Caracterização e incorporação de fibra solúvel de cevada (ß-glucanas) em carne e produtos cárneos

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro de Ciências Agrárias, Programa de Pós-Graduação em Ciência dos Alimentos, Florianópolis, 2018.As ß-glucanas são fibras alimentares solúveis, presentes na cevada relacionadas com a diminuição do colesterol e controle de diabetes tipo II. A adição de ingredientes funcionais como as ß-glucanas na carne e produtos cárneos são uma excelente oportunidade de aumentar o consumo de fibra solúvel na dieta. Assim, a incorporação de ß-glucanas em carne e produtos cárneos pode auxiliar a alimentação saudável sem modificar drasticamente os hábitos alimentares. Neste contexto, este trabalho objetivou identificar as características das ß-glucanas de cevada e avaliar os efeitos da sua incorporação em carne in natura e em emulsão cárnea. Para isso, foram extraídas e caracterizadas ß-glucanas de cevada e comparadas com três marcas comerciais visando escolher um produto ideal para sua posterior aplicação em carnes. O extrato de ß- glucanas (Eß-G) apresentou 64,38 ± 3,54% de ß-glucanas, alto teor de amido (12,70 ± 1,73%), foi altamente viscoso (comportamento pseudoplástico) e exibiu cor mais escura (L * = 52,77 ± 0,7) que as marcas comerciais. Posteriormente, foram empregados dois protocolos de purificação (A e B) sobre os Eß-G e foram medidas as características físico-químicas e estruturais das amostras purificadas (Pß-G). Após os processos de purificação, todas as amostras mantiveram altos teores de fibra solúvel (ßG >59%) sem diferença significativa. O teor de amido diminuiu até 1,30% na PßG-A e 0,85% na PßG-B. A purificação melhorou a cor das amostras e foi confirmada a presença de fragmentos com grau de polimerização (GP) 3 a 11 em ambos protocolos. Nesta etapa, o protocolo B foi indicado como o melhor para purificação e as amostras obtidas por este protocolo (PßG-B) exibiram uma massa molecular de 690 ± 1,6 kDa e uma alta viscosidade. Para avaliar os efeitos da incorporação de ß-glucanas em carne, foram injetadas ß- glucanas em carne de frango e comparados três tratamentos: Tratamento A (solução com sais), Tratamento B (solução de ß-glucanas a 1,5% do produto final) e Tratamento C (mistura de sais e ß-glucanas). Foram avaliadas características físico-químicas, funcionais, microbiológicas e o comportamento térmico (DSC) da carne injetada durante 9 dias de armazenamento. As perdas de peso após cocção (PPAC) foram menores no tratamento C nos dias 3, 6 e 9 com diferença significativa. Todas as amostras de frango cozidas exibiram valores L* acima de 76 e a força de corte exibiu valores entre 1,8 e 2,5 Newton (N). Não foram encontradas diferenças significativas na microbiologia das amostras. Finalmente, o DSC apresentou valores entre 55 e 63 °C; 64 e 70 °C; 75 e 78 °C para a degradação da miosina, colágeno e actina respectivamente com diferenças significativas. A aplicação de ß-glucanas na carne de frango (Tratamentos B e C) exibiram menores perdas de peso que as amostras controle, porém nem sempre apresentaram diferenças com respeito de carnes injetadas com sais (Tratamento A). Finalmente, foram avaliados os efeitos da incorporação de ß-glucanas em emulsões de carne bovina em mistura com outros hidrocolóides. Foi realizada uma modelagem de misturas entre (ß-glucanas (ßG), carragena (C) e amido (A)), estudadas as propriedades tecnológicas da emulsão e selecionados os melhores modelos matemáticos para descrever essas respostas e foi realizada a otimização da mistura. Os modelos matemáticos que melhor descrevem as respostas foram os modelos cúbicos exceto para a elasticidade que foi melhor explicada pelo modelo quadrático. Identificou-se que com altos níveis de ß-glucanas e amido as PPAC são baixas (90%) e todos os parâmetros de TPA aumentaram. Na otimização da emulsão foi eliminada a utilização de carragena. A emulsão otimizada continha aproximadamente 3% de ß-glucanas que podem cobrir as recomendações de consumo/diária desta fibra. A emulsão otimizada apresentou atributos funcionais apropiados, porem, os valores de firmeza foram maiores aos esperados (60,224±1,025), não houve diferença significativa nos resultados de DSC e apresentou estrutura homogênea indicando a incorporação completa dos hidrocolóides na matriz proteica. A otimização permitiu elaborar emulsões com menor quantidade de amido e maiores quantidades de fibras solúveis, concedendo aos produtos atributos funcionais apropiados. Foi conlcuido que as ß-glucanas podem ser aplicadas em carne de frango in natura por injeção porém, as concentrações que ficam no interior da carne não são suficientes para declarar altos níveis de fibra no produto final. Por outro lado, quando incorporadas em emulsões carneas, estas fibras auxiliam no rendimento, estabilidade e estrutura da massa carnea sem afetar a formação do filme intersticial.Abstract : ß-glucans are soluble dietary fibers, related to cholesterol lowering and control of diabetes. Addition of functional ingredients such as ß-glucans in meat and meat products are an excellent opportunity to increase the consumption of soluble fiber in the diet. Thus, the incorporation of ß- glucans into meat and meat products can promote healthy foods without changing foods habits. In this context, this work aimed to know the behavior of the fiber (ß-glucans) and to evaluate the effects of their incorporation on fresh chicken meat and beef emulsion. Barley ß- glucans were extracted, characterized, and compared to three commercial ß-glucans in order to choose a suitable product for later application in meat. The extract of ß-glucans (Eß-G) presented 64.38 ± 3.54% of ß-glucans, high starch content (12.70 ± 1.73%), was highly viscous (pseudoplastic behavior) and exhibited darker color (L *: 52.77 ± 0.7) than the commercial ß-glucans. Subsequently, two purification protocols (A and B) were used on the Eß-G and the physical-chemical and structural characteristics of the purified samples (Pß-G) were measured. After purification, all samples maintained high levels of soluble fiber (ßG> 59%) without significant difference. The starch content decreased to 1.30% in PßG-A and 0.85% in PßG-B. The purification improved the color of the samples and fragments with degree of polymerization (DP) 3 to 11 in both protocols was confirmed. Protocol B was indicated as the best for purification and the samples obtained by this protocol (PßG-B) exhibited a molecular mass of 690 ± 1.6 kDa and a high viscosity. To evaluate the effects of incorporation of ß-glucans into meat, ß-glucans were injected into chicken meat and compared to three treatments: Treatment A (solution with salts), Treatment B (solution of ß-glucans a 1.5% of the final product) and Treatment C (mixture of salts and ß-glucans). Physicochemical, functional, microbiological characteristics and thermal behavior by differential scanning calorimetryc (DSC) of meat injected during 9 days of storage were evaluated. Cooking loss were lower in treatment C on 3, 6 and 9 days with a significant difference. All cooked samples showed L* values above 76 and the shear force showed values between 1.8 and 2.5 Newton (N). No significant differences were found in the microbiology of the samples. Further, the DSC presented values between 55 and 63 °C; 64 and 70 °C; 75 and 78 °C for the degradation of myosin, collagen and actin respectively with significant differences (p=0.05). Finally, the effects of the incorporation of ß-glucans in beef emulsions in mixture with other hydrocolloids were evaluated. A modeling of mixtures between (ß-glucans (ßG), carrageenan (C) and starch (A)) was performed. The technological properties of the emulsion were studied, the best mathematical models were selected and later the optimization of the mixture was conduced. The mathematical models that best describe the responses were the cubic models except for the springiness that was best explained by the quadratic model. With high levels of ß-glucans and starch cooking loss are low ( 90%) and all TPA parameters increased. In the optimization of the emulsion, the use of carrageenan was eliminated. The optimized emulsion contained approximately 3% ß-glucans that can cover the consumption daily recommendations of this fiber and adequate functional attributes. However, the hardness values in optimized emulsion was higher than expected (60,224 ± 1,025).There was no significant difference in the DSC results and finally, a homogeneous structure was showed in the optmizated emulsion indicating the complete incorporation of the hydrocolloids in the protein matrix. The optimization allowed to elaborate emulsions with less amount of starch and larger amounts of soluble fibers, granting emulsions functional attributes appropriate. Was concluded that ß-glucans can be applied to raw meat chicken. Nevertheless, the concentrations inside the meat are not sufficient to declare high levels of fiber in the final product. On the other hand, when incorporated into meat emulsions, these fibers aid in the yield, stability and structure of the carina mass without affecting the formation of the interstitial film