Propriedades funcionais de sorvete de morango diet com adição da enzima lactase e transglutaminase otimizada através da metodologia de superfície de resposta

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro de Ciências Agrárias, Programa de Pós-Graduação em Ciência dos Alimentos, Florianópolis, 2014.O sorvete é um sistema coloidal complexo composto por uma emulsão constituída de gotículas de gordura, proteínas, bolhas de ar e de cristais dispersos em uma fase aquosa. O produto desejado deve ter alto overrun (aeração), textura macia, baixa taxa de derretimento e poucos cristais e açúcar, obtido pela aplicação das enzimas, uma alternativa inovadora e funcional na fabricação de sorvetes. Nesta pesquisa objetivou-se otimizaras condições operacionais da produção de sorvete diet de morango pela adição de ingredientes (concentrado proteico de soro de leite e edulcorantes) e das enzimas lactase e transglutaminase, utilizando a metodologia de superfície de resposta para avaliar seus efeitos sob diferentes parâmetros físico-químicos (overrun, textura, taxa de derretimento e formação de cristais) e químicos (lactose e proteínas) na formulação do sorvete. A enzima lactase ß-galactosidase (EC. 3.2.1.23) é a responsável pela hidrólise de ligações ß-galactosídicas da lactose, resultando em sua redução pela conversão em glicose e galactose. Já a enzima transglutaminase (EC 2.3.2.13) apresenta a capacidade de catalisar reações de transferência de grupos acil, formando ligações cruzadas (intra e intermoleculares) entre proteínas, peptídeos e aminas primárias, principalmente ligações covalentes entre resíduos de glutamina e lisina (ligações G-L), aumentando a fração das proteínas de alta massa molar. Portanto, o objetivo deste trabalho foi avaliar pelo planejamento experimental central composto as condições ideais de temperatura e concentração de transglutaminase e lactase, visando a uma formulação de sorvete diet com características físico-químicas adequadas, considerando ainda as propriedades microbiológicas e sensoriais. Para tanto, foram preparadas 18 formulações de sorvetes por processo descontínuo empregando diferentes concentrações das enzimas e temperaturas de incubação, segundo delineamento fatorial 23, com quatro repetições no ponto central, para averiguar o efeito das enzimas na qualidade do sorvete. Foram realizadas determinações de: overrun, textura, índice de derretimento, reação de polimerização das proteínas do soro de leite pela formação de bandas de proteinas, hidrólise da lactose e enumerações de cristais. Nas análises estatísticas dos resultados das superfícies de contorno empregou-se a análise de variância (ANOVA), seguida do teste de Tukey em 5% de probabilidade para todos os tratamentos. A formação de cristais nos sorvetes foi verificada utilizando ANOVA unicaldal, seguida do teste de Kruskal-Wallis (não paramétrico) e do pós-teste de Dunn comparando todos os tratamentos, em nível de significância de 5%. O planejamento experimental e a análise de desejabilidade auxiliaram-na escolha do tratamento 2 como ideal, empregando as enzimas lactase (0,4 g L-1) e transglutaminase (2,0 U g-1 proteína) a 40 oC. Este foi o tratamento que apresentou melhor textura; alto overrun; menor índice de derretimento; formação de bandas de eletroforese de proteínas de alta massa molar evidenciando a formação de polímeros por ligações cruzadas pela ação da enzima transglutaminase; e a atuação mais eficiente da enzima lactase, avaliada pela hidrólise da lactose por determinação cromatográfica, confirmados pela formação de pequenos cristais e açúcar, observados pela micrografia, contribuindo para uma textura mais lisa. Pela análise sensorial, o sorvete elaborado em tais condições foi o que obteve maior aceitabilidade entre os provadores não treinados. Dessa forma, a adição das enzimas lactase e transglutaminase produziu melhora nas propriedades de textura, pelo aumento da cremosidade e suavidade, produzindo um alimento funcional com maior digestibilidade e menos calorias.Abstract : Ice cream is a complex colloidal system comprised of an emulsion consisting of fat droplets, proteins, air bubbles and crystals dispersed in an aqueous phase. The desired product should have a high overrun (degree of aeration), soft texture, slow melting rate and a low amount of crystals and sugar, obtained through the application of enzymes, an innovative and functional alternative used in the production of ice creams. The aim of this research was to optimize the operational conditions for the production of diet strawberry ice cream through the addition of ingredients (milk whey protein concentrate and sweeteners) and enzymes (lactase and transglutaminase), using the response surface methodology to evaluate their effects on different physico-chemical (overrun, texture, melting rate and formation of crystals) and chemical (lactose and proteins) parameters of the ice cream formulation. The enzyme lactase (ß-galactosidase (EC 3.2.1.23) is responsible for the hydrolysis of lactose ß-galactoside bonds, resulting in their reduction through conversion to glucose and galactose. The enzyme transglutaminase (EC 2.3.2.13) is able to catalyze acyl transfer reactions, forming cross-links (intra and intermolecular) between proteins, peptides and primary amines, mainly covalent bonds between residues of glutamine and lysine (G-L bonds), increasing the fraction of proteins of high molecular mass. However, the objective of this research was to evaluate, through a central composite experimental design, the ideal conditions of temperature and transglutaminase and lactase concentrations, aimed at obtaining a diet ice cream formulation with suitable physico-chemical characteristics, considering also the microbiological and sensory properties. A total of 18 ice cream formulations were prepared by a discontinuous process employing different concentrations of enzymes and incubation temperatures, according to a 23 factorial design, with four repetitions at the central point, to investigate the effect of the enzymes on the ice cream quality. Analysis was carried out to determine the overrun, texture, melting index, milk whey protein polymerization reaction through the formation of protein bands, lactose hydrolysis and number of crystals. In the statistical analysis of the results for the response surfaces, analysis of variance (ANOVA) followed by the Tukey test (5% probability) was used for all treatments. The formation of crystals in the ice cream samples was verified using one-tailed ANOVA followed by the Kruskal-Wallis test (non-parametric) and the Dunn s post-hoc test comparing all treatments, at the 5% significance level. The experimental design and the desirability analysis aided the selection of the ideal treatment (treatment 2), in which the enzymes lactase (0.4 g L-1) and transglutaminase (2.0 U g-1 protein) and a temperature of 40 oC were employed. This was the treatment which provided the best texture, high overrun, the lowest melting index, formation of electrophoresis bands of proteins of high molecular mass evidencing the formation of polymers through cross-links due to the action of the enzyme transglutaminase and the most efficient action of the enzyme lactase, evaluated through the lactose hydrolysis determined by chromatography, verified by the formation of small crystals and sugar, observed on themicrograph, contributing to a smoother texture. The sensory analysis indicated that the ice cream prepared under these conditions had the greatest acceptability according to the untrained tasters. Thus, the addition of the enzymes lactase and transglutaminase improved the textural properties by increasing the creaminess and smoothness, producing a functional food with greater digestibility and reduced calories