Presentación de PowerPoint · No se detecta en electroforesis por su bajo contenido, sin embargo...

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Dr. Jorge R. Wagner Laboratorio de Investigación en Funcionalidad y Tecnología de Alimentos (LIFTA) Departamento de Ciencia y Tecnología Universidad Nacional de Quilmes CONICET Evaluación de desnaturalización, inactivación y cambios nutricionales en proteínas de soja durante el proceso de obtención de harina desgrasada de soja.

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Dr. Jorge R. Wagner

Laboratorio de Investigación en Funcionalidad y Tecnología de Alimentos

(LIFTA)

Departamento de Ciencia y Tecnología

Universidad Nacional de Quilmes – CONICET

Evaluación de desnaturalización,

inactivación y cambios nutricionales en

proteínas de soja durante el proceso de

obtención de harina desgrasada de soja.

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Objetivos

Evaluar cambios en las distintas etapas del

proceso de obtención industrial de HARINA

DESGRASADA DE SOJA.

Comparar la información aportada por técnicas

instrumentales (Calorimetría diferencial de barrido

modulado, MDSC) y Espectroscopía infrarroja de

transformada de Fourier, FTIR)

Convenio específico UNQ-ASAGA (2010-2011) Dirección: Dr. Jorge R. Wagner

Investigadores: Dr. Pablo A. Sobral, Dr. Gonzalo G. Palazolo

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INTRODUCCION. PROTEINAS DE SOJA

El grano de soja entero, expeller o

harinas de soja (enteros o desgrasados)

y texturizados contiene dos grupos de

proteínas:

Proteínas de reserva

Proteínas biológicamente activas o

del metabolismo celular

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Mayoritarias en grano maduro

Localizadas en cuerpos proteicos

Alta hidrofobicidad superficial

Precipitables a pH 4,5

GLICININA (globulina 11S)

-CONGLICININA (globulina 7S)

PROTEINAS DE RESERVA

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Fundamentalmente Enzimas e Inhibidores enzimáticos

Se localizan en el resto de la célula

Tienen un alto contenido en metionina y cisteína

Tienen baja hidrofobicidad superficial

Muy solubles en todo el rango de pH

PROTEÍNAS BIOLÓGICAMENTE ACTIVAS O

DEL METABOLISMO CELULAR

También denominadas PROTEINAS DE SUERO

DE SOJA

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FRACCION %

(sobre P total) Especies proteicas

MM

(Kda)

2S 20

Inhibidores de tripsina Citocromo c

-conglicinina

Proteasas

8-21,5

7S 35

Lectina o hemaglutinina Lipoxigenasas

Amilasas

-Conglicinina - Conglicinina

67-210

11S 35 Glicinina 320-360

15S 10 Polímeros de glicinina >600

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Aas azufrados LIMITANTES

Composición aminoacídica de 11S y 7S de soja Aminoácido Glicinina β-conglicinina (g/100 g) Alanina 6.7 3.7 Arginina 5.9 8.8 Aspártico 11.8 14.1 Glicina 7.8 2.8 Glutámico 18.8 20.5 Histidina 1.8 1.7 Prolina 6.3 4.3 Serina 6.6 6.8 Valina 5.6 5.1 Cisteína 1.1 0.3 Met 1.0 0.2 Fenilalanina 3.9 7.4 Tirosina 2.5 3.6 Lisina 4.1 7.0 Leucina 7.2 10.2 Isoleucina 4.6 6.4 Treonina 4.2 2.8 Triptofano 0.75 0.3

Aa marcador de sobrecalentamiento

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Ureasa

La actividad ureásica en grano y harinas activas de soja es inferior al de

algunas semillas o granos de otras plantas.

No se detecta en electroforesis por su bajo contenido, sin embargo es

detectada por su actividad (hidrólisis de la urea, aumento del pH, pH).

La actividad ureásica es mayormente localizada en el hipocotilo, el cual

tiene cerca de dos veces la actividad encontrada en los cotiledones.

La cáscara tiene un muy bajo nivel de actividad ureásica.

Los granos de soja contienen una ureasa termolábil, cuyo

grado de inactivación es fácil de medir (pH) y sirve de

indicador de la destrucción de inhibidores de proteasas

durante el tratamiento térmico de los pellets de soja

destinados a la alimentación animal o humana.

Actividad ureásica de grano de soja fresco, pH= 2,1-2,3

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Inhibidores de proteasas

Conocidos como inhibidores de tripsina o factores

antitrípticos

Inhiben una amplia variedad de proteasas además

de la tripsina y quimotripsina intestinal

Se encuentran en la fracción 2S de extractos

acuosos de soja.

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Tipos de inhibidores antitrípticos

De Kunitz (KTI )

Proteína globular, MM 20.1 kDa, alta contribución de zonas

plegada y 2 puentes disulfuro, uno de ellos localizado en una

zona polar y superficial, no indispensable para la actividad

antitríptico.

Es lábil al tratamiento hidro-térmico y estable en el rango

de pH 3 a 10.

De Bowman-Kirk (BBTI)

Proteína globular, MM 7.861 y 7 uniones disulfuro.

Estas uniones confieren simetría a la molécula y alta

resistencia al calor, al medio ácido y a la acción de proteasas

más resistente que KTI.

Es capaz de inhibir simultáneamente la tripsina y la

quimotripsina.

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Inactivación de factores antinutricionales

Tratamiento térmico de la soja y sus productos

(tostado, cocción, extrusión, sulfitación, acidez, fermentación)

Aumento del aprovechamiento nutricional de

proteínas en animales y en el hombre.

Aumento de digestibilidad de las proteínas de soja es atribuible a:

Inactivación de antiproteasas y otros antinutrientes

termolábiles

Desnaturalización de las proteínas 7S y 11S que se hacen mas

susceptibles a la acción de proteasas digestivas.

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Por ser una desnaturalización proteica, la inactivación es mas efectiva en presencia de agua o vapor.

1,2

1,4

1,6

1,8

2,0

2,2

2,4

0

20

40

60

80

100

0 5 10 15 20

0,0

0,5

1,0

1,5

2,0

2,5

Protein Efficeincy Ratio (PER)

PE

R

minutos de tratamiento con vapor a 100°C

Try

ps

in I

nh

ibit

or

Ac

tiv

(T

IU/m

g)

TIA

Ure

as

e A

cti

vit

y (

pH

)

UA

Inactivación térmica de harina de soja

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INTRODUCCION

Comportamiento térmico de proteínas de soja

Estudio por DSC (calorimetría diferencial de barrido)

Dispersiones acuosas al 20-30% peso seco

Cápsulas herméticas; velocidad de calentamiento 5-10 oC/min.

• Resultado: Termogramas con endotermas de desnaturalización

• Parámetros medidos:

Temperatura de endoterma (Tmax o Tp)

Entalpía de desnaturalización (H, J/g)

Sorgentini y Wagner, 1999. Journal of Food Biochemistry 23, 489-507

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Desnaturalización de proteínas de soja purificadas en dispersiones acuosas

-1,3

-1,2

-1,1

-1,0

-0,9

-0,8

50 60 70 80 90 100 110 120

11S

(Glicinina)

90-92

7S

(conglicinina)

Flu

jo d

e c

alo

r (m

cal/seg)

Temperature (oC)

79-81

Proteínas de Reserva

50 60 70 80 90 100 110 120

-1,2

-1,1

-1,0

-0,9

-0,8

60 80 100 120

-0,7

-0,6

-0,5

-0,4

-0,3

Lectina

93ºC75ºC

Temperature (o

C)

Flu

jo d

e c

alo

r (m

cal/s

eg

)

KTI

Proteínas de Suero

50 60 70 80 90 100 110 120

Flu

jo d

e c

alo

r (m

cal/seg)

11S + Lectina

90-93

7S + KTI

Temperature (oC)

79-81

Termograma integral de proteínas de soja

DSC en agua de una muestra

con todas las proteínas de soja

activas daría solo dos picos:

Pico 1: 7S + KTI

Pico 2: 11S + lectina

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Efecto del NaCl

-0,1 0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,0 1,170

75

80

85

90

95

100

105

110

115

U (1)

Ureasa

KTI

Lectina

7S

11S

Pe

ak

te

mp

era

ture

, T

p (

C)

NaCl concentration (M)

BBTI (2)

U (2)

L

DSC en 1M NaCl de una muestra con

todas las proteínas de soja activas daría

tres picos:

Pico 1: KTI-ureasa

Pico 2: 7S + lectina

Pico 3: 11S

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0 10 20 30 40 50 60 70 8060

80

100

120

140

160

180

200

220

Te

mp

era

tura

de

sn

atu

raliz

ació

n, T

pic

o (

oC

)

contenido de agua %

11S

7S

KTI

Sessa, 1992. LWT 25, 365-370

Efecto del contenido de agua sobre la

desnaturalización de proteínas de soja

100-105ºC / ~20% humedad

Desnaturalización selectiva de KTI

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Flow-sheet. Producción de harina de soja desgrasada inactivada

Harinas y sémolas enteras

activas

(active full-fat flours and

grits) Altos valores TIU y pH

Alto PDI.

Harinas y sémolas

desgrasadas activas (white deffated flours, flakes)

Altos valores TIU y pH

Alto PDI (>50%)

Harinas o sémolas

desgrasadas inactivas o

tostadas (toasted deffated flours, meals)

TIU<10, pH<0,3

PDI < 30%

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105-110 °C

20% humedad

Etapa de desolventización - inactivación

Mustakas et al. 1981. JAOCS 58 (3) 300-305

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Etapas en el proceso de obtención de harina

desgrasada de soja a partir de grano entero de soja

Micela

(Hexano +

aceite)

Granos de soja

Limpieza

Descascarado

Expandido Laminado

Extracción

con Hexano

Desolventización-tostado

(INACTIVACIÓN)

Secado

Molienda

Cáscara

Etapas que

Incluyen

calentamiento

Aceite

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Muestras Proceso 1

(Crown)

Proceso 2

(De Smet Ballestra)

Granos de soja de partida S-1 S-2

Granos acondicionados SA-1 ---

Granos quebrados-descascarados SQ-1 SQ-2

Granos laminados SL-1 SL-2

Granos laminados y expandidos ---- SE-2

Harina salida del extractor

(desgrasada con n-hexano) HSE-1 HSE-2

Harina Salida del Toaster

(desgrasada-desolventizada-

inactivada)

HST-1 HST-2

Harina de soja desgrasada y secada HDS-1 HDS-2

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Toma de muestras ~ 500 g a la salida de cada etapa del proceso. Grano de partida hasta harina salida del desolventizador-tostador (DT).

Preparación de muestras

•Molienda en molino a cuchillas y tamizadas con tamiz 20 Mesh •Harinas salidas del toaster tienen >15% humedad. Fueron refrigeradas hasta el momento del análisis. Secadas en vacio y molidas.

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Análisis realizados sobre muestras seleccionadas:

MDSC. Equipo Q200 (TA). Dispersión 30% p/p en agua y en 1M NaCl en

cápsula hermética. Vel: 5°C/min, modulación 1°C cada 60 seg.

Actividad antitríptica. Método de González y Carrillo (1987), con leves

modificaciones (Sobral y Wagner, 2009)

Actividad ureásica. Unidades de pH según el método Ba-9-58 (AOCS

1997)

Espectros FTIR (con ATR SeZn). Equipo Shimatzu modelo IR Affinity –1 desde 750 a 4000 cm-1. 100 l de dispersión 10% en agua sobre ATR y secados por aire caliente.

Lisina reactiva. reacción del o-ftalaldehido (OFA) y el -mercaptoetanol (-

ME) con aminas primarias en medio alcalino (Church et al., 1983) Solubilidad proteica en 0,036M KOH (KOHPS) Norma ISOCD 14244 (2011)

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MDSC de dispersiones en agua

Muestras Proceso 2

área I

(<70ºC) área II pico 2

S-

2

HSE-2

HST-2

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99.39°C

92.78°C4.415J/g

99.41°C

92.57°C5.227J/g

99.20°C

92.33°C5.307J/g

99.47°C

93.16°C4.739J/g

-1.05

-1.00

-0.95

-0.90

-0.85

-0.80

-0.75

He

at

Flo

w (

W/g

)

40 60 80 100 120

Temperature (°C)

H2B E2.001 (7.2 mg)––––––– H3B E3.001 (7.0 mg)– – – – H4B E4.001 (7.5 mg)––––– · H5B E5.001 (8.5mg)––– – –

Exo Up Universal V4.5A TA Instruments

área I

(<70ºC)

despreciable

Harinas finales Proceso 2

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área I

(<70ºC)

MDSC EN AGUA Proceso 1

área II

Pico 2

S-1

HSE-1

HST-1

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98.14°C

91.65°C6.373J/g

99.45°C

92.88°C4.938J/g

100.94°C

94.08°C6.126J/g

-1.15

-1.05

-0.95

-0.85H

ea

t F

low

(W

/g)

30 50 70 90 110

Temperature (°C)

6T Poroto Salida Toster (Mod).001 (4.8 mg)––––––– 10T dupli Harina 2 (6.2 mg)– – – – 11T Harina 3 (Modul.) (5.0 mg)––––– ·

Exo Up Universal V4.5A TA Instruments

HST-1

HDS-2b

MDSC EN AGUA

Proceso 1

área I

(<70ºC)

despreciable

HDS-2a

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A. Ensayos en agua

Muestras

H (J/g proteína seca)

Pico 1

Pico 2 H Total

Área I Área II

S-1 S-2 1,73 0,24 a 1,12 0,06 a 4,56 0,23 a 3,06 0,21 a 7,78 0,40 a 6,34 0,31 a 13,97 0,70 a 10,52 0,83 a,b

SA-1 ---- 1,37 0,15 a ----- 3,57 0,30 b ---- 6,93 0,50 a ---- 11,66 0,93 a ----

SQ-1 SQ-2 0,94 0,10 b 1,03 0,05 a 2,74 0,11 c 2,79 0,15 a 6,92 0,33 a 5,53 0,24 b 10,15 0,41 b 9,35 0,56 a

SL-1 SL-2 0,61 0,08 c 0,67 0,06 b 2,49 0,17 c 2,41 0,16 b 6,80 0,63 a, b 6,18 0,45 a 10,32 0,93 b 9,25 0,74 a

---- SE-2 ---- 0,40 0,05 c ---- 1,91 0,30 b ---- 7,06 0,40 c ---- 9,38 0,81 a

HSE-1 HSE-2 0,54 0,10 c 0,22 0,08 d 2,62 0,15 c 1,93 0,18 b 6,30 0,37 b 7,85 0,63 c 9,46 0,38 b 10,00 0,85 a

HST-1 HST-2 0,000 d 0,034 0,021 e 2,57 0,10 c 2,25 0,21 b 9,73 0,80 c 8,95 0,47 d 12,3 1,07 a 11,24 0,82 b

HDS-1 HDS-2 0,000 d 0,040 0,026 e 1,86 0,52 d 2,03 0,24 b 7,70 1,10 a 8,08 0,57 c,d 9,55 ± 1,60 b 10,07 0,70 a

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98.25°C

91.69°C3.975J/g

108.27°C

103.02°C2.928J/g

76.45°C

0.3915J/g

-0.90

-0.85

-0.80

-0.75

-0.70

He

at

Flo

w (

W/g

)

20 40 60 80 100 120 140

Temperature (°C)

1B Poroto Bunge Linea 2.001 (5.3 mg)––––––– 1B Poroto intact (NaCl 1M) (8.1 mg)– – – –

Exo Up Universal V4.5A TA Instruments

MDSC Harina de soja activa (grano molido)

Comparación termogramas AGUA vs 1M NaCl

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MDSC muestras Proceso 2

Dispersiones 1M NaCl

76.21°C

0.4869J/g

108.27°C

103.01°C2.950J/g

76.29°C

67.90°C0.2134J/g

109.01°C

103.37°C4.365J/g

75.68°C

71.16°C0.05155J/g

109.64°C

103.68°C6.953J/g

77.66°C74.40°C0.01114J/g

109.86°C

104.43°C4.497J/g

-6.25

-5.25

-4.25

-3.25H

ea

t F

low

(m

W)

30 50 70 90 110 130 150

Temperature (°C)

1B Poroto intact (NaCl 1M) (8.1 mg)––––––– 6B Salida Extractor (NaCl 1M).001 (4.9 mg)– – – – 7B Salida toster Bunge (NaCl 1M) (m=5.75 mg).001––––– · 8B Harina Final High Pro Bunge (NaCl 1M) (m=7.79 mg).001––– – –

Exo Up Universal V4.7A TA Instruments

Pico 1 Pico 2

Pico 3

S-2

HSE-2

HST-2

HDS-2

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MDSC muestras Proceso 1 Dispersiones 1M NaCl

77.49°C

69.98°C0.2445J/g

83.60°C72.18°C0.009432J/g

-0.65

-0.55

-0.45

He

at

Flo

w (

W/g

)

30 50 70 90 110 130

Temperature (°C)

1T Poroto tal cual (NaCl 1M) (7.2 mg)––––––– 6T (dupli) Poroto Salida Toster (NaCl 1M) (6.9 mg)– – – – 19) Harina T6 (NaCl 1M) (7.55).001––––– · 13) Laminado T6 (NaCl 1M) (8.26).001––– – –

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Pico 1

Pico 1 reducido o nulo

Poroto

Laminado

toaster

Harina final

Pico 3 aumenta

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Pico I

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Pico I S-2

HSE-2

HST-2

HDS-2

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76.08°C

56.10°C0.6501J/g

73.60°C

65.91°C0.3548J/g

75.68°C

71.08°C0.05509J/g

63.57°C56.52°C0.05417J/g

-0.57

-0.56

-0.55

-0.54

-0.53

-0.52

-0.51H

ea

t F

low

(W

/g)

20 30 40 50 60 70 80 90

Temperature (°C)

1B Poroto intact (NaCl 1M) (8.1 mg)––––––– 6B Salida Extractor (NaCl 1M).001 (4.9 mg)– – – – 7B Salida toster Bunge (NaCl 1M) (m=5.75 mg).001––––– ·

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Soja quebrada

Harina salida extractor

Harina salida toster

Pico I

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B. Ensayos en NaCl 1M

Muestras

H (J/g proteína seca)

Pico 1 Pico 2 Pico 3 H Total

S-1 S-2 1,03 ± 0,35 a 1,61 ± 0,23 a 2,39 ± 0,36 a, b 1,46 ± 0,19 a 6,62 ± 0,12 a 5,51 ± 0,10 a 10,04 ± 0,40 a, d 8,57 ± 0,15 a

SQ-1 SQ-2 0,94 ± 0,23 a 1,212 ± 0,16

a 2,75 ± 0,29 a 1,86 ± 0,22 a 6,60 ± 0,10 a 5,23 ± 0,90 a 9,63 ± 0,18 a 8,49 ± 0,60 a

SL-1 SL-2 0,85 ± 0,12 a 1,03 ± 0,14 a 2,01 ± 0,15 a 1,54 ± 0,05 a 5,86 ± 0,26 b 5,37 ± 0,31 a 8,72 ± 0,50 b 7,94 ± 0,30 b

HSE-1 HSE-2 0,40 ± 0,14 b 0,65 ± 0,23 b 1,85 ± 0,08 a 1,60 ± 0,09 a 5,32 ± 0,22 c 6,68 ± 0,36 b 7,57 ± 0,11 c 8,93 ± 0,47 a

HST-1 HST-2 0,076 ± 0,060 c 0,12 ± 0,21 c 1,76 ± 0,18 a 3,63 ± 0,10 b 8,11 ± 1,32 d 10,25 ± 0,50 c 11,06 ± 1,04 d 14,16 ± 0,60 c

HDS-1 HDS-2 0,020 ± 0,034 c 0,07 ± 0,05 c 2,62 ± 1,38 a 1,96 ± 0,55 a 9,50 ± 2,34 d 8,29 ± 1,51 c 11,84 ± 1,63 a, d 11,31 ± 1,21 d

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S-2

SQ-2

SL-

2

SE-2

HSE-2

HST-2

HDS-2

0

20

40

60

80

100

120

S-1

SA-1

SQ-1

SL-

1

HSE-1

HST-1

HDS-1

0

20

40

60

80

100

120

% r

es

idu

al

Pico 1 DSC NaCl

Pico 1- I DSC agua

Actividad antitríptica

Actividad ureásica

% r

es

idu

al

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Muestras

proceso 1

Lisina reactiva Proteína soluble en KOH

Contenido

(g/16 g N) Pérdida (%) KOH PS (%)

Pérdida

(%)

SL-1 nd nd 94,9 ± 1,3 ---

HSE-1 6,30 ± 0,04 0 97,8 ± 0,4 0

HST-1 6,16 ± 0,03 3,25 83,6 ± 1,4 14,5

Muestras

proceso 2

SE-2 nd nd 92,3 ± 0,7 ----

HSE-2 6,73 ± 0,05 0 97,1 ± 1,2 0

HST-2 6,50 ± 0,01 3,42 79,1 ± 1,4 18,5

HDS-2 6,42 ± 0,08 4,53 75,4 ± 1,0 22,3

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Espectroscopía Infrarroja

4000 3500 3000 2500 2000 1500 1000

0,0

0,2

0,4

0,6

0,8

1,0

1,2

1,4

Ab

so

rba

ncia

Número de onda (cm-1)

I II III IV

A

B

Zonas características de proteína: Amidas

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Zonas amidas I, II, III

2000 1800 1600 1400 1200 1000

0,0

0,2

0,4

0,6

0,8

1,0

1,2

1,4

2000 1800 1600 1400 1200 1000

0,0

0,2

0,4

0,6

0,8

1,0

1,2

1,4

2000 1800 1600 1400 1200 1000

0,0

0,2

0,4

0,6

0,8

1,0

1,2

1,4

2000 1800 1600 1400 1200 1000

0,0

0,2

0,4

0,6

0,8

1,0

1,2

1,4

Número de onda (cm-1)

S-2

SL-2

SE-2

A

Ab

so

rba

ncia

HSE-2

HST-2

HDS-2a

HDS-2b

ca

b d

S-1

SQ-1

SL-1

1

2

3

Número de onda (cm-1)

Ab

so

rba

ncia

HSE-1

HST-1

HDS-1

Picos

L (1745 cm-1 ) Desaparece en H desgrasadas

1 (1632-1635 cm-1)

2 (1539 cm-1 ) disminuyen con tostado

3 (1392-1396 cm-1)

(1446-1454 cm-1) desaparece con tostado

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S SQ SL SE HSE HST HDS

0,0

0,3

0,6

0,9

1,2

1,5

Ab

sorb

an

cia

Número de onda (cm-1)

Número de onda (cm-1

)

Número de onda (cm-1

)

pico 3

pico 1

Proceso 1

S SQ SL SE HSE HST HDS

0,0

0,3

0,6

0,9

1,2

1,5

A

bso

rba

nci

a

pico 3 (1392 cm-1)

pico 1 (1630 cm-1)

Proceso 2

S SQ SL SE HSE HST HDS

0

20

40

60

80

100

Re

sid

ua

l re

laci

ón

pic

o 1

/pic

o 3

(%

)

proceso 1

proceso 2

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Muestra

TIA AU Lisina reactiva KOH PS MDSC

Pico 1 (NaCl)

FTIR

Pico 1 (1635)

% Pérdida

(%) pH

Pérdida

(%) Contenido

(g/16 g N)

Pérdida

(%) (%)

Pérdida

(%) (%) Pérdida (%) Abs

Pérdida

(%)

HSE-1 90 ± 5 ---- 2,23 ±

0,01 --- 6,30 ---- 97,8 ---- 29,1 ---- 1,13 ----

HST-1 21,0 ±

7 76,7

0,026 ±

0,01 98,8 6,16 3,25 83,6 14,5 7,4 74,7 0,86 23,4

HSE-2 95 ± 5 ---- 2,20 ±

0,01 --- 6,73 ---- 97,1 ---- 40,4 ---- 1,37 0

HST-2 17,1 ±

6 82,0

0,026 ±

0,006 98,8 6,50 3,42 79,1 18,5 9,9 75,4 0,97 29,2

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Conclusiones

Los cambios detectados con la técnica MSDC aplicada sobre

dispersiones en 1M NaCl, reflejan los procesos de

desnaturalización sufridos por las proteínas y permite detectar la

inactivación de KTI e inactivación de la enzima ureasa. También

permite evaluar el estado de las proteínas de reserva 7S y 11S y su

posible glicosilación.

Por FTIR se detectan cambios en las zonas amida I – III que dan

información del estado de agregación y glicosilación, en el cual

está implicado la pérdida parcial la solubilidad en KOH y de Lisina

reactiva. Permite detectar además la eliminación de lípidos.

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Muchas gracias a todos!!

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