Produção Piloto de Concentrados de
Proteínas de Leite Bovino: Composição e
Valor Nutritivo
Pilot Scale Production of Protein
Concentrates from Cow’s Milk: Composition
and Nutritive Value
AUTORES
AUTHORS
Patricia Ferreira Zinsly BORGES
Ex-estagiária Mestrado da UNICAMP/FEA
Ciência da Nutrição
✉
Valdemiro Carlos SGARBIERI
Pesquisador Científico do Centro de Química de
Alimentos e Nutrição Aplicada
Instituto de Tecnologia de Alimentos
Av. Brasil, 2880, 13073-001 Campinas - SP
e-mail: [email protected]
Nádia Fátima Gibrim Pereira DIAS
Estagiária Doutorado da UNICAMP/FEA - Ciência da
Nutrição, Instituto de Tecnologia de Alimentos
Centro de Química de Alimentos e Nutrição Aplicada
Av. Brasil, 2880, 13073-001 Campinas - SP
Helaine Beatriz JACOBUCCI
Estagiária Doutorado da UNICAMP/FEA - Ciência da
Nutrição, Instituto de Tecnologia de Alimentos
Centro de Química de Alimentos e Nutrição Aplicada
Av. Brasil, 2880, 13073-001 Campinas - SP
Maria Tereza Bertoldo PACHECO
RESUMO
Os objetivos do presente trabalho foram: estabelecer metodologia adequada para a
produção piloto, de concentrados de caseínas e de proteínas de soro de leite bovino, preservando
ao máximo suas propriedades estruturais e funcionais; caracterizar os concentrados protéicos
quanto à composição centesimal e perfil de aminoácidos essenciais; determinar o valor nutritivo
da proteína dos vários concentrados. Para obtenção do caseinato de sódio (CNa) e do
concentrado protéico de soro ácido (CSA), empregou-se a precipitação da caseína no pH
isoelétrico (pH 4,6, 20ºC). O soro ácido obtido foi concentrado por ultrafiltração/diafiltração e
liofilização para obtenção do concentrado protéico de soro ácido (CSA). O caseinato foi obtido
por neutralização da caseína isoelétrica (NaOH pH 7-7,5) e desidratado em spray dryer. A
obtenção do coágulo de caseína (CoC) e do concentrado protéico de soro doce (CSD) processouse pela coagulação do leite desnatado e pasteurizado (quimosina, 34ºC, 45min). O coágulo de
caseína foi lavado, neutralizado e seco em spray. O soro doce foi concentrado e desidratado
pelo mesmo processo do soro ácido, obtendo-se o CSD desidratado. O emprego da tecnologia
de membranas (ultrafiltração/diafiltração) permitiu a obtenção de concentrados protéicos de
soro de leite com mais de 80% de proteína, sem o perigo de desnaturação das proteínas mais
termolábeis. O poder de promover crescimento em ratos, das caseínas e dos concentrados de
soro foi semelhante, porém o escore químico (EQ) e a digestibilidade corrigida pelo escore
químico (PDCAAS) foram superiores para o CSD, comparados com as caseínas.
Pesquisadora convidada - Pós-Doutorado, UNICAMP
Instituto de Tecnologia de Alimentos
Centro de Química de Alimentos e Nutrição Aplicada
Av. Brasil, 2880, 13073-001 Campinas - SP
Vera Lúcia Signoreli BALDINI
Pesquisadora do Centro de Química de Alimentos e
Nutrição Aplicada, Instituto de Tecnologia de Alimentos,
Av. Brasil, 2880, 13073-001 Campinas - SP
e-mail: [email protected]
PALAVRAS-CHAVE
KEY WORDS
SUMMARY
The objectives of the present work were: to establish adequate methodology, at pilot
level, for bovine casein and whey protein concentrate production, preserving their structural
and functional properties to a maximum; characterize the concentrates as to their proximate
percent composition and essential amino acid profiles; determine the protein nutritive values of
the various concentrates. For the production of sodium caseinate (NaC) and acid whey protein
concentrate (A-WPC), casein was precipitated at the isoelectric pH (pH 4.6, 20ºC). The whey
was concentrated by ultrafiltration/diafiltration and lyophylized to obtain the dehydrated
A-WPC. The sodium caseinate was obtained by neutralization (NaOH, pH 7-7.5), and spray
dried. Casein coagulum (C-Co) and “sweet” whey were processed after coagulation of defatted
and pasteurized milk (chymosin, 34ºC, 45min). The coagulum was separated from the whey,
washed, ground in a colloidal mill and spray dried. The sweet whey was concentrated and
lyophylized in the same way as the acid whey to obtain the dehydrated sweet whey protein
concentrate (S-WPC). The use of membrane technology (ultrafiltration/diafiltration) permitted
the production of milk whey protein concentrates with more than 80% protein, without
denaturation of the most heat labile components. The caseins and S-WPC promoted equal
growth of the rat, however the chemical score (CS) and the digestibility corrected amino acid
scoring (PDCAAS) were superior for the S-WPC, compared to the caseins.
Leite; Caseína; Proteínas de soro; Ultrafiltração;
Diafiltração / Milk; Casein; Whey proteins;
Ultrafiltration; Diafiltration.
Braz. J. Food Technol., 4:1-8, 2001
1
Recebido / Received: 17/07/2000. Aprovado / Approved: 24/11/2000.
P. F. Z. BORGES
et al.
1. INTRODUÇÃO
O leite pode ser considerado o alimento mais completo
da natureza e o único que satisfaz as necessidades dos recémnascidos de sua espécie, nos primeiros meses de vida.
O leite da maioria das espécies de mamíferos difere
do leite humano sob vários aspectos, inclusive por
apresentar maior concentração de proteína total, maior
concentração de caseínas e menor concentração de
proteínas de soro, portanto, o leite humano apresenta a
maior relação proteínas de soro/caseínas (BOUNOUS et al.,
1988). A baixa concentração de proteína total e a elevada
proporção de proteínas de soro, no leite humano, são
características que estão associadas ao crescimento lento e
à dilatada longevidade da espécie humana.
O leite de algumas espécies, particularmente a bovina,
contém 80% de suas proteínas como caseínas e os 20%
restantes são representados pelas proteínas do soro, ao
contrário do leite humano no qual essa proporção se inverte;
80% das proteínas aparecem no soro e apenas 20% como
caseínas (SGARBIERI, 1996).
As caseínas podem ser obtidas a partir do leite
desnatado por dois processos principais: a) pela
precipitação ácida no pH isoelétrico (pH 4,6, 20ºC); b) pela
coagulação enzimática (34ºC, 40-60min) pela ação da
enzima quimosina (renina), como é usada no processo
industrial de fabricação de queijos (WONG et al., 1996;
SMITHERS et al., 1996). O soro obtido pela precipitação
ácida das caseínas denomina-se soro “ácido” enquanto o
obtido pela coagulação enzimática das caseínas é
tradicionalmente conhecido como soro “doce”.
MORR, HÁ (1993) estimaram que a produção mundial
de soro proveniente da fabricação de queijos e de caseína era
da ordem de 86 bilhões de kg, correspondente a 0,5 bilhão de
kg de proteínas de soro. Para cada kg de queijo produzido
geram-se cerca de 9kg de soro. O soro contém 93,6% de água
e 6,4% de sólidos. Desidratado, o soro contém 12% de
proteínas, 3% de gordura, 10% de minerais e 75% de lactose
(WONG et al., 1996). Devido ao elevado teor de água, ao redor
de 93% e reduzido teor de proteína de 0,6 a 0,9%, o uso de
soro lácteo em produtos alimentícios convencionais tem sido
bastante limitado, principalmente pelo custo de secagem.
Segundo BIRD (1996), 45% do soro produzido na
Europa, em 1991/92, foram utilizados na alimentação animal,
40% na fabricação de soro em pó, 12% na fabricação de
concentrado protéico de soro (CPS) e 3% na produção de lactose.
O soro não utilizado, quando descartado no meio
ambiente, constitui-se em sério problema de poluição
ambiental, pela elevada demanda de O2 (BOD) deste material,
de 30 a 60g de O2/litro de soro (HOLDER, SEWARDS, 1976).
Com o advento de novas tecnologias, particularmente
as tecnologias de membranas (SMITHERS et al., 1996) e com as
novas descobertas da importância das proteínas do leite em
ciência e tecnologia de alimentos e na nutrição, tem havido
um forte incremento das pesquisas procurando intensificar o
uso dessas proteínas (WONG et al., 1996, SMITHERS et al.,
1996, BRINK, 1996, BOUNOUS, 1997).
Braz. J. Food Technol., 4:1-8, 2001
Produção Piloto de Concentrados de
Proteínas de Leite Bovino: Composição e
Valor Nutritivo
Nossa pesquisa tem como objetivo a utilização do leite
bovino, como matéria-prima para a obtenção de ingredientes
funcionais e nutritivos, de importância tanto tecnológica como
fisiológica, visando a utilização desses componentes em
formulações de produtos para fins específicos.
Neste artigo são descritos os métodos de obtenção,
em nível piloto, e a caracterização física, química e nutricional
de várias frações protéicas do leite bovino.
2. MATERIAL E MÉTODOS
2.1 Matéria-prima
Leite tipo B desnatado e pasteurizado (73ºC, 15 seg)
foi obtido da Cooperativa dos Produtores de Leite de
Campinas, com sede no município de Campinas (SP). Todo o
processamento foi realizado na planta piloto do Centro de
Tecnologia de L aticínios (TECNOL AT), do Instituto de
Tecnologia de Alimentos (ITAL).
2.2 Processamento
Obtenção de concentrados protéicos de soro
e caseínas. O fluxograma geral de processamento para
obtenção de concentrado protéico de soro doce (CSD),
coágulo de caseína (CoC), concentrado protéico de soro ácido
(CSA) e caseinato de sódio (CNa) é apresentado na Figura 1.
No processo de obtenção de CSA e CNa o leite, que é recebido
refrigerado (~10ºC) é aquecido com vapor, em tanque de
inox encamisado até 20ºC e, em seguida, tratado sob agitação
branda com ácido lático comercial (grau alimentício, 85%
v/v) até atingir pH 4,6 (pI das caseínas) onde ocorre a
precipitação das mesmas. A mistura é mantida em repouso, a
20ºC, por aproximadamente 40min, para que a precipitação
se complete e ocorra a separação de fases; a caseína formando
uma camada é separada do soro, depositando no fundo do
tanque.
A recuperação do soro da camada superior é feita por
sifonação e o soro misturado com a caseína é obtido por
centrifugação. Utilizou-se para tal uma centrífuga de cesto da
marca Gedr Heind modelo 2250, a 3500rpm.
A caseína isoelétrica, após lavagem com água em pH
4,6, foi ressuspendida em solução de NaOH e ajustada a pH
7-7,5. Essa solução foi pré-aquecida, ~40ºC e seca em spray
dryer (Niro Atomizer – CB3 104 D) com temperatura de entrada
de 180º C e de saída 95ºC, obtendo-se o caseinato de sódio
(CNa) desidratado.
No mesmo processo, o soro ácido foi submetido à
concentração por ultrafiltração em membranas (WGM – Kock
membrane systems) com porosidade de corte para PM de
10kDa. Utilizou-se um sistema tubular de filtração tangencial
sob pressão com superfície de filtração de 12m2, pressão de
entrada de 6kgf/cm2 e de saída 3,2kgf/cm2.
Nestas condições, produz-se um concentrado
(retentado) que contém todas as proteínas do soro e um
2
P. F. Z. BORGES
et al.
ultrafiltrado (permeado) formado da maior parte da água,
originalmente encontrada no soro, contendo ainda grande
parte da lactose, minerais, vitaminas e outros constituintes do
leite, de baixo peso molecular.
Para promover uma maior concentração das proteínas,
combina-se a ultrafiltração com a diafiltração, que consiste em
se fazer passar, após ter atingido a concentração desejada, um
elevado volume de água desionizada através do concentrado
para se retirar o máximo de lactose e outros compostos de
baixo peso molecular, ao mesmo tempo concentrando e
purificando ainda mais as proteínas.
Em nosso processo, utiliza-se um fator de concentração
de 12, associando-se 15 ciclos de diafiltração, sendo que 1
ciclo de diafiltração equivale a passar pelo concentrado igual
volume de água desionizada, mantendo-se constante o volume
de retentado.
Terminada a ultrafiltração e a diafiltração, o retentado é
coletado em bandejas e congelado (-25ºC), para posterior
liofilização, obtendo-se assim o CSA desidratado.
Cumpre enfatizar que todo o processo é feito em
temperaturas mantidas abaixo de 40ºC, para preservar a
integridade estrutural e funcional das proteínas, evitando-se a
desnaturação.
Para a produção do CSD, o processo é muito semelhante
ao do CSA, exceto que a separação da caseína é feita por
coagulação enzimática e não por precipitação ácida.
LEITE DESNATADO
(PASTEURIZADO A 73oC POR 15 seg)
Quimosina (38oC)
CaCl2
Coágulo
de caseína
Spray dryer
CoC
desidratado
Soro Doce
Ultrafiltração
Diafiltração
CSD
Liofilização
Ácido lático (pH 4,6)
Caseína isoelétrica
Soro Ácido
Ressuspensão
em NaOH (pH 7,5)
Secagem
CNa
Ultrafiltração
Diafiltração
CSA
Produção Piloto de Concentrados de
Proteínas de Leite Bovino: Composição e
Valor Nutritivo
Utiliza-se solução de CaCl2 a 50% (25mL/100L de leite)
e coágulo comercial líquido (300mL/100L de leite) contendo
pepsina e quimosina. A coagulação se completa após 40-60min
de repouso a 34ºC. O soro doce é separado do coágulo por
decantação seguida de sifonação e filtração.
O coágulo, após lavagem exaustiva com água é
triturado e moído em moinho coloidal, em solução de NaOH,
para resultar em suspensão de pH entre 6,5-7,5, que é préaquecido (~40ºC) e desidratado em spray, da mesma forma
que o CNa, obtendo-se o CoC desidratado.
O soro doce foi submetido aos mesmos processos do
soro ácido: ultrafiltração, diafiltração, congelação e liofilização,
para a obtenção do CSD desidratado.
2.3. Caracterização física dos concentrados protéicos
Como método simples de monitoração do estado de
desnaturação das proteínas, nos concentrados protéicos,
adotaram-se alguns testes de solubilidade.
A solubilidade do CNa e do CoC foi determinada em
suspensões a 1% (p/v) de proteína em água destilada, seguido
de ajuste do pH com soluções de NaOH 0,1 N ou HCl 0,1 N,
até estabilização em pH 7,0, agitação à temperatura do
ambiente por 1 hora e centrifugação em centrífuga Beckman
modelo Avanti TM J-25 (13000rpm, 30min). Aferido o volume
do sobrenadante, alíquotas foram tomadas para determinação
do nitrogênio solúvel, expresso em porcentagem em relação
ao nitrogênio total da amostra (MORR et al., 1985).
Para a determinação da solubilidade das proteínas de
soro (CSD e CSA), seguiram-se as recomendações de BOUNOUS,
GOLD (1991) em que a proteína (suspensão a 1% p/v) foi
dissolvida em solução tampão fosfato-citrato 0,01M pH 4,6.
Após agitação e centrifugação (como no procedimento
anterior), alíquotas do sobrenadante foram tomadas para
determinação do nitrogênio solúvel pelo micro-Kjeldhal. Os
resultados foram expressos como porcentagem de proteína
solúvel em relação à proteína total na amostra.
A caracterização da homogeneidade das preparações
de CSD e CSA foi feita pela eletroforese em gel de poliacrilamida,
em presença de dodecil sulfato de sódio (PAGE-SDS), segundo
método descrito por LAEMMLI (1970). Utilizou-se tampão trisHCl, pH 8,2, na presença de SDS e mercaptoetanol. Essa
modalidade de eletroforese é utilizada para determinação do
número e peso molecular das unidades estruturais das
proteínas.
Liofilização
2.4 Caracterização química dos concentrados protéicos
CSD
Desidratado
CSA
Desidratado
FIGURA 1. Processo de obtenção do coágulo de caseína
desidratado (CoC), concentrado protéico de soro “doce” (CSD)
e concentrado protéico de soro ácido (CSA).
Braz. J. Food Technol., 4:1-8, 2001
Composição centesimal. Teor de umidade, proteína
bruta (N x 6,38) e cinza foram determinados pelos
procedimentos descritos no manual da AOAC (AOAC, 1990).
Lipídios totais foram determinados pelo método de BLIGH,
DYER (1959). Lactose, pelo método de ACTON (1977).
Composição de aminoácidos. Foi determinada
após hidrólise ácida (HCl 6N, 110ºC, 22h) em analisador de
3
Produção Piloto de Concentrados de
Proteínas de Leite Bovino: Composição e
Valor Nutritivo
P. F. Z. BORGES
et al.
aminoácidos (Dionex Dx 300), por separação em coluna (HPLC)
de troca catiônica, seguida de reação colorimétrica pós-coluna,
com ninidrina. A quantificação de cada aminoácido foi feita
com base em uma mistura-padrão de aminoácidos marca Pierce.
2.5 Controle microbiológico
Para cada lote de leite processado foram feitas tomadas
de amostras do leite pasteurizado, do soro e do produto
desidratado, para controle de eventuais pontos de
contaminação.
A metodologia utilizada para a contagem de
microrganismos foi a descrita por VANDERVANT,
SPLIPPSPOESSER (1992).
2.6. Ensaios com ratos
Composição e preparo das dietas. Todas as dietas
foram preparadas segundo as especificações da AIN-93G
(REEVES et al., 1993), exceto pela concentração de proteína
usada que foi 10% da dieta ao invés dos 17% recomendados,
isto por que se convencionou em 10% a concentração de
proteína em dietas experimentais para a determinação do valor
nutritivo de proteínas. As misturas de sais contendo os
elementos minerais (AIN-93G-MX) e mistura vitamínica (AIN93-VX), também recomendadas pelo “American Institute of
Nutrition” (AIN) e descritas por REEVES et al. (1993) foram as
usadas no preparo das dietas.
No preparo das dietas foram levados em consideração,
além das proteínas, os lipídios e os carboidratos dos
concentrados protéicos, para que as dietas fossem mantidas
isocalóricas e isoprotéicas.
Animais de experimentação e execução dos
ensaios. Foram utilizados 40 ratos machos da linhagem Wistar
livres de patógenos específicos (SPF), recém-desmamados,
provenientes do Centro de Bioterismo (CEMIB) da Universidade
Estadual de Campinas. Os animais foram distribuídos em 5
grupos experimentais, em blocos casualizados de 8 ratos, sendo
que o peso inicial de cada rato foi em média 67,4 ± 12,8g.
Cada grupo de 8 ratos recebeu, durante 28 dias (4
semanas), um dos seguintes tratamentos: CSD, dieta com 10%
de proteína fornecida pelo concentrado de soro doce; CoC,
dieta com 10% de proteína fornecida pelo coágulo de caseína;
CNa, dieta com 10% de proteína proveniente do caseinato de
sódio; C, dieta com 10% de caseína comercial; AP, dieta sem
proteína (aprotéica). A dieta AP foi introduzida no experimento
para o cálculo do nitrogênio de origem endógena excretado
nas fezes, utilizado na correção da digestibilidade aparente
para digestibilidade verdadeira (Dv) e para o cálculo do índice
NPR (quociente de utilização líquida da proteína).
Os ratos de todos os tratamentos foram mantidos em
gaiolas, individualmente, tendo livre acesso à água e à dieta
durante os 28 dias do experimento. As condições do laboratório
de ensaios foram mantidas a 21 ± 2ºC, períodos alternados de
claro-escuro de 12 horas, ventilação e renovação do ar por
exaustão. O consumo de dieta foi determinado para cada rato
Braz. J. Food Technol., 4:1-8, 2001
e para cada grupo, a cada dois dias. Durante a segunda
semana foram coletadas as fezes de cada grupo, para
determinação de nitrogênio e cálculo da excreção fecal. O
consumo de dieta e a excreção de nitrogênio correspondente
à segunda semana foram usados para o cálculo da
digestibilidade verdadeira da proteína (Dv %), dada pelo
quociente do nitrogênio absorvido (NA) pelo nitrogênio
ingerido. Para que a digestibilidade seja verdadeira, o
nitrogênio determinado nas fezes do grupo em dieta aprotéica
(AP), deve ser subtraído do nitrogênio das fezes dos grupos
que receberam proteína nas dietas (SGARBIERI, 1996).
Os dados de ganho de peso (grupos que receberam
proteínas nas várias fontes) somados à perda de peso
(grupo em dieta aprotéica) coletados no final da terceira
semana divididos pelo consumo de proteína, foram
utilizados para o cálculo do NPR (quociente de utilização
líquida da proteína).
Os dados de ganho de peso (GP) divididos pelos de
consumo de proteína (CP), no final do experimento (28 dias),
foram utilizados para o cálculo do PER (quociente de eficiência
protéica).
Finalmente, os escores químicos de aminoácidos
essenciais (EQ), multiplicados pelas digestibilidades
verdadeiras da proteína, permitiram o cálculo dos índices de
digestibilidade protéica corrigida pelos escores de
aminoácidos (PDCAAS), que poderão ser iguais ou inferiores
a 1 ou 100% (HENLEY, KUSTER, 1994).
2.7. Análise estatística
Análises estatísticas foram realizadas usando o
programa “Statistica: Basic Statistics and Tables”, aplicando a
análise de variância e comparação de médias pelo teste de
Tukey, ao nível de 5% de probabilidade (GOMES, 1982).
3. RESULTADOS E DISCUSSÃO
A composição centesimal aproximada dos quatro
concentrados protéicos obtidos em planta piloto é mostrada
na Tabela 1.
TABEL A 1. Composição centesimal em base seca de
concentrados protéicos de leite bovino.
Componente
(% b.s.)1
Proteína (N x 6,38)
CSD
CoC
CSA
CNa
83,84
80,78
81,77
80,88
Lactose
8,88
12,51
14,50
9,40
Cinza
2,77
5,08
1,11
9,01
Lipídios totais
4,48
1,61
2,60
1,66
Determinações feitas em duplicata; CSD, concentrado protéico de
soro doce; CoC, coágulo de caseína; CSA, concentrado protéico de
soro ácido; CNa, caseinato de sódio.
1
4
P. F. Z. BORGES
et al.
Todos os produtos apresentaram concentração de
proteína acima de 80%.
Quanto à lactose, o mais alto teor (14,5%) foi
determinado no concentrado protéico de soro ácido (CSA),
seguido do CNa e do coágulo de caseína (CoC) sendo que o
mais baixo teor (8,88%) foi encontrado no concentrado
protéico de soro doce (CSD). Os mais baixos teores de cinza
foram encontrados nos concentrados protéicos de soro (CSA
e CSD), o mais elevado no CNa (9,0%), seguido do CoC (5,0%).
Quanto aos lipídios totais, as mais baixas concentrações
aparecem no CoC e no CNa, seguido do CSA (2,6%) e o mais
alto foi o do CSD (4,48%).
Os teores de lactose no CNa e no CoC poderão ser
reduzidos por meio de processos mais exaustivos de lavagem
dos precipitados. No caso dos concentrados protéicos de soro
(CSA e CSD), redução maior de lactose poderá ser conseguida
aumentando-se o número de ciclos de diafiltração. À medida
que se aumenta o número de ciclos de diafiltração, as
concentrações de lactose e cinza diminuem e a de proteína
aumenta, no concentrado.
O elevado teor de minerais no CNa se deve, em boa
parte, ao sódio adicionado, na forma de NaOH, para a
neutralização da caseína isoelétrica. O teor relativamente
elevado de minerais no CoC poderá ter como causa a coprecipitação de sais de cálcio, juntamente com o coágulo.
Os lipídios totais aparecem mais elevados no CSD, que
nos demais concentrados. O teor final de lipídios nos
concentrados irá depender, em parte da eficiência do desnate
da matéria-prima.
Exceto pelas concentrações de lactose, que ainda se
encontra um pouco elevada em nossos produtos, a composição
apresentada na Tabela 1 assemelha-se bastante à da literatura,
para os mesmos tipos de produtos (JOST, 1993). Nos Estados
Unidos da América, a indústria produz derivados protéicos de
soro abrangendo uma faixa de concentração de proteína de 35
a 90% (USDEC, 1997).
Os perfis eletroforéticos qualitativos do CSD e do CSA
são ilustrados na Figura 2, comparativamente ao perfil do
produto Immunocal. Os CSD e CSA apresentam quatro bandas
de proteínas, três de elevado peso molecular (> 66 kDa) e
outra de peso molecular intermediário (~30 kDa), que não
aparecem no Immunocal. O Immunocal é um produto
desenvolvido e patenteado no Canadá (BOUNOUS, 1997) e
que está utilizado em nossas pesquisas como protótipo, para
comparação.
Por não se dispor de todos os padrões correspondentes
a todas as proteínas do soro de leite, apenas duas proteínas,
a soralbumina (66 kDa) e a α-lactalbumina (14,2 kDa) puderam
ser identificadas. Inferências a dados da literatura (BASCH et
al., 1985) permitem especular que a banda revelada antes de
α-lactalbumina, peso molecular de aproximadamente 18,4
kDa poderia ser o monômero da β-lactoglobulina. As bandas
de pesos moleculares aproximadamente 25 kDa e 55 kDa,
poderiam corresponder, respectivamente, às cadeias leves (IgL)
e pesadas (IgP) das imunoglobulinas. Da mesma forma, a
banda que antecede a soralbumina, de peso molecular
superior a 66 kDa, poderia ser a lactoferrina ou
lactoperoxidase.
Braz. J. Food Technol., 4:1-8, 2001
Produção Piloto de Concentrados de
Proteínas de Leite Bovino: Composição e
Valor Nutritivo
(-)
12
11
10
9
8
7
6
5
4
3
2
1
(+)
a
b
c
d
e
f
g
FIGURA 2. Perfis eletroforéticos em PAGE-SDS. Padrões coluna
a: 4) Albumina de Soro Bovino (66 KDa), 6) Ovoalbumina
(45 KDa), 7) Giceraldeído 3P-Desidrogenase (36 KDa), 8)
Anidrase Carbônica (29. KDa), 9) Tripsinogênio (24 KDa), 10)
Inibidor Tripsina (20 KDa), 11) α-Lactoalbumina (14,2 KDa),
12) Aprotinina (6,5 KDa); colunas b,c: Immunocal TM; colunas
d e e: concentrado protéico de soro doce; colunas f e g:
concentrado protéico de soro ácido.
Os perfis de aminoácidos essenciais para os
quatro concentrados protéicos produzidos em planta
piloto, comparados com uma caseína comercial e com
o padrão teórico da FAO/WHO (1990) são mostrados
na Tabela 2.
TABELA 2. Perfil de aminoácidos essenciais de concentrados
protéicos obtidos do leite bovino.
Aminoácido
Treonina
Metionina
Cisteína
+
CSD
CoC
CSA
CNa
C
FAO/WHO
7,6
3,7
5,8
4,7
4,1
3,4
5,4
3,7
5,3
3,9
2,2*
2,5
Valina
5,0
6,3
5,2
6,9
6,2
3,5
Leucina
11,7
9,8
12,5
10,4
8,8
6,6
Isoleucina
6,3
4,6
5,4
5,2
4,6
2,8
Fenilalanina +
Tirosina
7,2
11,4
7,6
11,5
9,9
6,3
Lisina
11,0
6,9
9,7
6,6
7,6
5,8
Histidina
6,1
6,4
7,0
7,7
2,8
1,9
Triptofano
1,10
0,87*
1,90
0,92*
1,4
1,1
Escore
Químico (EQ)
1,00
0,79*
1,00
0,84*
0,88
-
*Limitante em relação ao padrão da FAO/WHO (1990); CSD, concentrado de soro
doce; CoC, coágulo de caseína; CSA, concentrado de soro ácido; CNa, caseinato de
sódio (CNa); C, caseína comercial e referência padrão da FAO/WHO.
5
Produção Piloto de Concentrados de
Proteínas de Leite Bovino: Composição e
Valor Nutritivo
P. F. Z. BORGES
et al.
As proteínas do soro de leite diferem das caseínas por
apresentar teores mais elevados dos aminoácidos treonina,
aminoácidos sulfurados (metionina + cistina), leucina,
isoleucina, lisina e triptofano, e teores mais baixos dos
aminoácidos de cadeias aromáticas (fenilalanina + tirosina).
inferior para o coágulo de caseína e superior para as demais
proteínas, que não diferiram entre si. O PDCAAS (EQ x Dv),
segundo HENLEY, KUSTER (1994) foi superior para o CSD,
seguido da C, CNa e CoC, com valores variando na faixa de
94,9 a 72,4%.
Em relação ao padrão da FAO/WHO (1990), as caseínas
podem apresentar deficiências em aminoácidos sulfurados
(metionina + cistina) e/ou triptofano. Essa situação é refletida
nos escores químicos (EQ), também mostrados na Tabela 2, e
que se apresentam iguais ou superiores a 1,0 para os
concentrados de proteínas de soro e inferiores a 1,0 para as
caseínas.
TABELA 4. Valores de quociente de utilização líquida da
proteína (NPR), digestibilidade verdadeira da proteína (Dv) e
escore de aminoácido corrigido pela digestibilidade verdadeira
(PDCAAS)1 para as seguintes fontes de proteína: concentrado
de soro doce (CSD); coágulo de caseína (CoC); caseinato de
sódio (CNa) e caseína comercial (C).
As proteínas de soro de leite apresentam perfil de
aminoácidos que as recomendam para a formulação de vários
produtos especiais, tais como: fórmulas infantis; pela relação
ideal cisteína/metionina praticamente igual a 1,0, baixos teores
de aminoácidos aromáticos que favorecem crianças com
fenilcetonúria (HAMBRAEUS, 1982), desempenho de
esportistas; pelos elevados teores de aminoácidos essenciais
de cadeias ramificadas como leucina e isoleucina, considerados
importantes para o desempenho de esportistas (STEELE,
HARPER, 1990); na recuperação de traumas múltiplos (BRENAN
et al., 1986) e de queimaduras (ALEXANDER, GOTTSCHLISH,
1990).
As Tabelas 3 e 4 descrevem alguns parâmetros que
caracterizam o valor nutritivo das proteínas do CSD, CoC, CNa
e caseína comercial (C). Na Tabela 3 são dados de consumo de
dieta, consumo de proteína, ganho de peso e ganho de peso
por unidade de proteína ingerida, para ratos recémdesmamados, mantidos durante 28 dias em dietas contendo
10% de proteína de várias fontes.
TABELA 3. Valores médios 1 de consumo de dieta (CD),
consumo de proteína (CP), ganho de peso (GP) e quociente de
eficiência protéica (PER), para ratos mantidos por 28 dias em
dietas com 10% de proteína provenientes das seguintes fontes:
concentrado de soro doce (CSD); coágulo de caseína (CoC);
caseinato de sódio (CNa) e caseína comercial (C).
Fonte de
proteína
CD
(g)
CP
(g)
GP
(g)
PER
CSD
209,8 ± 32,6a
35,7 ± 6,4a
88,4 ± 15,0a
3,44 ± 0,31ab
CoC
236,5 ± 26,1a
40,8 ± 11,6a
80,0 ± 11,6a
3,65 ± 0,40a
CNa
208,4 ± 28,9
a
35,3 ± 4,4
81,6 ± 11,9
3,15 ± 0,38b
C
233,4 ± 21,7a
40,0 ± 4,6a
85,6 ± 7,5a
3,42 ± 0,25ab
a
a
Valores são médias de 8 ratos por tratamento ± desvios-padrão
Letras diferentes (coluna) indicam valores estatisticamente diferentes (p < 0,05).
1
a, b
Não houve diferença estatística (p < 0,05) para
consumo de dieta e ganho de peso para as quatro fontes
protéicas (Tabela 3). O CNa apresentou o menor PER e o CoC o
mais alto PER. Os PERs dos grupos nos tratamentos CSD, CoC e
C foram iguais entre si e superiores ao valor de PER do grupo
em CNa (p < 0,05).
Na Tabela 4 são mostrados os valores de NPR, que não
diferiram, estatisticamente, para os quatro tratamentos,
enquanto a digestibilidade verdadeira da proteína (Dv) foi
Braz. J. Food Technol., 4:1-8, 2001
Fontes de
proteína
NPR
Dv (%)
CSD
3,82 ± 0,15a
94,92 ± 1,25a
94,92
CoC
3,63 ± 0,12
b
91,70 ± 1,44
72,44
CNa
3,78 ± 0,34a
94,81 ± 1,37a
79,64
C
3,78 ± 0,15a
93,57 ± 0,97a
82,34
1
a
PDCAAS (%)
HENLEY, KUSTER (1994)
O índice PDCAAS descrito por HENLEY, KUSTER (1994)
já havia sido adotado pela FAO/WHO (1989), por ser um índice
que melhor descreve as necessidades nutricionais de proteínas
da espécie humana.
Os índices baseados no crescimento, em ratos (PER,
NPR) em geral tendem a subestimar o valor nutritivo das
proteínas para a espécie humana por ter um crescimento mais
lento e necessidade comparativamente menor de aminoácidos
essenciais, particularmente aminoácidos sulfurados.
Esse índice também foi adotado pela FDA (FDA, 1990)
como método de referência para efeitos de rotulação de
alimentos nos Estados Unidos da América, em substituição
ao PER.
Como se pode deduzir, as caseínas e as proteínas do
soro de leite bovino, embora apresentem propriedades físicoquímicas e composição de aminoácidos bastante diferentes,
não apresentam diferenças muito notáveis quanto ao poder
de promover crescimento em animais experimentais. Também
do ponto de vista das propriedades funcionais tecnológicas,
caseínas e proteínas de soro apresentam muitas semelhanças
(JOST, 1993, FOX, MULVIHILL, 1982, LEE et al., 1992).
É, contudo, nas propriedades funcionais fisiológicas
que as proteínas do soro de leite diferem fundamentalmente
das caseínas (BOIRIE et al., 1997, FRÜHBECK, 1998, SGARBIERI,
1999). Várias dessas propriedades diferenciais entre caseínas
e proteínas de soro estão sendo objeto de investigação em
nosso laboratório.
A preparação de concentrados protéicos de proteínas
do leite, por processos que usam membranas tem despertado
grande interesse em anos recentes (NOVAK, 1992). Os termos
concentrado de proteína de leite (CPL) e proteína de leite (PL)
têm sido usados para produtos contendo 50-85% e mais que
85% de proteína, respectivamente (NOVAK, 1992).
6
P. F. Z. BORGES
et al.
Pelo uso de diferentes membranas de ultrafiltração, a
combinação da ultrafiltração, microfiltração e diafiltração, assim
como a combinação correta das condições de pH e temperatura,
as propriedades físico-químicas e funcionais dos concentrados
protéicos de leite (CPL) e das proteínas de leite (PL) podem ser
dirigidas para diferentes aplicações. Mudanças na composição,
características reológicas e estabilidade térmica, que estão
associadas com a produção dos CPL, apresentam grande
importância prática em função da influência dessas
propriedades nas características dos produtos em que esses
ingredientes forem incorporados (JOST, 1993).
Uma das primeiras aplicações de sistemas de
membranas na indústria de produtos lácteos foi na produção
de concentrados protéicos de soro (CPS). A ultrafiltração (UF) e
a osmose reversa (OR) têm sido extensivamente usadas para a
concentração das proteínas do soro, permitindo o
desenvolvimento de um grande leque de concentrados
protéicos (SIENKIEWICZ, RIEDEL, 1990, PEARCE, 1992,
ROSENBERG, 1995). Entre as aplicações mais promissoras da
tecnologia de membranas no processamento do soro de leite
estão o preparo de concentrados de elevada concentração
protéica, o fracionamento de proteínas do soro e a preparação
de frações protéicas ou proteínas isoladas do soro, com
propriedades funcionais específicas (JOST, 1993, ROSENBERG,
1995).
O processamento do leite desnatado por microfiltração
(diâmetro de membrana 0,2µm) permite fracioná-lo em um
permeado que contém a maioria das proteínas do soro, livres
de substâncias lipídicas e macropeptídios da caseína e, em um
retentado, consistindo em caseína nativa em forma micelar.
Tratamento posterior do retentado por diafiltração resultará
em preparado de caseína com mais de 90% de pureza, podendo
substituir, com vantagens, o caseinato de sódio em suas
aplicações (MAUBOIS, OLIVIER, 1992).
O presente trabalho faz parte de um projeto maior em
desenvolvimento, o qual tem por objetivo o aproveitamento
dos componentes do leite bovino, na forma de ingredientes
nutritivos e funcionais e que serão utilizados na formulação de
produtos com propriedades especiais.
Dentre os ingredientes que poderão ser produzidos a
partir do leite estão: a gordura, obtida no processo de
pasteurização e desnate; preparados de caseínas com
propriedades diferenciadas (coágulo, caseinatos, caseína
micelar); concentrados de proteínas de soro (CSD e CSA);
proteínas específicas de elevado valor agregado; lactose;
mistura contendo vitaminas, elementos minerais e
componentes do leite de baixo peso molecular.
4. CONCLUSÕES
Os resultados obtidos e apresentados neste trabalho
permitem concluir: a) desenvolveram-se processos para
obtenção de concentrados protéicos derivados do leite, com o
mínimo de tratamento térmico e com excelentes propriedades
nutritivas; b) o emprego da tecnologia de membranas
(ultrafiltração/diafiltração) permitiu a obtenção de concentrados
Braz. J. Food Technol., 4:1-8, 2001
Produção Piloto de Concentrados de
Proteínas de Leite Bovino: Composição e
Valor Nutritivo
protéicos de soro de leite com mais de 80% de proteína, sem
o perigo de desnaturação das proteínas mais termolábeis; c) o
perfil aminoacídico das proteínas de soro foi superior ao das
caseínas, o que resultou em escore químico de aminoácidos e
digestibilidade das proteínas corrigida pelo escore químico
(PDCAA S) superior ao concentrado protéico de soro,
comparados com os preparados de caseína; d) o perfil de
aminoácidos essenciais e o perfil eletroforético (PAGE-SDS) para
o CSD e CSA foram similares.
AGRADECIMENTOS
Os autores agradecem à FAPESP (Fundação de Amparo
à Pesquisa do Estado de São Paulo) pelo suporte financeiro ao
projeto.
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
ACTON, G.H. The determination of lactose in cheese. Australian
Journal of Dairy Technology, 32(3):111-114, 1977.
ALEXANDER, J.W.; GOTTSCHLISH, M.M.
Nutritional
immunomodulation in burned patients. Critical Care in Medicine,
18(2):S149-153, 1990.
AOAC – Association of Official Analytical Chemists, Official Methods of
Analysis, W. Horwitz (ed.), 15th edition, 1990, Washington, D.C.,
USA.
BASCH, J.J., DOUGLAS, F.W., PROCINO, L.G., HALSINGER, V.H.,
FARREL, H.M. Quantification of caseins and whey proteins of
processed milks and whey protein concentrates, application of gel
electrophoresis and comparison with Harland-Ashworth procedure.
Journal of Dairy Science, 68:23-31, 1985.
BIRD, J. The application of membrane systems in the dairy industry.
Journal of the Society of Dairy Technology, 49(1):16-23,
1996.
BLIGH, E.G., DYER, W.J. A rapid method of total lipid extraction and
purification. Canadian Journal of Biochemistry and
Physiology, 37(8):911-917, 1959.
BOIRIE, Y., DANGIN, M., GACHON, P., VASSON, M.P., MAUBOIS,
J.L. Slow and fast dietary proteins differently modulate post prandial
protein accretion. Proceedings of the National Academy of
Science, USA, 94(12):14930-14935, 1997.
BOUNOUS, G. The fascinating story behind a health-promoting
product-patented milk serum (whey) protein concentrate.
Immunotec Clinical Foundations, Canadá, 1997, 16p.
BOUNOUS, G., GOLD, P. The biological activity of undenatured dietary
whey proteins: role of glutathione. Clinical and Investigative
Medicine, 14(4):296-309, 1991.
BOUNOUS, G., KONGSHAVN, P.A.L., TOVEROFF, A., GOLD, P.
Evolution traits in human milk protein. Medical Hypothesis,
27:133-140, 1988.
BRENAN, M.F., CERRA, F., DALI, J.M., FISCHER, J.E., MOLDAWER,
L.L., SMITH, R.J., WINNARS, E., WANNEMA CHERR, R., YUNG,
V.R. Report on a research workshop: branched-chain amino acids
in stress and injury. Journal of Parenteral and Enteral
Nutrition, 10(5):446-452, 1986.
7
P. F. Z. BORGES
et al.
BRINK, W. The life extension protein: that fights disease and extends
lifespan. Life Extension Report, Life Extension Foundation,
1:21-28, 1996.
FAO/WHO. Food and Agriculture Organization/World Health
Organization. Report of a joint FAO/WHO Expert Consultation
on Protein Quality Evaluation, Bethesda, Maryland, 1990.
FAO/WHO. Protein quality evaluation. Report on the Joint FAO/WHO
Expert Consultation. Food and Nutrition, paper nº 51. Food and
Agriculture Organizations and World Health Organization, 1989,
Rome, Italy.
FDA – Food and Drug Administration, Department of Health and
Human Services. Food labeling; reference daily intakes and daily
reference values; mandatory status of nutrition labeling and nutrient
content revision; serving sizes; proposed rules. Fed. Reg.,
55:29476-29573, 1990.
FOX, P.F., MULVIHILL, D.M. Milk proteins: molecular, colloidal
and functional properties. Journal of Dairy Research,
49(4):679-693, 1982.
FRÜ HBECK , G. Slow a nd fa st d i e ta r y p rote i n. N a t u r e ,
391(2):843-845, 1998.
Produção Piloto de Concentrados de
Proteínas de Leite Bovino: Composição e
Valor Nutritivo
MORR, C.V., GERMAN, B., KINSELLA, J.E., REGENSTEIN, J.P., BUREN,
V., KILARA, A., LEWIS, B.A., MANGINO, M.E. Collaborative study
to develop a standardized food protein solubility procedure. Journal
of Food Science, 50(6):1715-1718, 1985.
NOVAK, A. New applications of membrane processes. In: IDF Special
Issue Nº 9201, International Dairy Federation, Brussels, Belgium,
1992, p.51-66.
PEARCE, R.J. Whey and lactose processing. In: Zadow, J.G., ed.,
Elsevier, 1992, p.272-311.
REEVES, P.G., NIELSEN, F.H., FAHEY JR., G.C. AIN-93 purified diets for
laboratory rodents: report of the American Institute of Nutrition
“ad hoc” Writing Committee on the Reformulation of the AIN-76
rodent diet. Journal of Nutrition, 123(11):1939-1951, 1993.
ROSENBERG, M. Current and future applications for membrane
processes in the dairy industry. Trends in Food Science and
Technology, 6(1):12-19, 1995.
SIENKIEWICZ, T., RIEDEL, C.L. Whey and whey utilization, Verlag
Th. Mann, 1990, Germany.
GOMES, F.P. Curso de Estatística Experimental, 10a ed., Nobel,
1982, São Paulo, 430p.
SGARBIERI, V.C. Food proteins and peptides presenting specific
protection to human health (a review). In: Food for Health in
the Pacific Rim, Food and Nutrition Press, Inc., Trumbull,
Conn., 1999, p.335-352.
HAMBRAEUS, L. Nutritional aspects of milk proteins. In:
Development of Dairy Chemistry, Fox, P.F. (ed.), Applied
Sciences, 1982, p.289-313.
SGARBIERI, V.C. Proteínas em alimentos protéicos:
propriedades, degradações, modificações. Livraria Varela
Ltda, São Paulo, 1996, 517p.
HENLEY, E.C., KUSTER, J.M. Protein quality evaluation by protein
digestibility-corrected amino acid scoring. Food Technology,
48(4):74-77, 1994.
SMITHERS, G.W., BALL ARD, J.B., COPEL AND, A.D., KIRTHI, J.A.,
DIONYSIUS, D.A., FRANCIS, G.L., GODDARD, C., GRIEVE, P.A.,
McINTOSH, G.H., MITCHELL, I.R., PEARCE, R.J., REGESTER, G.O.
Symposium: advances in dairy foods processing and engineering;
new opportunities from the isolation and utilization of whey proteins.
Journal of Dairy Science, 79(7):1454-1459, 1996.
HOLDER, G.H., SEWARDS, G.J. Biological treatment of whey. Progress
in Water Technology, 8:313-319, 1976.
JOST, R. Functional characteristics of dairy proteins. Trends in Food
Science and Technology, 4(9):283-288, 1993.
LAEMMLI, V.K. Cleavage of structural proteins during the assembly for
the head of bacteriophage T4. Nature, 227:680-685, 1970.
LEE, S., MORR, C., HA, E.Y. Structural and functional properties of
caseinate and whey protein isolate as affected by temperature and
pH. Journal of Food Science, 57(5):1210-1213, 1992.
MAUBOIS, J.L., OLIVIER, G. New applications of membrane processes.
In: IDF Special Issue Nº 9201, International Dairy Federation,
Brussels, Belgium, 1992, p.15-22.
MORR, C.V., HÁ, Y.W. Whey protein concentrates and isolates:
processing and functional properties, 33(6):431-476, 1993.
Braz. J. Food Technol., 4:1-8, 2001
STEELE, R.D., HARPER, A.E. Protein. In: Present knowledge in
nutrition, Brown, M.L. (ed.), 6 th edition, 1990, Nutrition
Foundation, Washington D.C., p.67-79.
VANDERVANT, C., SPLIPPSPOESSER, D.F. Compendium of methods
for the microbiological examination of foods, 3rd ed., Washington,
American Public Health Association, 1992, 1219p.
USDEC – United States Dairy Export Council. Manual de referência
para produtos de soro dos Estados Unidos da América,
Arlington, 1997.
WONG, D.W.S., CAMIRANT, W.M., PAVLATH, A.E. Structures and
functionalities of milk proteins. Critical Reviews in Food Science
and Nutrition, 36(8):807-844, 1996.
8