Obtenção e caracterização de queratinase de bacillus sp. P45 a partir de coprodutos e aplicação na produção de queijos cremosos enriquecidos com chia e quinoa

As proteases constituem 60-65% do mercado global das enzimas industriais e são utilizadas na indústria de alimentos no processo de amaciamento de carne, na síntese de peptídeos, preparo de fórmulas infantis, panificação, cervejarias, produtos farmacêuticos, diagnósticos médicos, como aditivos na indústria de detergentes e na indústria têxtil no processo de depilação e transformação do couro. Proteases específicas produzidas por micro-organismos queratinolíticos são chamadas de queratinases e distinguem-se de outras proteases pela maior capacidade de degradação de substratos compactos e insolúveis como a queratina. Atualmente, processos que apontem o uso total das matérias-primas e que não resultem em impactos negativos ao meio ambiente tem ganhado destaque. Dentro desta temática, destacam-se a reutilização da farinha de penas residual durante o cultivo do Bacillus sp. P45 para produção de proteases e a biomassa residual de levedura, ambas com elevados teores de proteínas, podendo ser utilizadas no cultivo do Bacillus sp. P45 para obtenção de proteases. O objetivo deste trabalho foi obter a enzima queratinase purificada em grandes quantidades, sua caracterização, bem como a sua aplicação em processos de coagulação enzimática do leite para o desenvolvimento de um queijo cremoso enriquecido com farinha de chia e quinoa. Além disso, aplicar diferentes coprodutos para produção de enzimas proteolíticas e queratinolíticas. A presente tese foi dividida em quatro artigos: no primeiro foi realizado a obtenção da queratinase purificada em maiores quantidades e a determinação dos parâmetros de estabilidade térmica e a influência de componentes químicos na atividade enzimática. A obtenção da enzima em maiores quantidades alcançou fatores de purificação de 2,6, 6,7 e 4,0 vezes, paras 1º SAB, 2º SAB e diafiltração, respectivamente. A recuperação enzimática alcançou valores de 75,3% para o 1º SAB, 75,1% no 2º sistema e 84,3% na diafiltração. A temperatura de 55ºC e o pH 7,5 foram determinados como ótimos para atividade da enzima queratinase. O valor da energia de desativação (Ed) médio foi de 118,0 kJ/mol e os valores de z e D variaram de 13,6 a 18,8ºC, e 6,9 a 237,3 min, respectivamente. Além disso a adição de sais (CaCl2, CaO, C8H5KO4 e MgSO4) elevou a atividade da enzima na presença destes compostos. O segundo artigo apresenta a aplicação da queratinase como coagulante de leite bovino e sua aplicação na obtenção de queijo cremoso enriquecido com chia e quinoa. A enzima mostrou atividade de coagulação semelhante ao coagulante comercial, na concentração de 30mg/mL. A enzima purificada foi empregada de forma eficiente na fabricação do queijo cremoso, que apresentou valores de pH de 5,3 e acidez de 0,06 a 0,1 mol/L, com elevação durante os 25 dias de armazenamento. O terceiro artigo apresenta o perfil do queijo cremoso enriquecido com farinha de chia e quinoa, o qual apresentou alto índice de retenção de água (>99,0%) e baixos valores de sinérese (<0,72%). Elevados teores de fibras foi verificado (3,0 a 5,0%), sugerindo seu consumo como fonte de fibras. As análises microbiológicas foram de acordo com a legislação vigente. Na análise sensorial foi verificado altos valores de suavidade ao paladar e verificado maiores valores de consistência e untabilidade nas amostras com maiores concentrações de nata e quinoa. O quarto artigo traz a extração de β-galactosidase por ultrassom e o uso da biomassa residual da levedura, bem como o uso de farinha de penas residuais como substrato para obtenção de proteases. O ultrassom foi eficiente para ruptura celular e extração de β-galactosidase, apresentando alta atividade (35,0 U/mL) e rendimento (876,0 U/g de biomassa). A maior atividade proteolítica (1300 U/mL em 32 h) e queratinolítica (89,2 U/mL) verificadas ocorreram utilizando-se a biomassa e a farinha de penas residuais, respectivamente. Maior produtividade proteolítica (40,8 U/mL/h) foi verificado no meio utilizando biomassa residual como substrato. Já a maior produtividade queratinolítica (2,8 U/mL/h) foi alcançada utilizando farinha de penas reutilizada.

Produção de isolado proteico proveniente de subprodutos da indústria de aves em diferentes escalas

A indústria de aves brasileira destaca-se economicamente, onde um total de 12,3 milhões de toneladas foi produzido no país em 2013. Esta produção em larga escala gera considerável volume de subprodutos, chegando até 35% da ave viva. Tais resíduos são convertidos, por processos tradicionais, em produtos de baixo valor comercial, como por exemplo, farinhas. O processo de variação de pH constitui um importante processo alternativo de obtenção de proteínas com melhores características funcionais e nutricionais. Estudar as variáveis do processo, efetuando aumento dimensional, é fundamental para aplicação das tecnologias desenvolvidas no laboratório e posterior definição final de processos industriais. A produção de isolados proteicos seria uma tecnologia atraente no aproveitamento de subprodutos da indústria de frango, convertendo-os em uma ótima fonte proteica, agregando valor ao produto obtido. Este trabalho teve por objetivo produzir isolados proteicos em diferentes escalas, utilizando subprodutos não comestíveis da indústria de frango. Foi estudada a solubilização das proteínas da matéria-prima (MP) para definir pHs de solubilização e de precipitação isoelétrica. A curva apontou um pH alcalino de 11,0 para etapa de solubilização e de 5,25 para etapa de precipitação proteica. As proteínas obtidas foram caracterizadas quanto sua composição proximal, índice de acidez (IA), índice de peróxidos (IP) e substâncias reativas ao ácido tiobarbitúrico (TBARS) além de propriedades funcionais de solubilidade, capacidade de retenção de água (CRA) e capacidade de retenção de óleo (CRO); e nutricionais de digestibilidade proteica. Comparativamente foram analisadas farinhas de vísceras comerciais nos mesmos parâmetros. Um aumento de escala do processo foi realizado e avaliado pelas mesmas respostas do produto da escala laboratorial. Foi obtido um teor proteico de 82 e 85% em escala laboratorial e aumento de escala, respectivamente, e também uma redução lipídica de 75%, e de cinzas de 85%, em relação à MP. A composição proximal das farinhas analisadas ficou entre 67-72% para proteína bruta, 17-22% para lipídios e 9-15% para cinzas. O IA, apresentou valores de 2,2 e 3,1 meq/g de isolado e de 1,6 a 2,0 meq/g de farinha. Já para IP, obteve-se valores de 0,003 a 0,005 meq/g de isolado e de 0,002 a 0,049 meq/g de farinha. Os índices de TBARS apontaram valores de 0,081 e 0,214 mg MA/g de isolado e 0,041 a 0,128 mg MA/g de farinha. A solubilidade das proteínas do isolado apontou 84 e 81% em pH 3 e 11 respectivamente e de 5% em pH 5, já para farinhas variaram de 22 a 31% em pH de 3 a 11. A CRA obtida no isolado foi 3,1 a 16,5 g água/g de proteína e de 3,8 a 10,9 g água/g de proteína nas farinhas. A CRO ficou em 4,2 mL de óleo/g de proteína do isolados e 2,6 mL de óleo/g de proteína da farinhas. Os isolados proteicos apresentaram 92 e 95% de digestibilidade das proteínas, em comparação aos 84% das farinhas comerciais. Os índices acumulados e apresentados neste trabalho concluíram que foi possível aumentar a escala do processo de variação de pH, sem perder qualidade nos índices físico-químicos e de digestibilidade proteica.

Isolado protéico de farelo de arroz: obtenção, propriedades funcionais e aplicação

O arroz é o segundo cereal mais produzido no mundo e para que ele seja consumido é necessário o processo de beneficiamento, onde é retirada a casca, e com o polimento, o farelo. O farelo, após a retirada do óleo, é utilizado para alimentação animal, mas como corresponde a 8% do grão, são necessárias novas alternativas para o uso do mesmo, uma vez que contém em torno de 17% de proteína. As proteínas do farelo de arroz são consideradas de alta qualidade, hipoalergênicas e anticancerígenas. Devido ao excesso de fibras presentes no farelo, este não é utilizado diretamente na alimentação humana, podendo ser usado como fonte para a obtenção de extratos, concentrados ou isolados. A obtenção do isolado protéico pode ser por via química, que consiste na extração alcalina ou ácida, seguida de precipitação no ponto isoelétrico ou via enzimática, com o uso de enzimas amilolíticas, hemicelulases e carboidrases para a separação das proteínas. O objetivo deste estudo foi obter um isolado protéico a partir de farelo de arroz visando a inclusão deste em produto de panificação. Foi obtido isolado protéico pelo método químico que foi analisado pelo rendimento protéico, pelas propriedades funcionais, perfil aminoacídico, eletroforese e características térmicas. O isolado foi adicionado em bolos em diferentes concentrações sendo avaliado pelas características tecnológicas e sensoriais. O isolado protéico do farelo de arroz (IPFA) que apresentou maior rendimento protéico foi o obtido pelo método químico, com o farelo de granulometria de 42 mesh e desengordurado. Em relação às propriedades funcionais, foi verificado que o IPFA possui maior solubilidade e capacidade de retenção de água em pH 11, alta capacidade emulsificante e alta capacidade de formação de espuma. No aminograma, constatou-se que os aminoácidos encontrados no IPFA atendem as necessidades de bebês e crianças. No perfil eletroforético, o IPFA apresentou 3 grupos de proteínas. Na análise térmica com DSC, o IPFA apresentou alta temperatura de desnaturação e baixo valor de entalpia. Na elaboração dos bolos, à medida que foi adicionado o IPFA, aumentou o teor protéico, o pH e o volume específico e diminuiu o colapso, a luminosidade e a firmeza dos bolos. Na análise sensorial, os bolos com IPFA não apresentaram diferenças estatísticas do bolo controle (sem IPFA). Estes resultados indicam a potencialidade do IPFA em produtos de panificação.

Desenvolvimento de filmes nanocompósitos de isolado protéico de corvina (micropogonias furnieri) e argila organofílica

O desenvolvimento de filmes e coberturas é um processo de transformação que utiliza polímeros capazes de formar uma matriz contínua. As proteínas de pescado apresentam propriedades que são vantajosas no preparo de biofilmes, como habilidade para formar redes, plasticidade e elasticidade, apresentando boa barreira ao oxigênio, mas sua barreira ao vapor de água é baixa devido à sua natureza hidrofílica. Estas propriedades podem ser melhoradas aplicando nanotecnologia, incluindo materiais como as nanoargilas. O objetivo do presente trabalho foi desenvolver filmes nanocompósitos a partir de biopolímeros protéicos provenientes de isolados protéicos de corvina (Micropogonias furnieri) e argilas organofílicas. O isolado protéico de corvina (IPC) foi obtido utilizando processo de variação de pH para solubilizar e isolar proteína. Os filmes poliméricos foram desenvolvidos pela técnica de “casting”. Para o desenvolvimento de filmes nanocompósitos de isolado protéico de corvina (IPC) e montmorilonita foi executado um planejamento experimental de 3 níveis e 3 fatores com 3 réplicas no ponto central. Os resultados foram submetidos à metodologia de superfície de resposta (MSR) para estudar os efeitos simultâneos das variáveis independentes, concentração de IPC (IPC = 2; 3,5 e 5 g/100 g de solução filmogênica); concentração de montmorilonita (MMT = 0,3; 0,5 e 0,7 g/100 g de solução filmogênica); e plastificante glicerol (G = 25, 30 e 35 g/100 g de IPC em base seca) sobre as respostas resistência à tração (MPa), elongação (%), força na ruptura (N), permeabilidade ao vapor de água (g mm m-2 d -1 KPa-1 ) e solubilidade (%). O isolado protéico obtido de carne mecanicamente separada de corvina apresentou 97,87% de proteína (em base seca), boa capacidade de retenção de água e solubilidade. Os valores de resistência à tração variaram entre 7,2 e 10,7 MPa e os valores de elongação de 39,6 a 45,8%. Os valores encontrados para PVA no presente trabalho encontram-se entre 3,2 e 5,5 g mm m-2 d -1 KPa-1 . Os filmes nanocompósitos produzidos a partir de IPC e MMT foram promissores, do ponto de vista das propriedades mecânicas, aparência visual e fácil manuseio, bem como baixa permeabilidade ao vapor de água e a baixa solubilidade. Com relação às propriedades mecânicas, a concentração de IPC e MMT foi o principal fator que influenciou no desenvolvimento dos filmes nanocompósitos. O planejamento experimental utilizado determinou que 3,5 g de IPC; 0,5 g de MMT e 30 (g/100g de IPC) de glicerol seriam os parâmetros ideais para desenvolvimento de filmes nanocompósitos utilizando a técnica de “casting”. As coberturas de isolado protéico de corvina (IPC) e as coberturas de IPC e MMT foram aplicadas em mamão minimamente processado para avaliar sua vida- útil. O revestimento com cobertura de isolado protéico de corvina e montmorilonita aplicado em mamão minimamente processado apresentou menor perda de massa 5,26%, menor crescimento microbiano e menor diminuição de firmeza, luminosidade e pH conseqüentemente apresentou os melhores resultados na cobertura de mamão minimamente processado, quando comparados com a amostra controle sem cobertura.

Produção de nanopartículas contendo peptídeos bioativos de microalgas

A produção de peptídeos bioativos de distintas fontes de proteínas vem ganhando espaço na produção científica e tecnológica, despertando interesse do setor empresarial. Paralelamente a isso, devido à elevada concentração de proteínas na biomassa das microalgas Spirulina e Chlorella, estas apresentam grande potencial para a extração de biocompostos com alto valor agregado, como biopeptídeos de microalgas. As proteínas são uma importante fonte de peptídeos bioativos, mas estes não estão ativos na proteína precursora e devem ser liberados para que apresentem efeitos fisiológicos desejados. Essa liberação pode ser feita através de hidrólise enzimática a partir de proteases, sendo um dos métodos mais utilizados para a produção destes biocompostos. Dentro deste contexto, vários estudos vêm mostrando o uso da tecnologia por secagem em spray dryer para a obtenção de nanopartículas que contenham compostos bioativos, sendo, essa técnica, amplamente utilizada para transformar líquidos em pós, podendo ser aplicada em materiais sensíveis à temperatura. Este estudo teve como objetivo obter peptídeos bioativos através da reação enzimática, tendo como substrato a biomassa de Spirulina sp. LEB 18 e Chlorella pyrenoidosa e, na sequência, obter nanopartículas contendo os biopeptídeos. Primeiramente, foram testadas as 3 proteases comerciais (Protemax 580 L, Protemax N 200 e pepsina) para a produção de hidrolisados proteicos de microalgas, para isso foram realizados 3 delineamentos compostos centrais para cada microalga em estudo (Chlorella e Spirulina). Os delineamentos utilizados foram do tipo 23 com três repetições no ponto central, variando-se a concentração de enzima (5 a 10 U.mL-1), a concentração de substrato (5 a 10 %) e o tempo de reação (60 a 240 min). Após, realizou-se 2 delineamentos compostos rotacionais do tipo 22 com pontos centrais, um para cada microalga, utilizando-se para a hidrólise a enzima Protemax 580L (5 U.mL-1) variando-se a concentração de substrato e tempo de reação, para todos ensaios estudou-se a solubilidade, capacidade de retenção de água, atividade antioxidante e digestibilidade. Foi selecionado um ensaio para cada microalga, levando em conta os melhores resultados. Então nova hidrólise enzimática foi realizada sendo o sistema reacional composto pela enzima Protemax 580 L (5 U.mL-1) e pela biomassa de Spirulina sp. LEB 18 ou Chlorella pyrenoidosa (4% de proteína) durante tempo de 200 min. Os hidrolisados foram purificados por filtração a vácuo com membranas millipores de diferentes tamanhos (0,45; 0,2 e 0,1 µm) e por colunas com membrana vertical Amicon® Ultra 0.5 (3K e 10K), sendo que após cada etapa, foi realizado teste de atividade antioxidante pelos métodos de poder redutor, DPPH e ABTS, a fim de verificar a permanência da atividade antioxidante. Utilizou-se nano spray dryer Büchi modelo B 90 para a secagem das amostras, sendo o tamanho das partículas obtidas analisados por microscopia eletrônica de varredura (MEV). Por fim, conclui-se que a biomassa de microalgas pode ser utilizada como fonte de produção de peptídeos bioativos com elevada atividade antioxidante e que dentre as microalgas estudadas, Spirulina sp. LEB 18 apresentou melhores resultados, em todas as análises realizadas, quando comparada com Chlorella pyrenoidosa. Esse estudo, também visou utilizar a nanobiotecnologia para obtenção de nanoparículas contendo os biopeptídeos, para tal, utilizou-se o nano Buchi Spray Dryer B-90, o qual gerou partículas nanométricas de 14 a 18 nm para o hidrolisado de Spirulina e de 72 a 108 nm para o hidrolisado de Chlorella.