Estudo das interações físico-químicas entre caseinomacropeptídeo e carboximetilcelulose : efeito do pH e concentração

Abstract

Resumo: A aplicação combinada de proteínas e carboidratos é prática comum na indústria de alimentos e tem como fim obter estabilidade ou até mesmo desenvolver produtos com características diferenciadas de textura, entre outras. Em razão do grande apelo funcional e tecnológico do caseinomacropeptídeo (CMP), como também da carboximetilcelulose (CMC) apresentar compatibilidade com número vasto de proteínas, conduziu-se a pesquisa em sistemas contendo ambos os componentes em diferentes pHs e concentrações. Foram encontradas fortes evidências da interação entre CMP e CMC em todos os pHs estudados (2, 4 e 6,5). O polissacarídeo adiou a precipitação do CMP em pH 4, devido à formação de complexos solúveis, também foi observada a formação de coacervados e em pH 2 houve formação de gel. Os espectros de análises no infravermelho (FTIR) demonstraram alterações visíveis nas bandas em diferentes pHs e concentrações, sendo a interação entre CMC e CMP eletrostática. Em pH 6,5, essa interação é confirmada pelo aumento na viscosidade das amostras com CMC. O comportamento reológico também foi modificado passando de dilatante para pseudoplástico na presença do polissacarídeo. A técnica de ressonância magnética nuclear (RMN) de baixo campo foi utilizada para avaliar o comportamento da água nos sistemas. Em paralelo, rampas de temperatura foram conduzidas nas amostras em pH 2 para identificar a formação de ligações hidrogênio nos géis. A viscosidade complexa (?*) também foi avaliada em razão da frequência para essas amostras. Nesse pH há compartimentação da água e a adição de CMC restringe mais a movimentação, dependendo da concentração do peptídeo. Em pH 4, a água interage pouco com os demais componentes, devido à proximidade ao ponto isoelétrico do CMP e a uma maior afinidade com CMC. Em pH 6,5, a interação com água parece ser pouco significativa em termos de força de ligação, resultando em maior mobilidade das moléculas na presença do polissacarídeo. Em pH 2, também foram realizadas análises de grau de opacidade, tempo de gelificação, força de ruptura, microscopia eletrônica de varredura (MEV), reologia dinâmica e capacidade de retenção de água. Os resultados evidenciaram separação de fases em concentrações maiores que 4% de CMP confirmada nas imagens da microestrutura. Essa incompatibilidade ocasionou uma diminuição na força dos géis, porém nas amostras sem separação de fases há uma interação positiva entre o polissacarídeo e o peptídeo. A opacidade aumentou na presença do hidrocolóide. Foram ainda realizadas análises de FTIR e difração de raios-X (DRX), com o intuito de caracterizar a estrutura secundária do CMP e mudanças microestruturais com adição CMC nos géis em pH 2. Os resultados demonstraram que o peptídeo apresenta estrutura secundária pouco organizada, formada por ?-hélice, folha-??(maior porção) e voltas-?.?O grau de cristalinidade das amostras gel foi maior que na amostra não gelificada, ocorrendo um aumento mais significativo na presença de CMC, devido à maior organização microestrutural.

Abstract: The joint application of proteins and carbohydrates is common place in the food industry so that stability could be achieved and products with different texture characteristics could be developed. Since caseinomacropeptide (CMP) and carboxymethylcellulose (CMC) are functionally and technologically compatible with a great number of proteins, researches has been carried out with systems containing the two components at different pH and concentrations. Evidence on the interaction between CMP and CMC was found in all pH under analysis (2, 4 and 6.5). The polysaccharide delayed CMP precipitation at pH 4 due to the formation of soluble complexes. The formation of co-acerbates was reported, coupled to gel formation at pH 2. Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR) showed visible changes in bands at different pH and concentrations, with an electrostatic interaction between CMC and CMP. Interaction was corroborated in pH 6.5 by an increase in viscosity of samples with CMC. The rheological behavior was also modified and shifted from expanding to pseudoplastic when the polysaccharide was present. Low-field nuclear magnetic resonance (NMR) evaluated the behavior of water in the systems. Temperature grades were placed concomitantly in pH 2 samples to identify the formation of hydrogen bonds in the gel. Complex viscosity (?*) was also evaluated for the sample's frequency. Water compartmentalization existed in this pH and the addition of CMC restricted even more the movement, which depended on the peptide concentration. Water interacted only slightly with the other components at pH 4. This was due to the closeness of the CMP's isoelectric point and to a greater affinity with CMC. It seems that interaction with water at pH 6.5 was not very significant in terms of bond strength. The result was a higher mobility of molecules with the polysaccharide. Analyses on opacity degree, gelification time, rupture strength, scanning electron microscope, dynamic rheology and water retention capacity were also undertaken at pH 2. Results showed phase separation in concentrations that were higher than 4% of CMP corroborated by microstructure images. Incompatibility produced a decrease in gel strength although a positive reaction between the polysaccharide and the peptide existed in samples without phase separation. Opacity increased with hydrocolloid. FTIR and X-rays diffraction (XRD) analyses were also performed to characterize CMP's secondary structure and microstructural changes with the addition of CMC in gels at pH 2. Results showed that peptide had a slightly organized secondary structure formed by ?-helix, ?-sheet (great portion) and ?-rounds.?The gel samples' crystalinity degree was higher than that in the non-gelified sample, with a more significant increase with CMC, due to a greater microstructural organization.