Viabilidade do processo otimizado assistido por ultrassom para extração de proteína de farelo de arroz de alta pureza

Bernardi, Sílvia; Kalschne, Daneysa Lahis; Menegotto, Anne Luize Lupatini; Flores, Eder Lisandro Moraes; Barin, Juliano Smanioto; Fuchs, Renata Hernandez Barros; Colla, Eliane; Canan, Cristiane

doi:10.1590/0103-8478cr20200012

RESUMO:

O farelo de arroz é um subproduto do processo de moagem do arroz, encontrado em abundância em todo o mundo e destacado devido ao seu teor de proteínas. Este estudo otimizou as condições para a extração assistida por ultrassom da proteína do farelo de arroz desengordurado (DRB) e caracterizou o concentrado de proteína do farelo de arroz (RBPC). Uma estratégia sequencial de desenho experimental foi empregada; o efeito do pH, temperatura, tempo de exposição ao ultrassom e amplitude foram avaliados em relação à porcentagem de extração proteica por um Delineamento Fatorial Completo (FFD) com frequências fixas (FFD -A: 37 kHz; FFD-B: 80 kHz). Posteriormente, a porcentagem de proteína extraída foi otimizada empregando um Planejamento Composto Central (variáveis: pH e tempo de exposição ao ultrassom) e o RBPC obtido foi caracterizado quanto às propriedades químicas e funcionais. O pH e o tempo de exposição ao ultrassom tiveram efeito positivo (P ≤ 0,05) na porcentagem de extração proteica. Além disso, a frequência de 37 kHz foi mais eficaz na extração de proteínas. A condição otimizada (frequência: 37 kHz; temperatura: 30 °C; pH: 10; tempo de exposição ao ultrassom: 30 min; e amplitude: 100%) permitiu 15,07% de recuperação de proteínas e o RBPC apresentou 84,76 g 100 g^-1 de proteína. Magnésio e cobre foram os principais minerais da RBPC (34,4 e 25,5 µg g^-1, respectivamente), enquanto a leucina foi o aminoácido limitante (0,42) e a treonina apresentou o maior escore químico (1,0). A solubilidade do RBPC foi mínima em pH 4 e superior em pH 6-10; a capacidade de absorção de água e óleo foi maior que a albumina sérica bovina (BSA) e a capacidade de emulsificação foi comparável à BSA, com uma estabilidade adequada. Assim, foi possível obter um RBPC com elevada pureza, maior do que o descrito na literatura, devido à otimização nas etapas do processo de extração, com propriedades funcionais adequadas para aplicação em produtos alimentícios, principalmente emulsificados.

Palavras-chave: aminoácido; extração alcalina; subprodutos; farelo de arroz desengordurado; propriedades funcionais; estratégia sequencial de delineamento experimental

[TFN1] x1: pH; x2: temperature (ºC); x3: ultrasound exposure time (min); x4: ultrasound treatment amplitude (%); y1: percentage of protein extracted (g of protein 100 g^-1 of DRB) for 37 kHz frequency; y2: percentage of protein extracted (g of protein 100 g^-1 of DRB) for 80 kHz frequency; ^* mean ± standard error (n = 3); different letters on the same line indicate statistically significant differences by Tukey test (P ≤ 0.05).

Run	x1	x2	x3	x4	FFD-A	FFD-B
					y1^*	y2^*
1	-1 (8)	-1 (25)	-1 (5)	-1 (40)	1.83^a ± 0.09	1.50^b ± 0.02
2	+1 (10)	-1 (25)	-1 (5)	+1 (100)	2.09 ^a ± 0.03	1.53 ^b ± 0.07
3	-1 (8)	+1 (45)	-1 (5)	+1 (100)	1.80 ^a ± 0.02	1.51 ^b ± 0.02
4	+1 (10)	+1 (45)	-1 (5)	-1 (40)	2.15 ^a ± 0.00	1.89 ^b ± 0.04
5	-1 (8)	-1 (25)	+1 (30)	+1 (100)	1.83 ^a ± 0.03	1.70 ^b ± 0.04
6	+1 (10)	-1 (25)	+1 (30)	-1 (40)	2.14 ^a ± 0.01	2.00 ^b ± 0.03
7	-1 (8)	+1 (45)	+1 (30)	-1 (40)	1.86 ^a ± 0.04	1.69 ^b ± 0.04
8	+1 (10)	+1 (45)	+1 (30)	+1 (100)	2.52 ^a ± 0.09	2.16 ^b ± 0.03
9	0 (9)	0 (35)	0 (17.5)	0 (70)	2.02 ^a ± 0.06	1.79 ^b ± 0.03
10	0 (9)	0 (35)	0 (17.5)	0 (70)	2.12 ^a ± 0.03	1.85 ^b ± 0.03
11	0 (9)	0 (35)	0 (17.5)	0 (70)	2.08 ^a ± 0.01	1.75 ^b ± 0.01

Run	x1	x2	y1^*	y2
1	-1 (8.3)	-1 (19)	1.91^d ± 0.05	1.99
2	1 (9.7)	-1 (19)	2.25^b ± 0.03	2.23
3	-1 (8.3)	1 (41)	2.05^c ± 0.01	2.11
4	1 (9.7)	1 (41)	2.16^bc ± 0.03	2.35
5	-1.41 (8)	0 (30)	2.01^cd ± 0.02	2.00
6	1.41 (10)	0 (30)	2.37^a ± 0.01	2.34
7	0 (9)	-1.41 (15)	2.08^c ± 0.05	2.08
8	0 (9)	1.41 (45)	2.37^a ± 0.01	2.25
9	0 (9)	0 (30)	2.19^b ± 0.01	2.17
10	0 (9)	0 (30)	2.23^b ± 0.03	2.17
11	0 (9)	0 (30)	2.21^b ± 0.08	2.17

Factor	------------FFD-A: 37 kHz ultrasound frequency------------					--------FFD-B: 80 kHz ultrasound frequency--------
	Effect	Standard error	t (6)	p - value	Effect	Standard error	t (6)	p - value
Mean	2.04	0.03	64.86	0.0000^*	2.17	0.02	115.48	0.0000^*
x1	0.39	0.07	5.34	0.0018^*	0.28	0.04	6.34	0.0007^*
x2	0.11	0.07	1.50	0.1852	0.03	0.04	0.75	0.4802
x3	0.12	0.07	1.67	0.1464	0.12	0.04	2.69	0.0362^*
x4	0.07	0.07	0.90	0.4038	0.04	0.04	0.97	0.3706

Parameters	DRB	RBPC
---------Centesimal composition (g 100 g^-1; dry basis)---------
Protein	16.75 ± 0.29	84.76 ± 0.29
Lipids	1.88 ± 0.04	9.40 ± 0.38
Carbohydrate	68.65	ND
Ash	12.72 ± 0.64	5.71 ± 0.37

Parameters	RBPC
-------------Mineral composition (µg g^-1; dry basis)-------------
Mg	34.4 ± 2.78
Cu	25.5 ± 1.85
Zn	13 ± 0.44
As	2.7 ± 0.24
Ni	2.4 ± 0.10
Mo	1.96 ± 0.09
Sr	1.5 ± 1.11
Co	0.95 ± 0.06
Pb	0.46 ± 0.02
Cr	0.32 ± 0.02
Sb	ND
Se	ND
Sn	ND
---------------------------Color parameters--------------------------
L^*	60.42 ± 2.15
a^*	-1.31 ± 0.53
b^*	20.29 ± 1.39

Amino acid	RBPC (current study)	RBPC†	RBPC‡	BSA§	Requirements of preschool children^*		RBPC amino acid chemical score
------------------------------------------------------------------------------Essential----------------------------------------------------------------------------
Leucine (Leu)	28	79	77	120	-	73^*	0.38
Lysine (Lys)	25	52	46	127	52∂	64^*	0.48
Threonine (Thr)	27	37	37	58	27∂	37^*	1.00
Phenylalanine (Phe)	17	50	82f	69	-	69^*∫	0.43∫
Tyrosine (Tyr)	13	38	82f	50	-	69^*∫	-
Valine (Val)	23	69	55	58	-	43^*	0.53
Histidine (His)	16	31	45	39	-	-	-
Isoleucine (Ile)	13	45	36	26	-	31^*	0.42
Methionine (Met)	8.0	-	27ǂ	8	26∂ǂ	27^*ǂ	0.77ǂ
Cysteine (Cys)	12	-	27ǂ	48	-	27^*ǂ	0.44
Tryptophan (Trp)	-	-	12	6	7.4∂	14^*	-
--------------------------------------------------------------------------Nonessential---------------------------------------------------------------------------
Glutamic acid (Glu)	88	176	-	178	-	-	-
Arginine (Arg)	56	98	-	55	-	-	-
Aspartic acid (Asp)	41	109	-	119	-	-	-
Glycine (Gly)	28	58	-	23	-	-	-
Serine (Ser)	23	45	-	46	-	-	-
Proline (Pro)	15	-	-	49	-	-	-
Alanine (Ala)	30	71	-	62	-	-	-