Prospecção de proteínas anticongelantes em vegetais naturalmente aclimatados em Urupema (SC), e sua aplicação no congelamento de carambolas

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro de Ciências Agrárias, Programa de Pós-Graduação em Ciência dos Alimentos, Florianópolis, 2017.O congelamento é um método de conservação amplamente utilizado pela indústria de alimentos, embora em alguns casos, os grandes cristais de gelo formados possam causar redução na qualidade sensorial e nutricional do produto. Técnicas de congelamento rápido possibilitam a obtenção de cristais de gelo menores do que os formados no processo tradicional. Contudo, as flutuações de temperatura durante o transporte e distribuição do alimento podem provocar o crescimento do cristal de gelo, no fenômeno conhecido como recristalização. Substâncias crioprotetoras sempre fazem parte de pesquisas na área de Ciência e Tecnologia de Alimentos. Descobertas na década de 70, as proteínas anticongelantes (PACs) foram descritas para muitos organismos tolerantes ao frio, incluindo bactérias, fungos, insetos e plantas. Essas proteínas podem interferir no processo de nucleação, reduzir o ponto de congelamento da água (atividade de histerese térmica) ou especialmente inibir o processo de recristalização. Estudos com a aplicação das PACs na preservação da qualidade sensorial e nutricional de alimentos como sorvetes, carnes, massas e frutas e hortaliças têm apresentado resultados promissores. Nesse contexto, o objetivo desse trabalho foi investigar a presença de proteínas anticongelantes em diferentes vegetais naturalmente aclimatados ao frio e não aclimatados encontrados no município de Urupema, Santa Catarina, e selecionar a espécie que apresentasse o melhor resultado em relação a atividade de inibição da recristalização. Na primeira etapa foram avaliadas folhas de Drimys angustifolia, Senecio icoglossus e Eucalyptus ssp. aclimatadas e não aclimatadas ao frio. Utilizando a técnica de microscopia de sanduíche da sacarose, não foi observada atividade de inibição da recristalização para extratos apoplásticos de folhas aclimatadas e não aclimatadas de S. icoglossus e Eucalyptus ssp. O extrato de folhas aclimatadas ao frio de D. angustifolia apresentou concentração de proteínas de 95,17 µg/mL, quase cinco vezes maior do que as encontradas em extratos não aclimatados da mesma espécie. Além disso, esse extrato apresentou atividade de inibição da recristalização no método de sanduíche de sacarose. Pela técnica de SDS-PAGE, esse extrato apresentou uma banda logo abaixo de 37 kDa e outra, mais intensa, entre 20 e 25 kDa. Na segunda etapa desse estudo, o objetivo foi extrair PACs de folhas aclimatadas de Drimys angustifolia, avaliando três combinações diferentes de soluções tampão, e em seguida avaliar a aplicação no pré- tratamento por imersão ou infiltração a vácuo de carambolas (Averrhoa carambola) congeladas. Os extratos obtidos com os diferentes tampões inibiram a recristalização e apresentaram perfil semelhante no SDS- PAGE. Os tratamentos por imersão e infiltração a vácuo utilizando o extrato obtido com o tampão Tris-HCl/DTT (pH 8) não afetou os valores de acidez titulável, pH, sólidos solúveis, ácido ascórbico e cor das carambolas congeladas. Contudo, apenas carambolas que foram infiltradas a vácuo com uma solução contendo PACs mantiveram constantes sua perda por gotejamento por 15 dias e sua firmeza no descongelamento após 60 dias de estocagem, indicando que a aplicação das PACs pode auxiliar na manutenção da qualidade das carambolas congeladas.Abstract : Freezing is a method of conservation widely used by the food industry, although the large ice crystals can cause reduction in the sensory and nutritional quality of food products. The fast-freezing technologies lead to the formation of smaller ice crystals than the traditional process. However, the temperature fluctuations during transport and distribution can promote crystal growth, in a phenomenon known as recrystallization. The cryoprotective substances have always been topics of research in the Food Science and Technology area. Discovered in the 1970s, the antifreeze proteins (AFPs) have been more thoroughly described for many freezing-tolerant organisms, including bacteria, fungi, insects and plants. These proteins can interfere in the nucleation process, reduce the freezing point of water (thermal hysteresis activity), or inhibit the recrystallization process. Studies with application of AFPs in the preservation of sensory and nutritional quality of foods such as ice cream, meat, pasta, starch gels, and fruits and vegetables have demonstrated promising results. In this context, the initial objective of this study was to investigate the presence of antifreeze proteins in different naturally cold acclimated vegetables found in the municipality of Urupema, Santa Catarina, selecting the species that presented the best result in relation to the activity of inhibition of recrystallization. In this first stage it was evaluated leaves of cold acclimated and non-acclimated Drimys angustifolia, Senecio icoglossus and Eucalyptus ssp. No recrystallization inhibition activity was observed for the apoplastic extracts of cold acclimated and non-acclimated S. icoglossus and Eucalyptus ssp. The extract of cold acclimated D. angustifolia contained a protein concentration of 95.17 µg mL-1, almost five times higher than the extract of non-acclimated D. angustifolia. In addition, this extract showed inhibition activity of recrystallization in the sucrose sandwich splat assay. In the SDS-PAGE, this extract showed a protein band just below 37 kDa and another more intense band between 20 and 25 kDa. In the second stage of this study, the objective was to extract AFPs from apoplast of cold acclimated leaves of Drimys angustifolia, evaluating three different combinations of buffer solutions, and subsequently to evaluate the application in the pre-treatment of frozen star fruit (Averrhoa carambola) by immersion or vacuum infiltration. The extracts obtained with different buffer solutions inhibited recrystallization and they presented similar SDS-PAGE profiles. The treatments by immersion or vacuum infiltration using the Tris-HCl/DTT buffer (pH 8) extract did not affect the values of titratable acidity, pH, soluble solids, ascorbic acid content and colour of frozen star fruit. However, only star fruits that were vacuum infiltrated with AFPs retained their drip loss constant after 15 days and maintained the firmness on thawing after 60 days of storage, indicating that the application of AFPs can increase the quality of frozen star fruit