Aplicação de concentrado proteico de soro de leite bovino na elaboração de filmes comestiveis

A formação de filmes protéicos de soro de leite vem sendo estudada para a aplicação como embalagem alternativa, devido às vantagens que proporciona, como, propriedades de barreira à transferência de massa, características nutricionais favoráveis, caráter biodegradável e a agregação de valor à um descarte industrial. O objetivo deste estudo foi determinar a melhor formulação para a obtenção de filmes protéicos de soro de leite, quanto à concentração de proteína, plastificante e pH, avaliando através das principais propriedades de barreira e mecânicas; a incorporação de lipídio na solução filmogênica, visando reduzir a permeabilidade ao vapor d'água; o cálculo do coeficiente de difusão do vapor d'água através dos filmes; a obtenção de filmes por modificação enzimática utilizando a enzima transglutaminase; e a aplicação dos filmes protéicos de soro de leite, verificando as características finais encontradas. Inicialmente, a formulação padrão foi determinada através do estudo dos efeitos provocados pela concentração de proteína, concentração de plastificante e pH na obtenção dos filmes por desnaturação térmica, utilizando um planejamento fatorial completo (23+pontos axiais), sendo avaliados pelas características finais: solubilidade protéica, permeabilidade ao vapor d'água, tensão na ruptura e elongação, definindo uma melhor formulação (filme padrão) composta por 6,5% proteína, 3,0% plastificante (glicerol) e pH 7,0. A partir desta, um composto hidrofóbico (ácido esteárico) foi incorporado em diferentes concentrações e pH, visando reduzir a permeabilidade ao vapor d'água, que é alta em filmes protéicos devido à natureza hidrofílica das proteínas. A adição foi feita através de homogeneização formando um filme emulsionado, em concentrações ideais para manter boas propriedades mecânicas. Não foi possível obter filmes emulsionados em pH ácido, e a melhor formação foi em pH 9,0 com a adição de 0,50% de ácido esteárico, com o menor valor de permeabilidade ao vapor d'água e boas propriedades mecânicas, mas optou-se por trabalhar em pH 7,0, que também apresentou menor permeabilidade ao vapor d'água. A transferência de vapor d'água através de filmes padrão e emulsionado foi comparada a partir do cálculo do coeficiente de difusão obtido dos dados de adsorção de umidade (25°e e 75% de umidade relativa) e a Lei de Fick, em diferentes posições, observando que na posição vertical foi possível diferenciar a característica hidrofílica com a adição de um composto hidrofóbico, ao contrário da posição horizontal que evidenciou a formação de uma emulsão instável. A estrutura da matriz filmogênica está diretamente relacionada com as características finais dos filmes, assim, outra metodologia foi aplicada para a obtenção de filmes protéicos de soro de leite com melhores propriedades mecânicas e barreira, a modificação enzimática utilizando a enzima transglutaminase microbiana. A concentração de enzima e o tempo de reação foram testados, observando a formação de uma matriz filmogênica mais estável ou com maior número de ligações isopeptídicas entre as cadeias protéicas, reduzindo a permeabilidade ao vapor d'água, aumentando a tensão na ruptura e a porcentagem de elongação, na concentração de 10Ulg proteína e 180 minutos de reação, trabalhando nas condições ótimas da enzima (500e e pH 7,0). A formação de um polímero de maior peso molecular, correspondendo a matriz filmogênica, foi constatada através dos perfis eletroforético e cromatográfico. Os filmes padrão, emulsionado e modificado enzimaticamente foram aplicados em um sistema de embalagem contendo pedaços de maçã, verificando as características finais de propriedade de barreira ao vapor d'água e mecânicas através da perda de peso, teor de umidade e textura final das maçãs, além da propriedade de barreira a gases através da mudança de cor da maçã em função do tempo de armazenamento. A partir destes resultados, concluiu-se que filmes protéicos de soro de leite apresentam características para serem aplicados como embalagem alternativa prolongando o armazenamento e mantendo a integridade de um alimento, proporcionando uma moderada barreira à umidade e gasesWhey protein films offer potential to extend the shelf lite and improve quality of food systems by acting as a mass transfer barriers. Other advantages are the biodegradability characteristic, nutritional value aggregated and the industrial discard applying. The aim of this work was evaluated the protein, plastieczer concentration and pH values of the solution to film formation applying heat denaturation; obtained emulsion film adding stearic acid; determined the water vapor diffusion coefficient through protein films; produced whey protein films by enzymatic modification using microbial transglutaminase; and the film application as a food packaging. Protein concentration, plasticizer concentration and pH values were optimized to obtain flexible whey protein films, using an experimental design (response surface methodology). The effect of these variables was investigated at a film formation conditions analyzing the final properties of the films as protein solubility, water vapor permeability, tensile strength and elongation. The optimum conditions was reached at 6,5% protein, 3,0% plasticizer (glycerol) and pH 7,0. The predominantly hydrophilie nature of proteins results in a poor moisture barrier, then a hydrophobic component (stearic acid) was incorporated in a film solution at different ratios and pH (5,0, 6,0, 7,0 e 9,0) forming a emulsion film with reduced water vapor permeability. Intact films could not be obtained at acidic pH and the minimum water vapor permeability was observed at pH 9,0, adding 0,5% of stearic acid. The water vapor diffusion coefficient was determined through whey protein films with and without stearic acid. An experimental procedure was developed for measuring the gain moisture (weight) in function of time data at 75% relative humidity and 25°C. A diffusion mechanism followed linear Fiek's law. The effect of the film position (vertical, horizontal with the external face upward and downward) was compared. The addition of stearic acid (1,0%) led to a reduction diffusivity in a vertical plane, but in a horizontal plane, an unstable emulsion was observed. Mechanical and barrier properties are influenced by the network structure of the films, then an enzymatic crosslinking was applied to form whey protein films using microbial transglutaminase to improve the barrier and mechanical properties. Changes in water vapor permeability, protein solubility, tensile strength and elongation were evaluated in function of the enzyme concentration and incubation time at 50°C and pH 7,0 (optimum conditions of transglutaminase). Intermolecular isopeptide crosslinking produced a polymeric network redueing the water vapor permeability and increasing the tensile strength and elongation at 10U/g protein of transglutaminase and 180 minutes of incubation time. SDS-PAGE and size-exclusion-HPLC showed a high molecular weight polymer formation corresponding a film matrix. Films sobtained by heat denaturation, emulsion method and enzymatic modification were applied in a food system (cylinders of apples) to verify the final characteristics of films in function of storage time, evaluating the moisture barrier comparing the weight loss, moisture and texture profile, and the gas permeability measured by the apple color change. Whey protein films could be applied as a alternative packaging to extend the shelf lite of foods, acting as a moderate moisture and gas barrier, with good meehanical properties (strong and flexible protein films