (R²) apresentados. Foram determinados os coeficientes de correlação entre os parâmetros relacionados.

Todas as análises estatísticas foram realizadas, segundo os métodos descritos em PIMENTEL GOMES [18].

3 – RESULTADOS E DISCUSSÃO

A Tabela 1 mostra, em base seca, a composição centesimal aproximada dos grãos de arroz e soja.

Através da Tabela 1, verifica-se que os grãos de soja apresentaram teores de proteína, extrato etéreo, cinzas e fibra crua superiores àqueles dos grãos de arroz. Entretanto os grãos de arroz mostraram elevado teor de carboidratos.

Usando-se os grãos de arroz e soja em diferentes proporções, foram obtidos extratos hidrossolúveis desidratados, tendo suas composições químicas e análises estatísticas ilustradas respectivamente, nas Tabelas 2 e 3.

Através destas duas tabelas, observa-se que, à medida que se incrementava a proporção de soja (0 a 50%) nos extratos hidrossolúveis desidratados, houve um aumento significativo no percentual de proteína (7,23 a 35,81%), extrato etéreo (0,62 a 5,86%), cinzas (1,37 a 4,55%) e fibra crua (1,03 a 1,95%). Porém, o percentual de carboidrato (89,75 a 51,83%) diminuiu com o aumento das proporções de soja. Esses resultados são semelhantes aos encontrados por CRUZ et al. [6], os quais atribuíram esse aumento à adição de soja.

Não houve nenhuma atividade residual do inibidor de tripsina nos extratos hidrossolúveis desidratados estudados, mostrando que a fervura por 15 min utilizada durante seus preparos, foi suficiente para inativar completamente o inibidor de tripsina da soja. Resultado semelhante foi verificado por WANG et al. [23], os quais constataram uma inativação total do inibidor de tripsina na bebida à base de extrato hidrossolúvel de arroz e soja fervida por 15 min, utilizando-se proporção de mistura:água de 1:12.

Os resultados do nitrogênio solúvel em água (NSA), do índice de solubilidade de nitrogênio (ISN), da proteína dispersível em água (PDA), do índice de dispersibilidade de proteína (IDP) e das propriedades emulsificantes dos extratos hidrossolúveis desidratados elaborados com arroz e soja estão apresentados na Tabela 4, e suas respectivas análises estatísticas na Tabela 5.

O ISN e o IDP são usados para determinar a solubilidade de proteínas de alimentos. Estes dois índices são indicações grosseiras para o grau de desnaturação da proteína sofrida através das condições de processamento. Quanto maior for a solubilidade, menor será o grau de desnaturação, embora a solubilidade e a desnaturação nem sempre se correlacionem entre si. Valores altos de solubilidade são, às vezes, obtidos a partir de proteínas completamente desnaturadas [21].

A solubilidade da proteína depende diretamente da proporção de grupos hidrofóbicos e hidrofílicos, localizados no centro e na superfície da molécula, respectivamente [4].

Verifica-se pelas Tabelas 4 e 5, que o NSA aumentou linearmente, com o aumento das proporções de soja (0 a 50%) nos extratos hidrossolúveis desidratados, enquanto que a PDA aumentou até um máximo na proporção de 10% de soja (Fórmula I), além do qual, diminuiu com o aumento das proporções de soja (10 a 50%) nos extratos hidrossolúveis desidratados, sendo representada pela equação cúbica. Por outro lado, o ISN e o IDP diminuíram, de forma linear, com o aumento das proporções de soja (0 a 50%).

O NSA dos extratos hidrossolúveis desidratados mostrou correlação negativa com o ISN (coeficiente de correlação = -0,7867, P £ 0,05), indicando que o NSA aumentou com a diminuição do ISN. Sugere-se, portanto, que o aumento de NSA encontrado nos extratos hidrossolúveis desidratados tenha sido atribuído ao aumento dos conteúdos de proteína (7,23 a 35,81%) em função do aumento das proporções de soja (Tabela 2), sendo que este último aumento foi mais acentuado do que aquele do NSA. Conseqüentemente, o ISN diminuiu com o aumento do NSA.

No entanto, o mesmo comportamento não foi observado entre PDA e IDP, nos quais não houve correlação entre si. O controle, não contendo a soja, apresentou o valor de PDA inferior àqueles das demais amostras com a soja. A presença das proteínas de soja nos extratos hidrossolúveis desidratados contribuiu talvez, para o aumento da PDA nas fórmulas contendo a soja. Contudo, a desnaturação das proteínas de soja, devido à ação do ácido cítrico e térmica na obtenção de extratos hidros-solúveis desidratados, explicaria possivelmente, a diminuição de PDA com o aumento das proporções de soja.

A solubilidade da proteína do leite de soja mostrou valor mínimo na região isoelétrica (pH @ 4,0) [15]. No entanto, a solubilidade da proteína de soja ácido-modificada aumentou grandemente na região isoelétrica (pH @ 4,5) da proteína de soja não tratada, sendo que, o ponto isoelétrico da proteína de soja ácido-modificada foi ligeiramente mudado para um pH ácido. O aumento da solubilidade na região isoelétrica pode ser atribuído ao aumento de repulsões eletrostáticas e à diminuição de pontes de hidrogênio, em conseqüência de desamidação [13].

Acredita-se que, o ácido cítrico (pH @ 3,3 – 3,5) utilizado durante a obtenção de extratos hidrossolúveis desidratados tenha provocado uma diminuição de solubilidade da proteína de soja devido à mudança do ponto isoelétrico, para uma região de pH mais ácido (pH < 4,5). Além disso, sugere-se que o decréscimo da solubilidade de nitrogênio tenha ocorrido por causa da fervura durante 15 min. Segundo McWATTERS & HOLMES [14], o nível da solubilidade de nitrogênio da farinha de soja foi diminuído pela aplicação de calor úmido, sendo que, a maior redução de solubilidade ocorreu durante os primeiros 10 min de aquecimento.

A proteína da farinha de arroz, por ter ligações dissulfídicas e interações não covalentes entre as cadeias polipeptídicas e/ou cadeias polipeptídicas e outros constituintes, mostrou uma baixa solubilidade, sendo que esta não foi afetada pela extrusão. Isso não ocorreu com o isolado protéico de soja, pois a extrusão diminuiu a sua solubilidade devido à formação de ligações isopeptídicas. Por outro lado, foi também observado pelos autores, que houve uma alta solubilidade de proteína quando a farinha de arroz e o isolado protéico de soja foram extrudados simultaneamente, mostrando um "efeito protetor" do amido de arroz ou de outros constituintes não protéicos contra a formação de interações não covalentes, ligações dissulfídicas e outras covalentes [17].

A diminuição do ISN e do IDP dos extratos hidrossolúveis desidratados com o aumento das proporções de soja (Tabela 4 e 5) é explicada provavelmente, pela diminuição da solubilidade de proteína da soja, bem como do teor de amido do arroz, sendo que este último mostra o "efeito protetor" contra a insolubilização de proteínas de arroz e soja.

Embora a correlação positiva entre NSA e PDA seja baixa (coeficiente de correlação = 0,5616), o ISN dos extratos hidrossolúveis desidratados se correlacionou positivamente com o IDP, apresentando coeficiente de correlação igual a 0,9345 (P £ 0,05). Este resultado sugere que, a PDA nem sempre contribui para o NSA, ou seja, uma proteína pode ser dispersível em água, e não estar obrigatoriamente solúvel em água. Porém, o IDP e o ISN são intimamente relacionados.

Assim sendo, VOLKERT & KLEIN [22] observaram que, o IDP aumentou significativamente, nos pHs acima e abaixo da região isoelétrica, variando os seus valores entre os diferentes produtos de soja (isolado, concentrado e flocos). O mesmo foi observado por HUTTON & CAMPBELL [10], os quais substituíram o IDP por ISN.

O ISN e o IDP são sempre usados como guia prático para saber a funcionalidade da proteína. Sem dúvida, valores altos de ISN e IDP são bastante úteis para formar uma emulsão real em produtos cárneos. No entanto, os produtos com baixos valores de ISN e IDP podem ser ainda muito funcionais, apresentando boa absorção de água e de gordura, com efeitos positivos na estabilidade do sistema cárneo [21].

A solubilidade se correlaciona positivamente com a capacidade emulsificante, uma vez que a solubilidade inicial permite uma rápida e total dispersão das proteínas, conduzindo a um sistema coloidal finamente disperso com estrutura macroscópica homogênea e textura suave. A solubilidade inicial facilita a difusão das proteínas nas interfases óleo-água e ar-água, melhorando desta forma sua atividade superficial [4, 5].

As propriedades emulsificantes abrangem a atividade emulsificante (AE) e a estabilidade de emulsão (EE). Observa-se pelas Tabelas 4 e 5, que quanto maior a proporção de soja nos extratos hidrossolúveis desidratados, maiores foram os valores da AE e EE, sendo que a equação linear é a que mais se ajusta aos dados.

As propriedades emulsificantes (AE e EE) da proteína de soja têm sido intimamente relacionadas com o seu conteúdo de proteína ou nitrogênio solúvel [7, 16, 25]. A solubilidade de proteína em água contribui para a diminuição da tensão interfacial entre os componentes hidrofóbicos e hidrofílicos, aumentando as propriedades emulsificantes [4, 5]. Esta redução na tensão interfacial causada pelas proteínas pode evitar, a sedimentação de proteínas de baixa solubilidade [9]. Estes fatos estão em parte, confirmados pelos resultados obtidos no presente trabalho, no qual foi encontrada uma boa correlação positiva entre AE x NSA, porém uma baixa correlação positiva entre EE x NSA, apresentando coeficientes de correlação iguais a 0,7063 e 0,5698, respectivamente (P £ 0,05). Por outro lado, AE e EE foram diretamente correlacionadas entre si, mostrando coeficiente de correlação igual a 0,9293 (P £ 0,05).

As proteínas se adsorvem na interfase entre as gotículas de óleo dispersas e a fase aquosa contínua, desempenhando propriedades de espessamento, viscosidade, elasticidade e rigidez que determinam a resistência das gotículas à coalescência, tendo portanto, duas funções: a) facilitar a formação de emulsão (AE), diminuindo a tensão interfacial; b) contribuir para a estabilidade da emulsão (EE), formando uma barreira física na interfase, porém não existe uma correlação estrita entre estas duas funções [5].

Desta forma, sugere-se que a AE esteja mais relacionada com a solubilidade da proteína, enquanto que a EE depende mais de sua estrutura, embora o aumento de proteína solúvel favoreça [22], o aumento da espessura da barreira física formada pela proteína, o que justifica os resultados encontrados.

Os valores numéricos da EE foram menores do que aqueles da AE (Tabela 4). Resultado semelhante foi observado por VOLKERT & KLEIN [22] no isolado protéico de soja, os quais atribuíram essa diminuição de EE à ruptura da barreira física da proteína na região isoelétrica (pH @ 4,5). Desde que a solubilidade da proteína tenha sido muito baixa nesta região, a barreira física da proteína ao redor das gotículas de óleo foi também fina. O aquecimento causou a desnaturação da proteína, aumentando a sua fragilidade e conseqüentemente, resultou na ruptura da mesma.

Por outro lado, as propriedades emulsificantes (AE e EE) dos extratos hidrossolúveis desidratados se correlacionaram negativamente com o ISN, mostrando coeficientes de correlação iguais a -0,9095 e -0,7847, para AE x ISN e EE x ISN, respectivamente (P £ 0,05). O mesmo comportamento foi verificado entre propriedades emulsificantes (AE e EE) e IDP, apresentando coeficientes de correlação iguais a -0,8339 e -0,7268, para AE x IDP e EE x IDP, respectivamente (P £ 0,05). Não houve correlação entre AE x PDA e EE x PDA.

Enquanto que os efeitos de pH e temperatura na solubilidade de proteína influenciam provavelmente, na emulsificação em casos específicos, eles não são aparentemente, decisivos, em seus efeitos sobre a emulsificação em todas as combinações de pH-temperatura [11].

As propriedades emulsificantes da proteína de soja aumentaram, quando a proteína era hidrolisada por ácido sob condições adequadas, e também, quando o conteúdo da proteína era alto. Entretanto, a AE e a EE da proteína de soja mostraram valores mínimos na região isoelétrica (pH = 4,5 – 4,8) [15].

A AE e a EE atingiram os seus máximos após tratamento térmico a 95°C por 30 min, sendo que este acréscimo foi atribuído ao aumento de hidrofobicidade na superfície da proteína [13].

Acredita-se, portanto, que as propriedades emulsificantes (AE e EE) dos extratos hidrossolúveis desidratados do presente trabalho, tenham sido aumentadas por causa da ação de ácido cítrico e térmica durante seus preparos, uma vez que o ácido cítrico pode hidrolisar a proteína, aumentando o nitrogênio e proteína solúvel em água, e a fervura por 15 min pode aumentar a hidrofobicidade na superfície da proteína. Porém, o aumento dos conteúdos de proteína em função do aumento das proporções de soja (Tabela 2) foi mais relevante do que aquele do NSA e da PDA. Em conseqüência disso, as propriedades emulsificantes aumentaram com a diminuição do ISN e do IDP.

A relação entre propriedades emulsificantes e solubilidade é mais importante em emulsões de baixa viscosidade do que naquelas viscosas. Em carne moída, por exemplo, a proteína de soja com 50% de solubilidade já garante uma capacidade emulsificante adequada e uma estabilidade pelo calor para evitar a separação de gordura [21]. Desta forma, com base no presente trabalho, recomendam-se os extratos hidrossolúveis desidratados com maiores proporções de soja, para o uso como extensores de carne, queijos processados e maioneses, por apresentarem melhores propriedades emulsificantes.

4 – CONCLUSÕES

Houve um aumento no nitrogênio solúvel em água, na atividade emulsificante e na estabilidade de emulsão, porém uma diminuição no índice de solubilidade de nitrogênio e no índice de dispersibilidade de proteína com o aumento das proporções de soja (0 a 50%) nos extratos hidrossolúveis desidratados de arroz e soja. Por outro lado, a proteína dispersível em água aumentou até um máximo no extrato hidrossolúvel desidratado com 10% de soja, além do qual, diminuiu com o aumento das proporções de soja (10 a 50%) nos extratos hidrossolúveis desidratados.

Os extratos hidrossolúveis desidratados elaborados com 90:10, 80:20 e 70:30% de arroz:soja, respectivamente, são recomendados para o uso em produtos cárneos, de confeitaria e de chocolataria, sopas, molhos, cremes e bebidas. No entanto, aqueles com 60:40 e 50:50% de arroz:soja, respectivamente, são considerados mais importantes para o uso em extensores de carne, queijos processados e maioneses.

5 – REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

² Departamento de Economia Doméstica – ICHS – UFRRJ, CEP 23851-970, Seropédica-RJ.

³ EMBRAPA-CTAA – Av. das Américas, n. 29.501, CEP 23020-470, Guaratiba-RJ.

* A quem a correspondência deve ser enviada.

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¹ Recebido para publicação em 22/08/98. Aceito para publicação em 01/02/00.

Recebido para publicação em 22/08/98. Aceito para publicação em 01/02/00.

Datas de Publicação

• Publicação nesta coleção
  05 Jan 2001
• Data do Fascículo
  Abr 2000

Histórico

• Recebido
  22 Ago 1998
• Aceito
  01 Fev 2000