Influência da germinação e do processamento térmico na digestibilidade proteica e atividade de inibição de tripsina de grãos de quinoa

The effect of germination and heat treatment on the protein digestibility and trypsin inhibition activity of quinoa grains

Influência da germinação e do processamento térmico na digestibilidade proteica e atividade de inibição de tripsina de grãos de quinoa

The effect of germination and heat treatment on the protein digestibility and trypsin inhibition activity of quinoa grains

Maria Júlia de Miguel Amistá^I; Olga Luisa Tavano^II,*

^IUniversidade Federal do Triângulo Mineiro (UFTM), Instituto de Ciências da Saúde, Departamento de Nutrição, Curso de Nutrição, Uberaba/MG - Brasil, e-mail: [e-mail] ^IIUniversidade Federal do Triângulo Mineiro (UFTM), Instituto de Ciências da Saúde, Departamento de Nutrição, Rua Getulio Guaritá, 159, sala 323, CEP: 38025-440, Uberaba/MG - Brasil, e-mail: [e-mail]

RESUMO

Em função de sua versatilidade e indicativos de alto valor nutritivo, a quinoa tem despertado crescente interesse dos pesquisadores das áreas de ciências nutricionais e de alimentos, bem como dos consumidores, que visam cada vez mais ao consumo de produtos associados à promoção da saúde ou alternativos para aqueles com necessidades específicas, como os celíacos, que encontram na quinoa uma possibilidade de consumo. Neste trabalho, avaliaram-se alterações relativas à qualidade proteica dos grãos, nos seguintes aspectos: a atividade de inibição de proteases e a digestibilidade proteica in vitro, em função de modificações sofridas por processo de germinação de 2, 4 e 6 dias, além de diferentes tipos de processamentos térmicos, incluindo-se aquecimentos brandos, a 40 ºC e 45 ºC, e cozimento sob fervura. O processo de germinação não proporcionou melhorias na digestibilidade proteica dos grãos de quinoa, embora tenha sido possível verificar uma redução na atividade de inibição de tripsina ao longo da germinação. Diversamente, os processos envolvendo tratamento térmico se mostraram efetivos em melhorar a qualidade proteica dos grãos, ainda quando as temperaturas de 40 ºC e 45 ºC foram utilizadas. Utilizando-se temperatura de apenas 45 ºC para tratamento dos grãos, seus valores de digestibilidade proteica foram aumentados a ponto de serem equivalentes ao observado para o cozimento tradicional dos grãos, realizado sob fervura, o que pode ser uma observação positiva aos que optam por consumo de grãos minimamente processados.

Palavras-chave: Chenopodium quinoa; Grãos germinados; Inibidores de proteases; Digestibilidade in vitro; Qualidade proteica.

SUMMARY

Due its versatility and indications concerning its high nutritive value, quinoa has attracted growing interest from food and nutrition researchers, as also from consumers who seek healthier or alternative food products. These foods are of particular relevance for people with specific needs such as those suffering from celiac disease. In this study changes occurring in some of the nutritional characteristics of the quinoa seed proteins, such as protease inhibition and in vitro protein digestibility, were evaluated during the germination process (2, 4 and 6 days) and after different heat treatments, including mild heating at 40 ºC and 45 ºC, and boiling. The germination processes evaluated here caused a significant decrease in the trypsin inhibition activity, but did not increase protein digestibility. However all the heat treatments used caused improvements in protein digestibility, even at low temperatures. The heat treatment at 45 ºC for 30 minutes was sufficient to increase the protein digestibility to the same level as that produced by boiling, which could be a positive observation for those who consume minimally processed grains.

Key words: Chenopodium quinoa; Germinated seeds; Protease inhibitors; In vitro digestibility; Protein quality.

1 Introdução

A quinoa, assim como o amaranto, é uma dicotiledônea, o que, do ponto de vista botânico, a difere dos cereais (monocotiledôneas), mas são também grãos considerados ricos em amidos e, portanto, são geralmente chamados de "pseudocereais", sendo muito associados aos cereais, em especial quando utilizados como seus substitutos, como por exemplo, trigo e arroz (SCHOENLECHNER et al., 2008; SPEHAR e SANTOS, 2005). Pertence à família Chenopodiaceae, mesma família de outros vegetais utilizados na alimentação humana e animal, como espinafre e beterraba, do gênero Chenopodium, sendo seu nome científico Chenopodium quinoa Willd (SPEHAR, 2006).

Em virtude de sua versatilidade, dos indicativos de alto valor nutritivo, da capacidade de se adaptar a condições agroclimáticas extremas e do grande potencial para elaboração de produtos alimentícios, a quinoa atualmente tem despertado crescente interesse dos pesquisadores das áreas de ciências nutricionais e de alimentos, bem como dos consumidores, que visam cada vez mais ao consumo de produtos associados à promoção da saúde ou alternativos para aqueles com necessidades específicas, como os celíacos, que encontram na quinoa uma possibilidade de consumo (TAKAO et al., 2005; BRADY et al., 2007).

Em relação aos consumidores, existem vertentes que se dedicam ao consumo de vegetais em sua forma mais natural ou minimamente processados, como os crudivoristas, que consomem grãos, por exemplo, sem os submeter a processos de cozimento tradicional, optando por tratamentos térmicos amenos, máximo de 40-45 ºC, ou apenas germinados. Modificações referentes às proteínas de sementes durante seu processo de germinação vêm sendo estudadas em muitas espécies e demonstram a ocorrência de alterações nos perfis proteicos, sejam relativas à composição, à funcionalidade ou à qualidade nutricional (MARTINEZ et al., 2011; GULEWICZ et al., 2008; SANGRONIS e MACHADO, 2007). Além disso, estudos demonstram que a germinação pode alterar a concentração de compostos antinutricionais, como inibidores de proteases, taninos e fitatos (RAMAKRISHNA et al., 2008; SANGRONIS e MACHADO, 2007; PORTARI et al., 2005; BADIFU, 2001), proporcionando melhorias na disponibilidade de nutrientes, em especial de proteínas.

Neste trabalho, foram avaliadas as influências do processo de germinação e de diferentes tipos de processamentos térmicos na modificação da atividade de inibição de tripsina e da digestibilidade proteica de grãos de quinoa.

2 Material e métodos

2.1 Material

Os grãos de quinoa (Chenopodium quinoa Willd.), variedade Real, de origem boliviana, foram obtidos em comércio local.

2.2 Métodos

22.1 Composição centesimal

As determinações de umidade, cinzas, lipídeos e fibras dos grãos in natura foram realizadas de acordo com o proposto pela AOAC (HOROWITZ, 2000). Carboidratos foram determinados por diferença, diminuindo-se a soma dos demais componentes de 100. A determinação de proteínas foi realizada como descrito a seguir.

22.2 Determinação de proteínas

As determinações de proteínas foram realizadas de acordo com o Método de Kjeldahl (AOAC – HOROWITZ, 2000). Para os cálculos referentes às amostras de quinoa (grãos in natura, germinados e tratados termicamente), utilizou-se o fator 6,25 para a conversão dos teores de nitrogênio em proteínas. Quando a determinação do teor de proteínas foi necessária para amostra de caseína, para sua utilização em ensaio de digestibilidade, utilizou-se o fator 6,38 para conversão do valor de nitrogênio.

22.3 Germinação

A germinação foi realizada simulando-se procedimento caseiro, adotado por grupos crudivoristas. Uma visualização das principais etapas deste procedimento se encontra na Figura 1, e seus detalhes descritos a seguir. Os grãos foram lavados com água destilada, imersos por 1 minuto em solução de hipoclorito de sódio 0,07% (v/v) e então deixados imersos em água destilada por 8 horas. Após drenagem da água, as sementes foram colocadas em recipientes de vidro com boca larga, sendo a abertura coberta por tecido de trama larga que permite a passagem livre de água e ar. Este recipiente foi mantido invertido, em temperatura ambiente, em local iluminado por luz natural, embora abrigado da incidência direta de raios solares. As sementes foram umedecidas diariamente utilizando-se água destilada. Após 2, 4 e 6 dias de germinação, as amostras foram coletadas (brotos completos), congeladas e liofilizadas. Os germinados liofilizados foram pulverizados em almofariz até passagem por tamiz de 80 mesh, para utilização nos ensaios posteriores.

22.4 Tratamentos térmicos

Cozimento sob fervura: este tratamento foi realizado simulando-se o procedimento destinado ao consumo e recomendado na própria embalagem do produto comercial, utilizando-se a relação 1:3 de massa de grãos:volume de água destilada. A amostra foi então mantida sob fervura até ser identificada como "cozida", aos 18 minutos de cozimento dos grãos. Para a amostra "cozida sob fervura após maceração", o mesmo procedimento acima descrito foi adotado, com inclusão de etapa prévia de maceração, na qual os grãos foram mantidos imersos em água destilada (1:3 m/v) por uma hora, período após o qual a água foi descartada e os grãos drenados encaminhados ao cozimento, como descrito.

Aquecimento brando: parte dos grãos foi mantida a 40 ºC, e parte a 45 ºC, por intervalo de tempo de 30 minutos, em ausência ou em presença de água destilada na mesma proporção utilizada para fervura.

Após cada tratamento térmico, todas as amostras (juntamente com a água do processamento, quando foi o caso) foram imediatamente resfriadas, congeladas e encaminhadas para liofilização para serem utilizadas nos ensaios, após pulverização em almofariz e passagem por tamiz de 80 mesh.

22.5 Digestibilidade proteica in vitro

A digestibilidade in vitro foi determinada conforme descrito por Akeson e Stahman (1964), utilizando-se sequência de incubação com pepsina e pancreatina, a 37 ºC, por 3 e 24 horas, respectivamente. A reação foi interrompida por adição de ácido tricloroacético, até concentração final de 10%, seguida de centrifugação 7.000 rpm/15 min. O sobrenadante foi utilizado para determinação do grau de hidrólise, calculado pelo aumento da concentração de amino grupos em solução, como descrito por Church et al. (1983), com uso de reagente OPA (o-phthaldialdehyde). Uma curva analítica de L-leucina foi utilizada como referência. Os resultados foram expressos como percentual em relação ao resultado do grau de hidrólise determinado identicamente para amostra de caseína, considerado como 100%.

22.6 Atividade de inibidores de tripsina

A atividade de inibidores de tripsina das amostras de quinoa (grãos in natura, germinados e tratados termicamente) foi determinada como descrito por Kakade et al. (1974), com uso de reagente BAPNA (benzoil-DL-arginina-p-nitroanilida) como substrato. Uma unidade de tripsina (UT) foi definida arbitrariamente como o aumento de 0,01 unidade de absorvância a 410 nm por 10,0 mL do meio de reação. Os resultados foram expressos como Unidades de Inibição de Tripsina (UIT) por miligrama de amostra e por miligrama de proteína.

22.7 Análises estatísticas

Todos os ensaios foram realizados em triplicada. Os resultados foram expressos como média ± desvio padrão. Utilizou-se análise de variância (ANOVA) com nível de significância de 5% (p < 0,05), para comparação entre os resultados, por meio do programa Statistica da Statsoft (2007).

3 Resultados e discussão

Os resultados da composição centesimal dos grãos de quinoa estão expressos na Tabela 1. O teor de umidade, lipídeos, cinzas e fibras dos grãos permaneceram dentro do intervalo percentual descrito por Vilche et al. (2003). Quanto aos resultados para proteínas, alguns autores descrevem variações entre as diferentes variedades e mesmo entre diferentes condições de cultivos. Valencia-Chamorro (2003) citam teores de proteínas de 8 a 22%, e Vilche et al. (2003), de 10 a 18% de proteínas. O resultado para o teor de proteínas encontrado no grão in natura foi 11,18%, situando-se dentro das faixas citadas por esses autores, e se aproximando dos dados encontrados em estudo de Lopes et al. (2009) com farinha obtida do grão integral de quinoa produzido no Brasil, em que um valor de 11,52% foi obtido.

Quando o procedimento de germinação foi realizado, observou-se que os grãos de quinoa apresentam rápida capacidade de germinação, sendo possível perceber nitidamente seus brotamentos após as primeiras 12 horas do processo. Após dois dias de germinação, os brotos já apresentavam entre 0,5 e 0,8 cm de altura. A partir de então, a percepção do brotamento, apenas visual, já não apontava para uma velocidade tão alta de crescimento, embora, ao final dos seis dias, houvesse grãos com brotos de cerca de 1,5 cm de comprimento. Na Figura 2, visualizam-se estes grãos germinados.

Embora tenha sido visível a modificação estrutural dos grãos germinados, com relação à sua quantidade de proteínas por grama de sólidos totais (matéria seca após liofilização), não foram observadas grandes variações. As concentrações de proteínas em base seca foram 12,33% ± 0,20; 12,61% ± 0,24; 13,23% ± 0,01, e 13,35% ± 0,20, respectivamente, para as amostras de tempo zero, 2, 4 e 6 dias de germinação, com aumento total de concentração proteica de cerca de 8,3% após o sexto dia de germinação. Alguns autores sugerem maiores modificações nos percentuais de proteínas de grãos submetidos à germinação, como Martinez et al. (2011), que, em estudo de germinação de grãos de soja, observaram um aumento de 17,8% de proteínas (em base seca) após 48 horas de germinação. Já Portari et al. (2005) observaram aumento de 5,61% de proteínas em amostras de grão-de-bico, após seis dias de germinação. Este aumento proteico, em especial nos primeiros dias de germinação, pode ser atribuído em parte ao surgimento de novas enzimas, relacionadas ao processo de transformação dos grãos (MARTINEZ et al., 2011). Considerando-se as amostras em base úmida (germinados antes da liofilização), ainda que os percentuais de umidade tenham apresentado um aumento com o decorrer do período de germinação, pouca alteração nos teores de proteínas dos germinados foi observada. Os percentuais de umidade passaram de 9,32%, no tempo zero, para 14,80%, 17,41% e 19,93%, respectivamente, para os tempos de 2, 4 e 6 dias de germinação, enquanto que, para proteínas, o percentual passou de 11,18%, para 10,73%, 10,92% e 10,68%, para os respectivos tempos de germinação.

Na Tabela 2, encontram-se reunidos os resultados de Unidades de Inibição de Tripsina (UIT) determinados para as amostras de quinoa submetidas aos diferentes tratamentos.

Todos os tratamentos realizados colaboraram para a redução da atividade inibitória de tripsina dos grãos, mas aqueles aquecimentos acima de 45 ºC parecem exercer maior influência em tais fatores, em especial quando o aquecimento se deu na presença de água, já que, nesta condição, a amostra aquecida a 45 ºC apresentou uma atividade de inibição de tripsina cerca de 66% menor do que aquela submetida ao mesmo aquecimento, mas em ausência de água. Ainda que estes tratamentos tenham sido brandos, o aquecimento parece ter sido suficiente para proporcionar reações de inativação dos inibidores de proteases, embora o cozimento, em temperatura mais alta, tenha sido o mais efetivo na inativação destes.

Embora a germinação tenha colaborado para a redução de inibidores de proteases nos grãos de quinoa, a maior queda de atividade se deu logo após os primeiros dois dias de germinação (57,7% do valor encontrado para os grãos não germinados), sendo que, após quatro dias de germinação, a redução observada foi de 64,8%, próximo ao valor observado após seis dias (Tabela 2).

Tais modificações positivas na atividade de inibidores de proteases, observadas após a germinação dos grãos de quinoa, parecem não refletir diretamente em melhoria do potencial de hidrólise de suas proteínas, uma vez que as amostras germinadas nos diferentes tempos não demonstraram aumento na digestibilidade proteica, como se observa pelos dados expressos na Tabela 3. Ao contrário, aos primeiros dois dias de germinação, o que se observa é certa redução na digestibilidade em comparação à amostra não germinada, que se mantém naquela digestibilidade referente aos quatro dias de germinação. Já no sexto dia, a digestibilidade da amostra voltou a apresentar um pequeno aumento, retornando então para valores comparáveis ao apresentado pela amostra não germinada.

Dessa forma, de uma maneira geral, seria possível afirmar que a germinação não proporcionou melhoria para a digestibilidade proteica in vitro dos grãos de quinoa, embora os níveis de atividade de inibição de tripsina tenham sido reduzidos.

Já os aquecimentos, ainda que os mais brandos, colaboraram para o aumento da digestibilidade proteica (Tabela 3). Comumente, o aquecimento das amostras poderia proporcionar melhoria nas digestibilidades proteicas pela inativação de inibidores de proteases ou alteração das próprias estruturas proteicas. Ao se considerarem as variações entre os resultados observados para as atividades de inibidores de proteases (Tabela 2) e aqueles para digestibilidades proteicas (Tabela 3), não é possível estabelecer uma correlação entre ambos, indicando que a presença dos inibidores não seria a principal influência na digestibilidade. Estes inibidores apresentam baixos níveis na quinoa em comparação a outros grãos e não seriam suficientes para provocar prejuízos à digestão destas proteínas. Dessa forma, a melhoria nos resultados em resposta aos tratamentos térmicos refletiria desnaturações proteicas ocorridas, indicando que as proteínas de quinoa respondem rapidamente ao calor, uma vez que tratamentos térmicos amenos já foram suficientes para proporcionar modificações significativas nos potenciais de hidrólise. O aquecimento a 40 ºC/30 min aumentou em cerca de 7,5% a digestibilidade proteica em comparação aos grãos in natura, e aqueles grãos aquecidos a 45 ºC/30 min alcançaram resultados semelhantes aos encontrados para as amostras que passaram pelo processo de cozimento sob fervura (Tabela 3). Neste sentido, ainda que a digestibilidade seja apenas um dos aspectos de qualidade proteica, para aqueles que optam por dieta incluindo grãos minimamente processados, de fato, o uso do cozimento do grão sob fervura (considerado tratamento térmico drástico e, assim, rejeitado por consumidores crudivuristas) não se justificaria.

Outra observação interessante diz respeito ao uso de etapa de maceração dos grãos. Quando houve associação entre maceração e aquecimento (amostra macerada por uma hora e então cozida), alcançou-se o melhor resultado de digestibilidade proteica (85,9%). Quando os grãos foram apenas macerados em água destilada e esta água então descartada após 1 h, sem a utilização de qualquer outro processamento, houve aumento de cerca de 18% na digestibilidade proteica dos grãos. Diversos trabalhos já demonstraram que o processo de maceração dos grãos pode provocar a extração de componentes hidrossolúveis, em especial aqueles contidos na casca ou na superfície dos grãos, como taninos, que poderiam prejudicar o aproveitamento proteico (REHMAN e SHAH, 2001; SHI et al., 2009). Além disso, os grãos de quinoa são conhecidos por apresentarem saponinas em sua composição, em especial em sua casca, e estes compostos são sabidamente reduzidos por processo de maceração (KULJANABHAGAVAD et al., 2008; SPARG, 2004; SHI et al., 2009).

4 Conclusões

O processo de germinação proposto neste trabalho não proporcionou melhorias na digestibilidade proteica dos grãos de quinoa, embora tenha sido possível verificar uma redução na atividade de inibição de tripsina ao longo da germinação. Já os processos envolvendo tratamento térmico se mostraram efetivos em melhorar aspectos referentes à qualidade proteica dos grãos, uma vez que foram capazes de reduzir a atividade de inibição de proteases e aumentar a digestibilidade proteica, ainda que baixas temperaturas tenham sido utilizadas. Vale ressaltar que, utilizando-se temperatura de apenas 45 ºC para tratamento dos grãos, seus valores de digestibilidade proteica foram aumentados a ponto de serem equivalentes ao observado no cozimento tradicional dos grãos, realizado sob fervura, o que pode ser uma observação positiva aos que optam por consumo de grãos minimamente processados.

Agradecimentos

Os autores agradecem à Fundação de Ensino e Pesquisa de Uberaba – FUNEPU, pelo suporte financeiro; à Profa Dra. Roseli Aparecida da Silva Gomes, pela disponibilização de recursos do Laboratório de Bioquímica e Biofísica/ICB/UFTM, e a Christopher Mosley, pela revisão dos textos em inglês.

Recebido | Received: 01/11/2011

Aprovado | Approved: 11/10/2012

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Autor Correspondente | Corresponding Author

Datas de Publicação

• Publicação nesta coleção
  05 Mar 2013
• Data do Fascículo
  Mar 2013

Histórico

• Recebido
  01 Nov 2011
• Aceito
  11 Out 2012