Stability and digestibility of emulsions containing lecithin and whey proteins

Resumo: As proteínas do soro do leite (WPI) e lecitina de soja são amplamente utilizadas em alimentos devido às suas excelentes propriedades emulsificantes. Este trabalho visou avaliar as propriedades emulsificantes da mistura de WPI e lecitina em diferentes condições de pH e concentração dos ingredientes. A primeira etapa consistiu no estudo das interações entre os emulsificantes em meio aquoso em diferentes razões WPI:lecitina e condições de pH. Os resultados mostraram que na razão 1:1 e em pH abaixo do pI da proteína, no qual os emulsificantes encontravam-se opostamente carregados, foi favorecida a formação de complexos eletrostáticos. Na segunda etapa, emulsões O/A contendo proteínas do soro e/ou lecitina foram avaliadas através da estabilidade à cremeação, microestrutura, distribuição do tamanho de gota, densidade de carga superficial, reologia, eletroforese em gel de poliacrilamida e digestão in vitro, verificando-se a influência do pH e da pressão de homogeneização. As emulsões estabilizadas somente por proteínas apresentaram separação de fases e comportamento não-Newtoniano somente em pH próximo ao pI. As emulsões contendo somente lecitina não separaram de fases e apresentaram comportamento Newtoniano. Os sistemas em pH abaixo do pI, contendo a mistura de emulsificantes apresentaram elevada instabilidade cinética devido à forte interação eletrostática entre os componentes. No entanto, em pH próximo ao pI da prote, a interação foi favorável e levou ao aumento da estabilidade das emulsões e a menores tamanhos de gota, resultando em fluidos pouco viscosos. O aumento da pressão de homogeneização, em emulsões com pH próximo e acima do pI favoreceu a formação de agregados de alta massa molecular, o que não foi observado em pH mais ácido. Também não foi notada a formação de agregados na presença de lecitina em nenhuma das condições de pH. Os ensaios de eletroforese deram indícios de que a interação entre os emulsificantes levou a modificações na estrutura das proteínas e revelaram maior afinidade da lecitina com a ?-lactoalbumina (?-la). Finalmente, na etapa de simulação do processo de digestão as proteínas mostraram-se mais resistentes, uma vez que a presença de lecitina promoveu a liberação do óleo da emulsão logo no início da etapa gástrica. De maneira geral, a utilização das proteínas do soro juntamente com a lecitina como emulsificante levou a resultados satisfatórios pois permitiu o desenvolvimento de sistemas estáveis à cremeação em diferentes valores de pH, inclusive em pH próximo ao pI, e consideravelmente resistentes às condições adversas do trato gastrointestinalAbstract: Whey proteins (WPI) and soybean lecithin are widely used in food due to its excellent emulsifying properties. This study aimed to evaluate the emulsifying properties of the mixture of whey protein and lecithin at different conditions of pH and concentration of ingredients. Firstly, the interactions between emulsifiers in an aqueous medium at different ratios (WPI:lecithin) and pH conditions were studied. The results showed that at mixing ratio of 1:1 and at pH below the isoelectric point of the protein (pI) in which the emulsifiers were oppositely charged, was favored the formation of electrostatic complexes. Afterwards, O/W emulsions containing WPI and/or lecithin were prepared and the influence of pH and pressure homogenization were studied. Stability, microstructure, droplet size distribution, surface charge density, rheology, electrophoresis in polyacrylamide gel (SDS-PAGE) and digestion in vitro were evaluated. The emulsions stabilized by proteins showed phase separation and non-Newtonian behavior only in pH close to the pI. The emulsions containing only lecithin were stable and showed Newtonian behavior. Systems containing the mixture of emulsifiers at pH below the pI showed high kinetic instability due to the strong electrostatic interactions between the components. However, at pH close to the pI the interaction was favorable and led to an increase of the emulsion stability and to smaller droplet sizes, resulting in lower viscosities. When the pressure homogenization was increased, emulsions at a pH close to and above the pI favored the formation of high molecular weight protein aggregates which was not observed in emulsions at lower pH. In the presence of lecithin, protein aggregates were not formed in any of the pH conditions. The SDS-PAGE analysis showed that the interaction between emulsifiers led to modifications in the structure of proteins and indicated a higher affinity of lecithin to ?-lactalbumin (?-la). Finally, proteins were more resistant to digestion, since the presence of lecithin promoted release of oil emulsion at the beginning of gastric step. In general, the use of whey protein with lecithin as emulsifier led to satisfactory results because it allowed the development of stable emulsions to creaming at different pH values, even at pH close to the pI, and substantially resistant to the adverse conditions of the gastrointestinal trac