Concentrado e isolado protéico de torta de castanha do pará: obtenção e caracterização química e funcional

Brazil nut protein concentrate and isolate production: chemical and functional properties

CONCENTRADO E ISOLADO PROTÉICO DE TORTA DE CASTANHA DO PARÁ: OBTENÇÃO E CARACTERIZAÇÃO QUÍMICA E FUNCIONAL¹

Mariana M. da GLÓRIA², Marisa A.B. REGITANO-d'ARCE²,^*

RESUMO

Foram determinadas as melhores condições para a obtenção de um concentrado e um isolado protéicos, a partir da torta desengordurada da castanha do Pará. O pH de precipitação protéica foi 3,5 - 4,0 e o de extração protéica foi 9,0. A produção do concentrado resultou num rendimento de 70% e a do isolado, de 35%. Estes foram caracterizados quanto às suas propriedades de solubilidade, absorção de água e óleo (%CAA e %CAO) e capacidade de formação de espuma. As %CAA e %CAO do concentrado foram cerca de duas vezes maiores do que as do isolado. Tanto o concentrado como o isolado protéico obtido da torta desengordurada de castanha do Pará apresentaram boas condições de funcionalidade, com exceção da capacidade de formação de espuma em que o isolado foi muito superior.

Palavras-chave: castanha do Pará; torta; concentrado protéico; isolado protéico; propriedades funcionais.

SUMMARY

BRAZIL NUT PROTEIN CONCENTRATE AND ISOLATE PRODUCTION: CHEMICAL AND FUNCTIONAL PROPERTIES. The best conditions for producing Brazil nut protein concentrate and isolate from defatted cake were determined. Protein precipitation pH was 3.5-4.0 and protein extraction pH was 9.0. Protein concentrate and isolate yields were 70% and 35%, respectively. They were evaluated according to their properties of solubility, oil and water absorption (%WAC and %OAC), and foaming capacity. They presented high protein solubility in pH 12. Concentrate %WAC and %OAC were twice higher than the isolate. Brazil nut protein concentrate and isolate presented both good functionality, except for a good foaming capacity that was presented only by the isolate.

Keywords: Brazil nut; cake; protein concentrate; protein isolate; functional properties.

1 — INTRODUÇÃO

A maior parte da castanha do Pará colhida no Brasil destina-se ao consumo "in natura". Porém, quando estas se apresentam quebradas ou com defeitos, sem aceitação pelo mercado externo, são descartadas e, alternativamente, podem servir de matéria-prima para extração de óleo, devido à sua riqueza lipídica. Como regra geral, o óleo é obtido da prensagem da castanha e ao resíduo dessa extração dá-se o nome de torta.

A utilização da torta da castanha do Pará no preparo de alimentos é uma forma de aumentar as opções da região Amazônica, uma vez que ela apresenta bom valor nutricional e disponibilidade.

Este artigo é fruto de um trabalho de dissertação [12] em que foram investigadas e definidas as principais variáveis que influenciam o processo de obtenção do concentrado e isolado protéico, tais como agente precipitante de proteína, a relação sólido/líquido, pH, modo de separação do precipitado/material solúvel, tempo de agitação da torta desengordurada com diferentes solventes para favorecer o rendimento protéico final. Definidos os processos de obtenção do concentrado e isolado protéicos, estes foram caracterizados quanto às suas propriedades funcionais.

O Laboratório de Óleos e Gorduras do Departamento de Agroindústria, Alimentos e Nutrição da ESALQ/USP trabalha com o aproveitamento da castanha do Pará há bastante tempo. Estudos já foram conduzidos com a conservação da castanha "in natura" [25, 26, 27], do óleo bruto [13], a obtenção de leite e farinha de castanha, sua conservação [24], e como continuidade desta linha de pesquisa, ainda havia o estudo do aproveitamento da torta, resíduo da prensagem das castanhas quebradas em mini-prensa Expeller para obtenção do óleo bruto.

A torta integral ou desengordurada de castanha do Pará já foi objeto de vários estudos devido ao seu alto teor protéico [10, 1, 28, 19]. A proteína da castanha do Pará é rica em aminoácidos sulfurados [31]. OSBORNE [22] denominou a globulina, principal proteína da castanha do Pará, de excelsina. Segundo SOUZA [30] e CHAVES [8], o aminograma das proteínas da castanha do Pará, e principalmente, das globulinas revela teores apreciáveis de arginina, leucina, fenilalanina e metionina. ANTUNES & MARKAKIS [1] e ROTENBERG & IACHAN [28] encontraram metionina, arginina, leucina em maior quantidade, com destaque para a metionina. MOURA & ZUCAS [20] verificaram que a proteína da farinha de castanha do Pará foi superior à proteína isolada da soja e inferior à caseína em ensaios com ratos.

Uma maneira de ampliar o uso da proteína da torta da castanha do Pará é através da transformação desta em concentrado e isolado protéico, definidos pela legislação brasileira como produtos protéicos, com, no mínimo, 68 e 88% de proteína (%N x 6,25) em base seca, respectivamente, sendo os de soja os únicos concentrado e isolado classificados [2]. O fator 6,25, aplicado aos teores percentuais de nitrogênio total das amostras, provém do teor médio de 16% de nitrogênio nas proteínas, entretanto ele pode variar de 12 a 19%. Para a castanha do Pará, o fator recomendado pela AOAC [3] é de 5,46.

Embora os concentrados e isolados sejam boas fontes de proteínas, suas propriedades funcionais normalmente tem mais valor tecnológico que sua contribuição nutritiva [18].

As propriedades funcionais das proteínas de oleaginosas de importância para a aplicação nos alimentos, além das organoléticas, são as físicas (solubilidade, capacidade de absorção espontânea de água) e as de superfície (emulsificação, capacidade de formação de espuma, capacidade de absorção de óleo), além da viscosidade (propriedade reológica) [16].

2 — MATERIAL E MÉTODOS

2.1 – Material

A torta desengordurada de castanha do Pará, obtida da extração do óleo de castanha do Pará, através de prensagem, e posterior extração com solvente hexano à temperatura ambiente, foi matéria prima inicial para a obtenção do concentrado e do isolado protéico.

2.2 – Obtenção do concentrado protéico

O concentrado protéico de torta desengordurada de castanha do Pará foi obtido através do seguinte procedimento conforme definido por Glória [12]:

– pH de precipitação protéica: 3,5

– relação matéria-prima/sol. de HCl 0,5N, 1:15 (p/v)

– tempo de agitação magnética: 3 horas a 60 rpm

– modo de separação do precipitado/material solúvel: filtração a vácuo

– secagem: proteína na forma isoelétrica em estufa de circulação de ar forçado a 40^oC durante 3 horas

– trituração: granulometria inferior à malha 100 da peneira da série "US Standard".

A velocidade de agitação magnética da proteína precipitada foi a mínima necessária para manter o material em suspensão, evitando-se, dessa forma, uma possível desnaturação das proteínas. O concentrado foi seco com a proteína na forma isoelétrica para evitar perdas protéicas, e também para que a secagem pudesse ser feita em estufa de circulação de ar forçado. O rendimento em concentrado foi de 70% em relação ao peso da matéria-prima e este apresentou cor branca levemente cremosa.

2.3 – Obtenção do isolado protéico

O isolado protéico de torta desengordurada de castanha do Pará foi obtido através do seguinte procedimento:

– pH de extração protéica: 9

– relação matéria-prima/solução: NaOH 0,02N, 1:15 (p/v)

– tempo de agitação magnética: 2 horas a 60rpm

– pH de precipitação protéica: 4

– modo de separação do precipitado/material solúvel: filtração a vácuo

– secagem: proteína na forma isoelétrica em estufa de circulação de ar forçado a 40^oC durante 4 horas.

– trituração: granulometria inferior à malha 100 da peneira da série "US Standard".

– O rendimento do isolado protéico foi de 35% em relação à matéria-prima e apresentou cor amarelo claro.

2.4 – Métodos

2.4.1 – Análises químicas de caracterização

As análises realizadas na matéria-prima, torta desengordurada, e nos concentrado e isolado protéicos foram umidade [3], teor de proteína bruta semi-micro-Kjeldahl [3], teor de óleo em extrator de Soxhlet, método Ac 3-44 [4], teor de cinza, método 4.8 [15], teor de fibra bruta, método 962-09 [3] e teor de carboidratos calculado pela diferença de 100 (100 - soma dos teores dos componentes anteriores).

A composição aminoácidica foi determinada através de cromatografia de troca iônica em analisador automático de aminoácidos da marca Beckman, modelo 7300, quantificando os aminoácidos por área dos picos com mistura padrão de aminoácidos em integrador Hewlett-Packard.

2.4.2 – Propriedades funcionais

Para a caracterização tecnológica do concentrado e isolado protéico e da torta desengordurada da castanha do Pará foram avaliadas, em pH próprio de cada produto, as seguintes propriedades funcionais:

A. Solubilidade

A solubilidade é medida pelo ISN (índice de solubilidade de nitrogênio - gramas de nitrogênio em solução/nitrogênio total x 100) ou pelo PDI (índice de dispersibilidade protéica, g proteína na solução/g proteína total x 100) [16].

Foram dispersos 1g do material em estudo em 50mL de água destilada com pH ajustado de 2 a 12, com HCl 0,5N ou NaOH 0,02N. Após um período de 10 minutos, o pH foi reajustado. A dispersão foi mantida sob agitação por 1 hora e filtrada. Do sobrenadante foram retiradas alíquotas para a determinação de N total pelo método de semi-microKjeldahl conforme AOAC [3]. O método utilizado foi adaptado de CHEN & MORR [9].

O índice de solubilidade de nitrogênio foi calculado da seguinte forma:

B. Capacidade de absorção de água

Uma amostra de 0,5g do material estudado foi homogeneizada em 5mL de água destilada, em tubo de centrífuga graduado por 1 minuto e deixada em repouso por 30 minutos à temperatura ambiente (22 - 25^oC) e, em seguida, centrifugada por 30 minutos a 2600rpm (1200 x G). A água retida após a centrifugação foi considerada como água absorvida [29].

O sedimento no tubo da centrífuga, após separação do sobrenadante foi pesado e a capacidade de absorção de água (CAA) calculado pela expressão:

C. Capacidade de absorção de óleo

Uma amostra de 0,5g do material estudado foi homogeneizada com 3g de óleo de milho refinado em tubo de centrífuga graduado por 1 minuto e deixada em repouso por 30 minutos à temperatura ambiente (22 - 25^oC) e, em seguida, centrifugada durante 30 minutos a 1200 x G [17].

O sedimento no tubo da centrífuga, após separação do sobrenadante foi pesado e a capacidade de absorção de óleo (CAO) calculado pela expressão.

D. Capacidade de formação de espuma

A capacidade de formar espuma foi determinada por uma combinação dos métodos de PHILLIPS et al [23] e DIPAK & KUMAR [11], com algumas modificações.

Cinco gramas de amostra foram batidos com 100mL de água destilada durante 5 minutos, usando-se a máxima rotação em "mixer", marca Arno, modelo MMA. O volume aumentado pelo batimento foi medido em uma proveta de 500mL.

A porcentagem do aumento de volume foi calculada pela expressão:

Aumento de volume

onde: A = volume antes da agitação (mL)

B = volume após batimento (mL)

O estudo da estabilidade da espuma foi feito através do repouso da amostra à temperatura ambiente (22 - 25^oC) com leitura do volume total após intervalos de 1, 5, 10, 30 e 60 minutos.

3 — RESULTADOS E DISCUSSÃO

3.1 – Composição química

A Tabela 1 apresenta a composição química da torta desengordurada, do concentrado e do isolado protéicos de castanha do Pará. A Tabela 2 apresenta a composição aminoacídica da torta de castanha do Pará desengordurada com hexano.

O teor de nitrogênio total do concentrado protéico, multiplicando por %N x 5,46, foi 59,30%. O isolado protéico apresentou um teor elevado de proteína, da ordem de 81,58% (%N x 5,46).

Este estudo foi conduzido com base em métodos de obtenção de concentrados protéicos de várias origens protéicas, devido à inexistência de produtos protéicos à base de castanha do Pará.

3.2 – Solubilidade do nitrogênio

A mínima solubilidade foi obtida entre os pH’s 3 e 4, região onde se encontra o ponto isoelétrico das proteínas. A mais alta solubilidade foi conseguida em pH alcalino (pH 12). Os compostos nitrogenados da torta desengordurada apresentaram 98,73% de solubilidade em pH 12 (Figura 1).

O conhecimento da curva de solubilidade da torta desengordurada possibilitou o maior rendimento na produção de concentrado e isolado protéico.

3.2.1 – Concentrado e isolado protéicos de torta desengordurada de castanha do Pará

O concentrado protéico apresentou o mais alto índice de solubilidade de nitrogênio em pH 12 (86,86%) e solubilidade nula no ponto isoelétrico (pH 3) (Figura 2). Essa solubilidade nula pode ter ocorrido devido ao longo tempo de agitação (3 horas) da proteína precipitada com a solução ácida de HCl (pH 3,5). Para KINSELLA et al [16] embora a precipitação por acidificação, ou seja, precipitação isoelétrica seja o método de recuperação de proteínas que causa menor desnaturação e consequentemente menores alterações nas propriedades funcionais, a exposição prolongada à ação do ácido pode causar perda da solubilidade, como já foi observado para proteínas de soja. CANTORAL et al [7] também encontraram solubilidade nula no ponto isoelétrico quando estudavam o concentrado protéico de algumas leguminosas.

No geral, o isolado protéico apresentou maior solubilidade que o concentrado protéico e, como já foi citado na literatura por HUTTON & CAMPBELL [14], essa diferença pode ser explicada também pela presença de polissacarídeos no concentrado, que podem competir com as proteínas pela água disponível.

O isolado protéico apresentou boa solubilidade em pH 2 (49,11%) e alta solubilidade no pH 12 (87,84%); próxima à região do ponto isoelétrico apresentou baixa solubilidade (Figura 3), resultado já observado por HUTTON & CAMPBELL [14] e WOLF & COWAN [32].

Nem o concentrado, nem o isolado protéico de torta desengordurada de castanha do Pará, podem ser utilizados em bebidas devido à baixa solubilidade em pH ácido, porém podem ser utilizados na produção de pães, massas em geral ou comidas semi-sólidas [6].

3.3 – Capacidade de absorção de água

Na Tabela 3 encontram-se os resultados obtidos para a capacidade de absorção de água e óleo da torta desengordurada, do concentrado e do isolado de castanha do Pará.

A capacidade de absorção de água (%CAA) do concentrado protéico, de 338,12%, foi superior aos observados em concentrados de outras origens protéicas. Os concentrados protéicos de soja Promosoy e Isopro apresentaram %CAA de 196,1% e 227,3%, respectivamente, e os concentrados protéicos DE-60 e DE-90 de girassol, 137,8% e 203,0%, respectivamente [17].

O valor de %CAA do isolado protéico de castanha do Pará, de 149,7% (Tabela 3), esteve próximo ao do isolado protéico de girassol obtido por Bagnis [5], com 179,4%, e ao DE-60, com 155,1%, analisado por LIN et al [17]. Já os isolados de soja, Supro 610 e Promine D, apresentaram 447,6% e 416,7 %CAA, respectivamente [17]. Como os produtos protéicos de soja apresentam maior capacidade de absorção de água do que os produtos protéicos de girassol, há indicação de que as proteínas de soja sejam mais hidrofílicas que as de girassol [17], e, no nosso caso, que as de castanha do Pará.

As diferenças de absorção de água encontradas entre a torta desengordurada de castanha do Pará (327,1%), o concentrado (338,1%), e o isolado (149,7%) podem ser devidas à maior porcentagem de carboidratos presentes na torta e no concentrado, comparada à do isolado (Tabela 1). Os polissacarídeos, contidos em concentrados protéicos de soja, absorvem quantidades significativas de água [21] e na castanha o comportamento pode ser semelhante.

3.4 – Capacidade de absorção de óleo

As diferenças encontradas nos resultados de capacidade de absorção de óleo (%CAO) da torta desengordurada de castanha do Pará (174%), do concentrado (145%) e do isolado (79%) (Tabela 3), parecem seguir a mesma proporcionalidade encontrada na % CAA, isto é, os valores mais baixos são os do isolado protéico, com cerca de 50% da % CAO do concentrado e torta.

O concentrado apresentou capacidade de absorção de óleo muito parecida à do concentrado de soja.

LIN et al [17] encontraram valores % CAO da ordem de 92 a 133%, para concentrados de soja e de 226 a 254%, para os de girassol; 119 a 154%, para isolados de soja e 256% para os de girassol.

3.5 – Capacidade de formação de espuma e estabilidade

Os dados de capacidade de formação de espuma dos produtos de torta desengordurada de castanha do Pará foram expressos em aumento do volume devido à agitação (Tabela 4).

O concentrado protéico de torta desengordurada de castanha do Pará provocou um aumento de volume de aproximadamente 10% e o isolado protéico, de 170%.

A torta desengordurada de castanha do Pará apresentou melhor capacidade de formação de espuma que o concentrado, embora tenha 20% a menos de proteína que o concentrado. Segundo LIN et al [17], outros componentes não protéicos também participam da formação de espuma.

A estabilidade da espuma é importante porque o sucesso de um agente espumante depende de sua habilidade de manter a espuma por mais tempo possível [17]. Os dados da Tabela 4 indicam que a espuma formada pelo isolado é mais estável que aquela obtida pelo concentrado. Segundo LIN et al [17], a exposição de proteína a condições extremas de alcalinidade (pH 11-12) durante o processo de produção de isolado protéico pode melhorar a capacidade de formação e estabilidade da espuma.

Com base nestes resultados podemos afirmar que a torta desengordurada de castanha do Pará e o concentrado protéico não devem ser utilizados como ingredientes em formulações, onde se requeira a formação de espuma, devido à baixa estabilidade, enquanto o isolado protéico que apresentou boa capacidade de formação e estabilidade de espuma, pode ser adicionado em produtos tais como bolos, suspiros, coberturas de doces, etc.

4 — CONCLUSÕES

É possível e viável a obtenção de concentrado e isolado protéicos de torta de castanha do Pará desengordurada, com 59,3% e 81,6% de proteína (N x 5,46) em base seca, respectivamente.

Tanto o concentrado como o isolado apresentaram alta solubilidade em pH 12. As % CAA e % CAO do concentrado protéico foram cerca de duas vezes superior às do isolado.

Somente o isolado protéico de castanha do Pará apresentou boa capacidade de formação e melhor estabilidade de espuma.

Tanto a torta desengordurada de castanha do Pará como os concentrado e isolado protéicos podem encontrar amplo âmbito de aplicação (produtos cárneos, de confeitaria, pastelaria e massas em geral), com base nos resultados das propriedades funcionais de solubilidade, absorção de água e óleo, comparáveis às de produtos protéicos de outras origens.

5 — REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

² Departamento de Agroindústria, Alimentos e Nutrição da ESALQ/USP - C.P. 09, 13.418-900, Piracicaba -SP - Brasil E-mail: [e-mail].

* A quem a correspondência deve ser enviada.

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Recebido para publicação em 22/02/00. Aceito para publicação em 25/08/00. Parte da dissertação de Mestrado apresentada ao Curso Ciência e Tecnologia de Alimentos da ESALQ/USP.

Datas de Publicação

• Publicação nesta coleção
  20 Abr 2001
• Data do Fascículo
  Ago 2000

Histórico

• Aceito
  25 Ago 2000
• Recebido
  22 Fev 2000