Orientador: Rosiane Lopes da Cunha / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia de Alimentos / Made available in DSpace on 2018-08-08T11:58:35Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Cavallieri_AngeloLuizFazani_D.pdf: 4175503 bytes, checksum: 112549679044052b28c8967120da2e07 (MD5) Previous issue date: 2007 / Resumo: A gelificação a frio de soluções de isolado protéico de soro (WPI) foi realizada pela adição de diferentes quantidades de glucona-d-lactona (GDL) a soluções de WPI desnaturadas termicamente (80ºC/30 minutos). Foram analisados sistemas protéicos puros (WPI na concentração de 7% p/p) e mistos, após a adição de xantana ou guar (concentração WPI 5% fixa e de polissacarídeos, 0,1, 0,3 e 0,5% p/p). Estes sistemas exibiram diferentes taxas de acidificação e valores de pH final em torno do ponto isoelétrico das principais frações protéicas do soro (5,2 a 3,9). Nos sistemas protéicos puros foi possível distinguir dois estágios de desenvolvimento estrutural: 1-início da formação da rede até o ponto de gel, em que as propriedades reológicas não foram influenciadas pela taxa de acidificação, e 2- subseqüente desenvolvimento estrutural com a redução do pH devido a fortalecimento de ligações e rearranjos estruturais. O processo lento de acidificação levou a géis mais estruturados no pH final de 5,2 enquanto que a acidificação rápida produziu géis mais frágeis (pH 4,2), que mostraram rearranjo estrutural após a obtenção do pH final. No pH de equilíbrio em torno do pI, a capacidade de retenção de água foi menor, o que foi associado à menor solubilidade protéica (exceto da fração ß-Lg) nestas condições. A solubilidade protéica na presença ou ausência de condições desnaturantes indicou que interações eletrostáticas foram responsáveis pela manutenção da rede nos pHs 5,2 a 4,6, porém um maior caráter hidrofóbico foi visualizado no pH 4,2. A adição de polissacarídeos levou a uma descontinuidade da estrutura da rede do gel, com um aumento da quantidade de poros. A adição de xantana enfraqueceu a rede e diminuiu a sua deformabilidade. Em menores taxas de acidificação e concentração de xantana visualizou-se a formação de géis heterogêneos (separação de fases macroscópica), com maiores valores de lacunaridade (descontinuidade da microestrutura), e menores valores de dimensão fractal, Df, (agregados protéicos menores e menos complexos na rede). No entanto, o aumento da taxa de acidificação e diminuição do pH final levou à formação de géis homogêneos, com uma rede mais forte, um sistema menos poroso e com maiores valores de Df (agregados mais complexos na rede devido a maior interação eletrostática entre proteínas e xantana). Em elevadas concentrações de guar houve formação de géis não auto-sustentáveis com grande lacunaridade e menores Df. Em menores concentrações de guar observou-se a formação de uma rede contínua no gel (menos porosa), com menores valores de Df. Nos géis autosustentáveis foi visualizado que o aumento da taxa de acidificação levou a géis com maior valor de tensão de ruptura e módulo de elasticidade, maior Df e menor lacunaridade, o que foi associado ao aumento de interação proteína-proteína. A descontinuidade da microestrutura nos géis WPI-xantana foi resultado de fenômenos simultâneos de separação de fases (condição inicial dos sistemas no pH 6,7) e gelificação (fase de redução de pH), sendo, portanto influenciada pela concentração de xantana, taxa de acidificação e pH final do gel, enquanto que nos géis WPI-guar o efeito predominante do aumento da concentração de guar foi associado a efeitos de exclusão de volume entre as proteínas do soro e a guar / Abstract: The cold set gelation of whey protein isolate (WPI) solutions was induced by addition of several amounts of glucone-d-lactone (GDL) to thermal denatured (80ºC/30min) WPI solutions. Pure whey protein systems (7% WPI w/w) and mixed WPI-xanthan or WPI-guar gels (5% WPI w/w with the addition of 0.1, 0.3 and 0.5% polysaccharide) were studied. The systems showed different acidification rates, which led to different final pH values near the isoelectric point (pI) of the main whey proteins (5.2 to 3.9). Two gelation stages were defined in pure whey protein systems: 1- until the gel point, in which the rheological properties were not influenced by the acidification rates; 2- gel structure development until the pH equilibrium, in which bonds strengthening and molecular rearrangements on gel network took place. Lower acidification rates led to stronger and structured gels at final pH 5.2. However, the increase in acidification condition caused the formation of weaker gels at final pH 4.2. In the latter case, molecular rearrangements on structure took place during a long time after the achievement of steady pH values. At this pH, the water retention capacity of the gels was also lower, which was attributed to more fragile network but mainly due to the lower protein solubility (except ß-Lg fractions) near the pI. The protein solubility in buffers also showed that electrostatic interactions were involved in gel structure stabilization at final pH range of 5.2-4.6 and a more hydrophobic contribution was observed at pH 4.2. The polysaccharide addition caused the formation of great discontinuity on gels structure, leading to an increment on gel porosity. The xanthan addition weakened the gels. Heterogeneous gels (macroscopic phase separation), with higher values of lacunarity (network discontinuity) and lower values of fractal dimension, Df, (smaller and less complex aggregates) were formed at lower acidification conditions and xanthan concentration. However, the increase in acidification rate led to homogeneous gels formation, with lower lacunarity. This could be explained by an increased electrostatic attraction between proteins and xanthan at pH<pI, leading to higher values of stress at rupture and elasticity modulus at final pHs 5.2 and 4.2, respectively. At higher guar concentration the WPI-guar gels were not self-supported, with greater lacunarity and lower Df values. More continuous network was observed for mixed gels at lower guar concentration. The increase in acidification rate led a reduction in lacunarity and an increase stress at rupture; elasticity modulus and Df values of self supported WPI-guar gels. This latter result was attributed to an increase in protein-protein interactions. The network discontinuity in mixed WPI-xanthan gels was attributed to simultaneous effects of phase separation and gelation. These effects were influenced by xanthan concentration, acidification rate and final pH. However, mixed WPI-guar gels showed a predominant effect of guar concentration on microstructure discontinuity, which was attributed to excluded volume effects between the whey proteins and guar / Doutorado / Doutor em Engenharia de Alimentos

Orientadores: Rosiane Lopes da Cunha, Angelo Luiz Fazani Cavallieri / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia de Alimentos / Made available in DSpace on 2018-08-12T20:41:04Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Kuhn_KatiaRegina_M.pdf: 7905383 bytes, checksum: d2611d08a267478c25b7976ba7ea4940 (MD5) Previous issue date: 2009 / Resumo: Biopolímeros, como as proteínas e os polissacarídeos, são utilizados pela indústria de alimentos por desempenharem um papel essencial na estrutura, textura e estabilidade dos produtos. O entendimento das interações biopoliméricas é importante para melhorar suas propriedades funcionais, como por exemplo, a capacidade de gelificação, e para o desenvolvimento de novos produtos. Sendo assim, este trabalho teve como objetivo estudar as interações macromoleculares de sistemas contendo proteínas do soro de leite (WPI) e/ou polissacarídeo da linhaça (FG) em sistemas gelificados a frio pela adição de sais de cálcio ou sódio, buscando correlacionar estas interações com as propriedades mecânicas e de estrutura dos géis formados. Inicialmente realizou-se a caracterização reológica do polissacarídeo da linhaça e foi observado um comportamento de fluido pseudoplástico e propriedades de gel fraco. Com a adição de sais, verificou-se uma redução na viscosidade intrínseca e nos módulos elástico e viscoso das soluções. Em uma segunda etapa, foram estudados géis puros de WPI (5, 6, 7, 8 e 9% m/m) formados pela difusão de sais de cálcio ou sódio através de membranas de diálise e observou-se a formação de estruturas opaca e translúcida, sendo que o aumento na concentração de WPI levou a uma diminuição na claridade e porosidade dos géis e a um aumento na rigidez, elasticidade e capacidade de retenção de água, em ambos os sistemas (CaCl2 e NaCl). Os géis de WPI formados pela difusão de sais de cálcio apresentaram-se mais rígidos e elásticos, menos deformáveis e com menor capacidade de retenção de água em relação aos géis de sódio. Por último, foram estudados sistemas mistos WPI (8% m/m) ¿ FG (0,1; 0,3 e 0,5% m/m) utilizando dois procedimentos para incorporação de sais, a difusão através de membranas de diálise e a adição direta, e observou-se que o método de preparo dos géis levou a sistemas com propriedades mecânicas bastante distintas. No método de difusão lenta de sais, visualizou-se a formação de géis heterogêneos (separação de fases macroscópica). Nestes sistemas, o aumento na concentração de FG levou a diminuição da rigidez, deformabilidade e da capacidade de retenção de água dos géis como conseqüência da incompatibilidade termodinâmica entre os biopolímeros e descontinuidade da estrutura da rede do gel. No entanto, foi no método de adição direta de sais de sódio que obteve-se os géis bipoliméricos mais fortes, sendo este método o mais indicado visando melhor estrutura e propriedades mecânicas dos géis formados com maior viabilidade de uso em escala industrial / Abstract: Biopolymers, such as proteins and polysaccharides, are used by the food industry for playing an essential role in the structure, texture and stability of the products. An understanding of the biopolymers interactions is important for improvement of their functional properties, such as gelation, and for the new products development. Thus, the aim of this work it was to study macromolecular interactions between whey protein isolate (WPI) and/or flaxseed gum (FG) at cold-set gels formed by calcium or sodium salts addition, by correlation of these interactions with the mechanical properties and structure of the formed gels. Initially, flaxseed gum rheological characterization was realized and it was observed a shear thinning behavior and ¿weak gel¿ properties. Salts addition led to a decrease in intrinsic viscosity and in the storage and loss modulus of solutions. In a second step of this work, pure WPI gels (5, 6, 7, 8 and 9% w/w) formed by calcium or sodium salts diffusion through dialysis membranes were studied and it was observed the formation of structures opaque and translucent, where the increase WPI concentration led to a decrease in the clarity and porosity of the gels and to an increase in hardness, elasticity and water-holding capacity, in both systems (CaCl2 and NaCl). WPI gels formed by calcium salts diffusion were harder and more elastic, less deformable and with lesser ability to hold water in relation to sodium gels. Finally, mixed WPI (8% w/w) ¿ FG (0.1, 0.3 and 0.5% w/w) systems using two procedures for incorporation of salts were studied, the diffusion through dialysis membranes and the direct addition, and it was observed that the gels preparation method led to systems with quite different mechanical properties. By slow salts diffusion, it was observed the heterogeneous gels formation (macroscopic phase separation). In these systems, the increase FG concentration led to a decrease of the hardness, deformability and water-holding capacity of the gels as a consequence of the thermodynamic incompatibility between biopolymers and gel network discontinuity. However, it was by sodium salts direct addition that it were obtained stronger bi-polymeric gels, being this the most appropriate method to better structure and mechanical properties of the formed gels with higher viability for use in industrial scale / Mestrado / Mestre em Engenharia de Alimentos

A curcumina é considerada um composto interessante para a indústria de alimentos por apresentar diversas propriedades bioativas e cor amarela intensa, porém sua elevada hidrofobicidade e instabilidade limitam sua aplicação em grande escala. Uma alternativa para a redução de tais problemas consiste na encapsulação deste bioativo em partículas lipídicas sólidas, que, quando estáveis, podem ser aplicadas para a produção de géis carregados com emulsões. Tais sistemas vêm sendo foco de diversas pesquisas por possibilitarem a obtenção de produtos com diferentes propriedades estruturais e sensoriais, a partir da aplicação combinada de diferentes agentes gelificantes e tensoativos. Nesse contexto, o presente projeto de mestrado teve como principais objetivos: a produção, caracterização e estudo da estabilidade de géis carregados com micropartículas lipídicas sólidas (MLS), produzidos com isolado proteico de soja (IPS) comercial, na presença e ausência de polissacarídeos (goma xantana - GX e goma locusta - GL), bem como a avaliação da estabilidade da curcumina encapsulada nos diferentes sistemas. Para o desenvolvimento desse estudo comparativo, três formulações de géis não-carregados, obtidos a frio, foram selecionadas: formulação G1 (15% IPS, 10 mM CaCl2, na ausência de polissacarídeos), formulação G2 (15% IPS, 0,1% GX e 5 mM de CaCl2) e formulação G3 (15% IPS, 0,2% GL e 15 mM CaCl2), todas em pH 7 e pré-aquecidas a 80 °C por 30 minutos. Tais sistemas foram utilizados também para a produção de géis carregados com MLS de estearina de palma, estabilizadas com tween 80 e span 80. Géis carregados e não-carregados foram adequadamente caracterizados a partir de ensaios de perfil de textura, avaliações da capacidade de retenção de água, microscopia eletrônica de varredura, microscopia confocal de varredura a laser e ensaios reológicos de pequena e grande deformação. Os resultados obtidos mostraram que a presença dos diferentes polissacarídeos alterou de formas distintas a organização estrutural dos géis de IPS, porém, em ambos os casos, as interações entre os biopolímeros resultaram no fortalecimento das estruturas formadas. Além disso, foi verificado que, nos géis carregados, as MLS mostraram-se ativas, fortalecendo a estrutura dos diferentes sistemas analisados. Já a partir do estudo da estabilidade da curcumina encapsulada nos diferentes sistemas, verificou-se que, o bioativo encapsulado em MLS em dispersão apresentou elevada estabilidade ao longo dos 60 dias de armazenamento, por outro lado, em géis carregados, a estabilidade da curcumina foi reduzida após 15 dias de estocagem. Esses resultados estão possivelmente relacionados às alterações estruturais dos géis carregados, verificados a partir de análises de perfil de textura e capacidade de retenção de água, que levaram ao colapso dos sistemas entre os dias 30 e 40 de armazenamento, indicando a necessidade de melhorias nas formulações utilizadas. / Curcumin is considered an interesting compound for the food industry, once it presents many bioactive properties and an intense yellow color, however its high hydrophobicity and instability limit its large-scale application. One of the alternatives applied in order to reduce these problems, consists in encapsulating this bioactive in solid lipid particles, which can also be applied for the production of emulsion filled gels. These systems have been frequently studied, once they allow the obtation of products with different structural and sensory properties, through the combined application of different gelling agents and surfactants. In this context, the objectives of this study were: the production, characterization and evaluation of the stability of cold-set emulsion filled gels, produced with comercial soy protein isolate (SPI), at presence and absence of polysaccharides (xanthan gum - XG and locust bean gum - LBG), and also the evaluation of the stability of encapsulated curcumin at the diferente systems. In order to develop this comparative study, three formulations of cold-set unfilled gels were selected: formulation G1 (15% SPI, 10 mM CaCl2, without polysaccharides), formulation G2 (15% SPI, 0,1% XG e 5 mM de CaCl2) and formulation G3 (15% SPI, 0,2% LBG and 15 mM CaCl2), all of them produced at pH 7 and pre-heated at 80 °C for 30 minutes. These systems were also applied for the production of emulsion filled gels thorugh the incorporation of solid lipid microparticles (SLM) of palm stearine, stabilized with tween 80 and span 80. Unfilled and emulsion filled gels were characterized through texture profile analysis, water holding capacity evaluations, scanning electron microscopy, confocal laser scanning microscopy and rheological tests (small and large deformations). The results showed that the presence of the polysaccharides - XG and LBG - altered in different ways the structural organizations of the SPI gels, however, in both cases, the interactions between the biopolymers resulted in the strengthening of the structures. Besides, it was verified that the SLM incorporated at EFG were active, reinforcing the structures of the different systems analyzed. On the other hand, through the evaluation of encapsulated curcumin stability, it was verified that the bioactive encapsulated in SLM dispersions presented high stability throughout the 60 days of storage, on the other hand, in EFG, the stability of curcumin started to decrease after 15 days of storage. These results are probably related to the structural alterations of EFG, verified through texture profile analysis and water holding capacity evaluations, which led to the collapse of the systems after 30-40 days of storage, indicating that, in all cases, formulation improvements are required.

A curcumina é considerada um composto interessante para a indústria de alimentos por apresentar diversas propriedades bioativas e cor amarela intensa, porém sua elevada hidrofobicidade e instabilidade limitam sua aplicação em grande escala. Uma alternativa para a redução de tais problemas consiste na encapsulação deste bioativo em partículas lipídicas sólidas, que, quando estáveis, podem ser aplicadas para a produção de géis carregados com emulsões. Tais sistemas vêm sendo foco de diversas pesquisas por possibilitarem a obtenção de produtos com diferentes propriedades estruturais e sensoriais, a partir da aplicação combinada de diferentes agentes gelificantes e tensoativos. Nesse contexto, o presente projeto de mestrado teve como principais objetivos: a produção, caracterização e estudo da estabilidade de géis carregados com micropartículas lipídicas sólidas (MLS), produzidos com isolado proteico de soja (IPS) comercial, na presença e ausência de polissacarídeos (goma xantana - GX e goma locusta - GL), bem como a avaliação da estabilidade da curcumina encapsulada nos diferentes sistemas. Para o desenvolvimento desse estudo comparativo, três formulações de géis não-carregados, obtidos a frio, foram selecionadas: formulação G1 (15% IPS, 10 mM CaCl2, na ausência de polissacarídeos), formulação G2 (15% IPS, 0,1% GX e 5 mM de CaCl2) e formulação G3 (15% IPS, 0,2% GL e 15 mM CaCl2), todas em pH 7 e pré-aquecidas a 80 °C por 30 minutos. Tais sistemas foram utilizados também para a produção de géis carregados com MLS de estearina de palma, estabilizadas com tween 80 e span 80. Géis carregados e não-carregados foram adequadamente caracterizados a partir de ensaios de perfil de textura, avaliações da capacidade de retenção de água, microscopia eletrônica de varredura, microscopia confocal de varredura a laser e ensaios reológicos de pequena e grande deformação. Os resultados obtidos mostraram que a presença dos diferentes polissacarídeos alterou de formas distintas a organização estrutural dos géis de IPS, porém, em ambos os casos, as interações entre os biopolímeros resultaram no fortalecimento das estruturas formadas. Além disso, foi verificado que, nos géis carregados, as MLS mostraram-se ativas, fortalecendo a estrutura dos diferentes sistemas analisados. Já a partir do estudo da estabilidade da curcumina encapsulada nos diferentes sistemas, verificou-se que, o bioativo encapsulado em MLS em dispersão apresentou elevada estabilidade ao longo dos 60 dias de armazenamento, por outro lado, em géis carregados, a estabilidade da curcumina foi reduzida após 15 dias de estocagem. Esses resultados estão possivelmente relacionados às alterações estruturais dos géis carregados, verificados a partir de análises de perfil de textura e capacidade de retenção de água, que levaram ao colapso dos sistemas entre os dias 30 e 40 de armazenamento, indicando a necessidade de melhorias nas formulações utilizadas. / Curcumin is considered an interesting compound for the food industry, once it presents many bioactive properties and an intense yellow color, however its high hydrophobicity and instability limit its large-scale application. One of the alternatives applied in order to reduce these problems, consists in encapsulating this bioactive in solid lipid particles, which can also be applied for the production of emulsion filled gels. These systems have been frequently studied, once they allow the obtation of products with different structural and sensory properties, through the combined application of different gelling agents and surfactants. In this context, the objectives of this study were: the production, characterization and evaluation of the stability of cold-set emulsion filled gels, produced with comercial soy protein isolate (SPI), at presence and absence of polysaccharides (xanthan gum - XG and locust bean gum - LBG), and also the evaluation of the stability of encapsulated curcumin at the diferente systems. In order to develop this comparative study, three formulations of cold-set unfilled gels were selected: formulation G1 (15% SPI, 10 mM CaCl2, without polysaccharides), formulation G2 (15% SPI, 0,1% XG e 5 mM de CaCl2) and formulation G3 (15% SPI, 0,2% LBG and 15 mM CaCl2), all of them produced at pH 7 and pre-heated at 80 °C for 30 minutes. These systems were also applied for the production of emulsion filled gels thorugh the incorporation of solid lipid microparticles (SLM) of palm stearine, stabilized with tween 80 and span 80. Unfilled and emulsion filled gels were characterized through texture profile analysis, water holding capacity evaluations, scanning electron microscopy, confocal laser scanning microscopy and rheological tests (small and large deformations). The results showed that the presence of the polysaccharides - XG and LBG - altered in different ways the structural organizations of the SPI gels, however, in both cases, the interactions between the biopolymers resulted in the strengthening of the structures. Besides, it was verified that the SLM incorporated at EFG were active, reinforcing the structures of the different systems analyzed. On the other hand, through the evaluation of encapsulated curcumin stability, it was verified that the bioactive encapsulated in SLM dispersions presented high stability throughout the 60 days of storage, on the other hand, in EFG, the stability of curcumin started to decrease after 15 days of storage. These results are probably related to the structural alterations of EFG, verified through texture profile analysis and water holding capacity evaluations, which led to the collapse of the systems after 30-40 days of storage, indicating that, in all cases, formulation improvements are required.