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PROTEINAS LÀCTEAS TAILOR-MADE COM ÊNFASE NO COMPORTAMENTO TÉRMICO

As proteínas lácteas (milk protein - MPs) são importantes para a nutrição humana e promovem uma ampla variedade de propriedades dinâmicas funcionais, largamente exploradas pelas indústrias de alimentos, com o objetivo de proporcionar melhorias de textura, rendimento e palatabilidade aos produtos processados. O conhecimento sobre as estruturas e as mudanças funcionais das estruturas dos componentes do leite com o processamento se aperfeiçoou nas últimas décadas, e isto tem resultado em maiores avanços na produção das proteínas lácteas feitas sob medida (tailor-made).

Diferentes métodos de produção em escala industrial das MPs têm sido desenvolvidos ao longo dos últimos 40 anos. Como resultado, uma grande variedade de produtos, especificamente designados para estas aplicações, está sendo manufaturada pelas indústrias de laticínios. Estes produtos incluem os tradicionais derivados lácteos protéicos desidratados como o leite em pó desnatado (SMP), o soro em pó (WP) e o soro em pó desmineralizado (DWP), além dos produtos de alta concentração protéica como as caseínas, os caseinatos, os concentrados protéicos de soro (WPC), os isolados protéicos de soro (WPI), os concentrados protéicos de leite (MPC) e os isolados protéicos de leite (MPI). Os processos utilizados na manufatura destes produtos tendem a modificar a estrutura nativa das proteínas lácteas, podendo levar a novas interações proteína-proteína e consequentemente gerar impacto sobre a funcionalidade tecnológica das mesmas.

O uso de diferentes tratamentos térmicos nas indústrias de alimentos é um dos principais fatores de influência sobre as propriedades dinâmicas funcionais das MPs, dentre as quais a desnaturação térmica das soroproteínas é determinante para a obtenção das características desejáveis no produto processado. A compreensão do comportamento da desnaturação térmica destas proteínas na matriz a ser aplicada é de fundamental importância para o controle tecnológico do processamento.

Os tradicionais produtos lácteos protéicos, leite em pó desnatado (SMP) e o soro em pó (WP), têm uma longa história de uso como ingredientes nos produtos alimentícios, por exemplo, nas bebidas, sorvetes, pães e bolos entre outros. O SMP pode ser classificado quanto ao índice de desnaturação protéica (WPNI) como baixo, médio e alto tratamento térmico. Leite em pó com alta concentração de proteína variando entre 500 g.kg-1 a 850 g.kg-1 são normalmente classificados como concentrados protéicos de leite (MPC), sendo os principais o MPC56, MPC70 e MPC85, onde o número é referente à concentração aproximada de proteína.

O processo de fabricação do SMP consiste em diferentes etapas como: (i) desnate e pasteurização do leite cru, (ii) pré-aquecimento do leite com possíveis combinações entre tempo/temperatura, (iii) concentração do leite em evaporadores de múltiplos efeitos, (iv) tratamento térmico do concentrado para reduzir a viscosidade inicial na entrada da câmara de secagem, e (v) secagem do concentrado.

Na fabricação do MPC, leite desnatado é concentrado por ultrafiltração (UF) para aumentar o conteúdo de proteína e remover parte da lactose e os sais. Para os produtos com concentração mais alta de proteína, (normalmente acima de 700 g.kg-1 de proteína na base seca) diafiltração (DF) é normalmente aplicada. Geralmente, nenhuma etapa de pré-aquecimento é necessária. Depois da UF e DF do SMP, o retentado é evaporado para aumentar a concentração de sólidos e depois desidratado em câmara de secagem.

MPCs são comumente adicionados ao leite ou queijos formulados para aumentar a concentração de proteínas e/ou rendimento do produto final. MPC pode ser utilizado para melhorar as características de textura do iogurte. O uso do MPC em bebidas nutricionais está crescendo. Nestas aplicações, MPC contribui com ambas as proteínas do leite (caseína e soroproteínas), na mesma proporção que o leite, porém com concentração de lactose muito menor (Baldwin; Pearce, 2005).

A produção dos derivados de soro em pó envolve a combinação de diferentes processos como UF, NF, DF, osmose reversa, troca iônica, evaporação e secagem (Hobman, 1992). Os produtos comerciais incluem os concentrados protéicos de soro (WPCs), isolados protéicos de soro (WPIs) e proteínas fracionadas como a a-LA e b-LG (Mulvihill, 1992). Os mais importantes sob o ponto de vista comercial são o WPC (aproximadamente 850 g.kg-1 de proteína) e o WPI (aproximadamente 950 g.kg-1 de proteína).

WPC tem aplicação em produtos cárneos, bebidas, panificação e produtos infantis (Kinsela, 1984; de Wit, 1989). As principais características de funcionalidade dos derivados de soro incluem a forte interação com água, emulsificação, aeração, e geleificação. As funcionalidades destes produtos não dependem somente da composição, mas também dos vários processos a que são submetidos durante o processo de fabricação (de Wit et al., 1996).

O processo de conversão do leite ou do soro líquido em pó altera a natureza e o comportamento dos componentes do leite. Fatores que afetam a capacidade de absorção de água das proteínas lácteas incluem: composição; estrutura protéica e conformação; carga superficial e polaridade; presença de carboidratos, lipídeos e sais; pH; força iônica; temperatura; grau de desnaturação e agregação; e formação de pontes dissulfídicas (Damodaran, 1996; Garcia et al., 1997).

A modificação na estrutura das proteínas e consequentemente as interações entre as mesmas e também com outros compostos não protéicos, é extremamente determinante para comportamento funcional dos produtos desidratados.

As mudanças ocorridas nas proteínas induzidas pelo processamento dos produtos lácteos protéicos desidratados foram recentemente apresentadas por Singh (2009) e sumarizadas na Tabela 1.

TABELA 1 - IMPACTO NAS PROTEÍNAS INDUZIDO PELO PROCESSAMENTO DO SMP E MPC

Processo

Efeito nas proteínas do leite

Pré-aquecimento

Desnaturação das soro proteínas; associação das soro proteínas com as micelas de caseína; mudanças no tamanho das micelas, com difusão de compostos salinos da fase contínua para a fase coloidal; abaixamento de pH

Evaporação

Aumento dos sais coloidais, aumento no tamanho das micelas; abaixamento do pH

Aquecimento do concentrado

Redução da viscosidade do concentrado; aumento dos sais coloidais; novas agregações de soro proteína e suas associações com micelas de caseína

Ultrafiltração / Diafiltração

Inchaço das micelas de caseína, perda de cálcio e fosfato coloidais para a fase contínua, dissociação das micelas e caseína, agregação e dissociação das caseínas durante diafiltração

Secagem

Remoção rápida da água; menores mudanças nas proteínas relativamente

Fonte: Singh (2009)

As propriedades reológicas dos alimentos dependem da interação da água com outros constituintes, especialmente com as macromoléculas, tais como proteínas e polissacarídeos. O estudo da viscosidade de proteínas permite determinar a relação entre as interações das moléculas protéicas, as funcionalidades das mesmas e também as propriedades de processamento, as quais impactam diretamente na configuração das linhas de industrialização, no gasto energético e na otimização do uso das matérias-primas.

A possibilidade de uso do RVATM (Rapid ViscoTM Analyser) como um simulador de processamento térmico, abre a perspectiva do acompanhamento on-line da evolução da viscosidade do produto durante todo o procedimento, permitindo mensurar a viscosidade máxima adquirida pelo mesmo durante o seu aquecimento (viscosidade de pico – VP) dentro do equipamento, se há alguma perda de viscosidade durante o tempo em que fica retido na temperatura de processamento (viscosidade de retenção – VR) e qual é o seu comportamento durante a etapa de resfriamento (viscosidade final –VF).

Estes três diferentes pontos de coleta de viscosidade visam não somente monitorar as características reológicas do produto, mas também possibilitar a inferência sobre como o processamento influi nos constituintes do alimento. A capacidade de absorção de água é uma das propriedades de grande importância tecnológica para as indústrias, pois proporciona uma ampla variedade de aplicações com foco não somente no processo, mas também no perfil do produto final a ser obtido.

Além dos diferentes pontos de coleta da viscosidade, o RVATM fornece um perfil viscográfico completo da amostra avaliada, possibilitando utilizar um conjunto maior de dados para caracterizar diferentes matrizes e comportamentos reológicos. Neste contexto, diferentes tratamentos matemáticos se tornam valiosas ferramentas quando se deseja obter uma resposta mais completa do comportamento do produto (área por unidade de tempo - ∫/t).

Estudos recentes realizados com o objetivo de avaliar o comportamento da evolução da viscosidade das soluções de MPs em diferentes concentrações, quando submetidos a diferentes condições de processamento térmico, utilizando o RVATM como simulador de processo (STEPHANI, 2010), demonstram a possibilidade de compreender o efeito do tratamento térmico nas proteínas, e com isto aperfeiçoar a seleção e a customização (tailor-made) destes ingredientes lácteos. Desta forma, é possível também gerenciar as propriedades desejadas das proteínas lácteas a partir da combinação de diferentes produtos obtidos por processos distintos. As Figuras 1 e 2 mostram os perfis viscográficos do concentrado protéico de leite (MPC) e do concentrado protéico de soro (WPC) em solução aquosa, com os intervalos das concentrações sólido-líquido entre 0,3 g.g-1 a 0,45 g.g-1 de matéria seca em água para o MPC, e 0,1 g.g-1 a 0,4 g.g-1 de matéria seca em água para o WPC. Diferentes tratamentos térmicos aplicados pelas indústrias brasileiras foram utilizados, com temperaturas entre 65°C a 95°C e tempo de retenção entre 5 minutos a 30 minutos. Os resultados foram interpretados em função das viscosidades durante o aquecimento e resfriamento.

FIGURA 1 - CONCENTRADO PROTÉICO DE LEITE (MPC)

FIGURA 2 - CONCENTRADO PROTÉICO DE SORO (WPC)

Avaliando o comportamento das proteínas lácteas em diferentes condições simuladas de processamento térmico é possível otimizar as variáveis das MPs com a interpretação dos perfis viscográficos obtidos, com referência à influência sobre as soroproteínas.

Em adição, o RVATM pode ser considerado uma ferramenta analítica emergente para o estudo e conhecimento das funcionalidades das MPs, otimizando a escolha da aplicação tecnológica na indústria de alimentos, utilizando a análise de viscosidade para estimar a desnaturação protéica.

Industrialmente, é de grande importância a compra de uma proteína láctea com parâmetros quantitativos bem definidos, porém também se faz imperativo, o conhecimento das características reológicas dos produtos, pois estas podem sofrer alterações pelo tipo de processamento na obtenção, sazonalidade e tempo de estocagem. Em muitos casos, a melhor opção é trabalhar com combinações de diferentes proteínas, obtidas por processos diferenciados, que quando combinadas potencializam as suas propriedades industriais. As proteínas tailor-made (feita sob medida) são as mais indicadas para a obtenção do desempenho máximo durante o uso em processamento térmico ou condições tecnológicas onde a característica de cada tipo de proteína se enquadra e demonstra sua melhor funcionalidade.

* Rodrigo Stephani e Alisson Borges de Souza - Gemacom Tech, Juiz de Fora, MG; Paulo Henrique Fonseca da Silva - Departamento de Nutrição da Universidade Federal de Juiz de Fora; e Ítalo Tuler Perrone - Departamento de Tecnologia de Alimentos da Universidade Federal de Viçosa.

Referências bibliográficas

Baldwin, A.; pearce, D. Milk Powder. In: Onwulata, C. Encapsulated and powdered foods. Boca Raton, New York: Taylor e Francis, 2005. p.387-434.

Damodaran, S. Functional properties. In: Nakai, S.; Modler, H. W. Food proteins: properties and characterization. New York: VCH, 1996. p.167-234.

De Wit, J.N.; Klarenbeek, G.; Adamse, M. Evaluation of functional properties of whey protein concentrates and whey protein isolates. 2. Effects of processing history and compositions, Neth Milk Dairy J, v.40, p.41-56, 1996.

Garcia, M. C. et al. Composition and characterization of soybean and related products. Critical Reviews in Food Science and Nutrition, Boca Raton, v. 37, n. 4, p. 361-391, jun. 1997.

Hobman, P.G. Ultrafiltration and manufacture of whey protein concentrates. In: ZADOW, J.G. Whey and lactose processing. London: Elsevier Applied Science, 1992. p.195-230.

Kinsella, J.E. Milk proteins: physico-chemical and functional properties, CRC Crit Rev Food Sci Nutr, v.21, p.197-262, 1984.

Mulvihill, D.M. Production, functional properties and utilization of milk protein products. In: FOX, P.F. Advanced Dairy chemistry. 2.ed. Barking, Essex: Elsevier Applied Science, 1992. v.1, p.369-404.

Singh, H. Protein interactions and functionality of milk protein products. In: CORREDIG, M. ed. Dairy-derived ingredients: food and nutraceutical uses. Cambridge, UK: Woodhead Publishing Ltd, 2009. cap. 25, p.644-674.

Stephani, R. Comportamento de produtos lácteos proteicos em diferentes condições simuladas de processamento térmico. 2010. Juiz de Fora. 147 p. Dissertação de Mestrado – Universidade Federal de Juiz de Fora.

Gemacom Tech Indústria e Comércio Ltda.

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