Caracterización fisicoquímica de proteínas de soja y evaluación de sus poropiedades funcionales

Los granos de soja pueden ser utilizados como una fuente de proteínas de elevada calidad, en forma de aislados, concentrados y harinas, los cuales tienen gran demanda debido a sus diversos usos potenciales, ya sea a nivel industrial como para la alimentación animal y humana. En la Argentina, la mayor cantidad de la soja producida se exporta y solo un porcentaje reducido se emplea en la elaboración de productos. Gracias a sus propiedades, los concentrados y los aislados proteicos de soja pueden ser usados como ingredientes multifuncionales en la formulación de alimentos. Por otra parte, los oligosacáridos y las fibras de soja también han demostrado presentar interesantes propiedades funcionales. Una alternativa para mejorar las propiedades funcionales de las proteínas alimentarias es la glicosilación de las mismas. La forma más simple es por medio de la reacción de Maillard. En el caso de proteínas de soja, se han publicado trabajos donde los ensayos de glicosilación se hicieron usando aislados proteicos de soja e hidratos de carbono no propios de la soja. El objetivo general de este trabajo de Tesis fue elaborar nuevos ingredientes funcionales compuestos por proteínas de reserva y/o de suero de soja con distintos grados de agregación y glicosilación, empleando los propios hidratos de carbono reductores presentes en las materias primas de partida, con vistas a ser empleados en alimentos con acidez y contenido salino variable. Para ello se obtuvieron harinas de soja con proteínas glicosiladas con los carbohidratos intrínsecos. Estas harinas fueron caracterizadas a través de la determinación del grado de glicosilación, grado de desnaturalización, agregación proteica y actividad antitríptica y ureásica. Además se evaluaron las propiedades funcionales de las muestras glicosiladas: solubilidad, agregación y gelación ácidas y poder emulsificante en dispersiones a pH neutro y ácido. El profundo conocimiento de la compleja relación entre los distintos componentes de una formulación alimentaria permite controlar y/o monitorear mejor la micro/nano estructura y, consecuentemente, manipular la textura de los alimentos procesados y formular nuevos productos con características diferenciadas. Para ello, la utilización de sistemas modelo es muy importante para predecir el comportamiento de sistemas más complejos. Es por ello que, en principio, se evaluó el proceso de agregación y gelación ácidas de aislados proteicos de soja (SPI) y de sus mezclas con aislados proteicos de suero de soja (WSP). El análisis del proceso de agregación ácida se realizó a partir de medidas espectrofotométricas y potenciométricas en el tiempo, una vez adicionada la glucono--lactona (GDL). La gelación ácida en sistemas concentrados fue evaluada a través de medidas reológicas y por microscopía. En todos los casos estudiados pudo observarse la existencia una primera etapa más lenta vinculada a un proceso de disociación de las partículas proteicas y/o un cambio conformacional, seguida por una segunda etapa más rápida de formación de los agregados que crecen en tamaño hasta formar una red o malla de gel. El grado de compactación de dicha malla o red fue máxima a los 25ºC, tanto para los sistemas diluidos como para los sistemas más concentrados. La temperatura estaría afectando al carácter elástico final de los geles a través de la competencia entre dos procesos que ocurren simultáneamente y que involucran a la velocidad de gelación y a las interacciones hidrofóbicas. La adición de WSP a los SPI indujo la asociación de las partículas proteicas, formando micropartículas de tamaño cada vez mayor a medida que aumenta la proporción de WSP, lo que condujo a un aumento de la velocidad de agregación inducida por la adición de GDL. Teniendo en cuenta que el WSP no agrega al disminuir el pH, la disminución del tiempo y el aumento del pH a los cuales comienza la agregación estaría vinculada con una disminución de la estabilidad electrostática de los SPI al interaccionar con el WSP. Esto trajo como consecuencia la formación de agregados y geles menos compactos. Por otra parte, la glicosilación de las harinas de soja se realizó utilizando como variables del tratamiento térmico el tiempo del mismo (12-48 h), la presencia o ausencia de 79% de humedad relativa y el estado inicial de la muestra (a partir de dispersiones acuosas con diferente estado de subdivisión inicial o a partir del tratamiento directo de la harina). Para analizar el grado de glicosilación se determinó el porcentaje de lisina glicosilada. También se determinó la solubilidad proteica en agua y en KOH 0,2% P/P. Se evaluó el grado de desnaturalización proteica por calorimetría diferencial de barrido (DSC) y se estudiaron cambios estructurales y/o conformacionales por espectroscopía infrarroja de transformada de Fourier (FTIR). Se hicieron estudios de electroforesis en geles de poliacrilamida en condiciones desnaturalizantes (SDS-PAGE), en medio reductor y no reductor para evaluar la presencia y naturaleza covalente de los agregados proteicos. Además, se determinó la actividad antitríptica y ureásica. Los resultados demostraron que la glicosilación de harinas de soja desgrasada usando los propios hidratos de carbono de soja fue factible. Si bien los tratamientos térmicos indujeron una pérdida de lisina, este aminoácido no es limitante en la harina de soja y, salvo en algunas excepciones, el contenido de lisina reactiva fue mayor al mínimo estipulado por el Código Alimentario Argentino. La glicosilación fue acompañada de la formación de agregados insolubles en agua e KOH 0,2% P/P, pérdida parcial de actividad ureasa y antitríptica y desnaturalización parcial del factor antitríptico de Kunitz. La espectroscopía FTIR permitió detectar cambios estructurales en las muestras por efecto del tratamiento térmico. Si bien el grado de agregación proteica, que limita las posibles aplicaciones tecnofuncionales, se podría minimizar a través de modificaciones en la temperatura, la humedad relativa y la relación proteínas/hidratos de carbono. Por otro lado, en las condiciones ensayadas, debería aplicarse un tratamiento térmico adicional por vía húmeda para permitir la inactivación adecuada del factor antitríptico de Kunitz. El estudio de la gelación ácida evidenció que las proteínas presentes en la harina de soja y glicosiladas con carbohidratos de origen no modificaron su estabilidad electrostática durante la formación de geles ácidos. Sin embargo, las muestras obtenidas por calentamiento de harina en seco en condiciones controladas de humedad presentaron cambios significativos en sus valores de módulo elástico al final del proceso de acidificación. A medida que aumentó el tiempo de tratamiento, mayor fue la pérdida del carácter elástico, llegando incluso a la pérdida total de la capacidad de formar un gel después de las 48 h de tratamiento previo. Estas muestras fueron las que presentaron el mayor grado de glicosilación, lo que produciría un aumento de la hidrofilicidad superficial y, por lo tanto, una disminución de las interacciones hidrofóbicas, conduciendo a la formación de geles cada vez más débiles. Además, la glicosilación produciría aumento en la estabilidad estérica residual del sistema coloidal inhibiendo la reestructuración y compactación de la red de gel. Por otro lado, a través del análisis de las imágenes digitales obtenidas por microscopía confocal de las dispersiones calentadas se observó una correlación positiva entre el tamaño medio de los agregados y la pérdida del carácter elástico final del gel ácido. Estos agregados proteicos no participarían en la red de gel, como se observa en las imágenes de los geles ácidos, presentándose un entramado del gel cada más abierto y discontinuo. Este mismo fenómeno contribuiría a explicar el comportamiento de mezclas SPI/WSP frente a la agregación y gelación ácidas. A medida que aumentó la proporción de WSP en la mezcla se formaron agregados de mayor tamaño, conduciendo a la formación de geles cada vez menos elásticos. Los resultados de SDS-PAGE corroboraron la presencia de los agregados de alto peso molecular, indicando una distribución de tamaños diferente y discreta para el caso de las muestras obtenidas en condiciones de humedad controlada (de mayor grado de glicosilación y agregación). Estos agregados de naturaleza covalente, demostraron ser incluso bastante estables en medio reductor. Las emulsiones preparadas a partir de dispersiones en medio ácido de harinas glicosiladas demostraron incrementar la estabilidad frente al cremado y la coalescencia, siempre y cuando exista una combinación entre el tratamiento térmico en condiciones de humedad relativa controlada y la homogeneización por alta presión de la dispersión. La presencia de agregados formados por glicoconjugados proteicos más pequeños en la dispersión permitió una mejor adsorción y acomodamiento en la interfase agua/aceite y una adecuada estabilización por repulsión estérica, que compensa la atracción hidrofóbica, evitando la coalescencia durante el almacenamiento estacionario. Este mecanismo de estabilización interfacial por repulsión estérica fue consistente con el fenómeno de Pickering, observado en emulsiones O/W estabilizadas con partículas insolubles y activas superficialmente. Estos resultados representan un punto de partida para la elaboración de nuevos ingredientes tecnofuncionales compuestos por proteínas de reserva y/o de suero de soja con distintos grados de glicosilación, empleando los propios hidratos de carbono presentes en las materias primas de partida. Se ha demostrado la existencia de procesos simultáneos de agregación y glicosilación que influyen significativamente sobre las propiedades reológicas y de textura de geles y las propiedades emulsificantes en medio ácido, que deben ser tenidos en cuenta para el diseño de un producto alimenticio con características organolépticas adecuadas. Los resultados obtenidos constituyen una base para futuras investigaciones y el desarrollo de productos alimenticios con características optimizadas utilizando a las proteínas de soja como ingredientes y/o aditivos.Fil: Ingrassia, Romina. Universidad Nacional de Rosario. Facultad de Ciencias Bioquímicas y Farmacéuticas. Departamento Química-Física. Área Fisicoquímica. Instituto de Física Rosario (IFIR-CONICET); Argentina