GRASAS Y ACEITES, 58 (3),JULiO-SEPTIEMBRE, 264-269, 2007,ISSN: 0017-3495

Propiedades emulsificantes y espumantes de las protei'nas de harina de cacahuate(Arachis hypogaea Lineau)

Por, J. C. Ferreyra\ E. M. Kuskoski\ M.T. Bordignon Luiz\ D. Barrera Arellano^ y R. Fett^

^ Departamento de Ciencia e Tecnoiogia de Aiimentos, Universidade Federai de Santa Catarina,Rod. Admar Gonzaga 1346, Itacorubi, Fiorianopoiis, CEP:88034-001. rfett@cca.ufsc.br

^ Laboratorio de Oieos e Gorduras, Facuidade de Engeniiaria de Aiimentos,Unicamp Caixa Postai 6091. Campinas, SP 13.081-970.

RESUMEN

Propiedades emulsificantes y espumantes de iasprotei'nas de harJna de cacahuate {Arachis hypogaea Li-neau)

Se estudiaron las propiedades funcionaies de ias protei-nas presentes en ia harina de cacahuate {Arachis hypcgaeaLineau). Fue evaiuada ia influencia que tienen ei piH y ia so-iubiiidad proteica sobre ias propiedades emuisificantes y es-pumantes de ias proteinas de harina de cacahuate. Ei puntoisoeiectrico (pi) de estas proteinas se encuentra a pH 4,0;mientras que ia region isoeiectrica esta entre Ios valores depH de 3,0 y 5,0. Las propiedades de superficie evaiuadasdisminuyeron en ia region isoel6ctrica, siendo que ia activi-dad emuisificante y ia estabiiidad emulsificante en ios tiem-pos de 30 y 120 minutos disminuyeron fuertemente en ei pi;las estabiiidades emuisificantes en relacion a ia temperatura(80 -C) diminuyeron en toda ia region isoeiectrica extendi^n-dose hasta el pH 6,0. La actividad espumante mostro susmejores vaiores a pH 2,0. Las correiaciones entre ia soiubi-iidad proteica y las propiedades de superficie fueron mas im-portantes para ias propiedades emulsificantes que para lasespumantes.

PALABRAS-CtAVE: Actividad emulsificante - Actividadespumante - Cacahuate - Estabilidad emulsificante - Esta-biiidad espumante - Propiedades funcionales - Solubilidadproteica.

SUMMARY

Emulsifying and foaming properties of peanut{Arachis hypogaea Lineau) flour.

The functionai properties of proteins present in peanut(Arachis hypogaea Lineau) fiour were studied. The infiuenceof the pH and protein soiubility on emulsifying and foamingproperties of peanut fiour was evaiuated. The isoeiectricpoint (ip) of these proteins was found at the pH of 4,0; andthe isoeiectric region between piH 3,0 and 5,0. The evaluatedsurface properties decreased in the isolectric region. Theemulsifying activity and time stability (30 and 120 minutes)significantly decreased at the pi; the emulsifying stabiiity atthe temperature of 80°C decreased in aii the isoeiectricregion untii the pH of 6.0. The foaming activity had the bestvalues at the piH of 2,0. The correiation between proteinsoiubiiity and surface properties were more significant foremuisifying properties than for foaming properties.

KEY-WORDS: Emulsifying activity - Emulsifying stability- Foam activity - Foam stability - Functionai properties -Peanut - Protein solubility.

1. INTRODUCCION

El cacaiiuate se clasifica dentro de ia familia delas Leguminosas, subfamiiia Papilionacea, generoArachis. De las 12 especies conocidas, ia mas im-portante es la Arachis hypogaea Lineau, ei caca-huate comun. Esta especie se caracteriza por iaproduccion subterranea de semillas con aito conte-nido de aceite y proteinas. Ei contenido en aceitees de aproximadamente 44% a 56%. La torta de ex-traccion del aceite es utilizada para la fabricacionde harina de cacahuate, con apiicaclon en produc-tos alimenticios y en la formuiacion de productospara aiimentacion animai (Prosea, 1997). Con res-pecto a ia composicion quimica, la torta sin cutfcu-ia, presenta un promedio de 46,6% de proteinas y5,5% de fibras. La torta de cacahuate es uno de iosmejores supiementos para aiimentacion animal porcontener proteinas de alto vaior bioiogico (Gross yGuzman, 1995)

La industria de oieaginosas en el mundo, y par-ticuiarmente en Brasil, genera enormes cantidadesde materiaies proteicos (tortas y harinas) de granvaior nutricionai, pero estos materiaies son destina-dos casi en su totalidad para la aiimentacion ani-mai, generando un retorno economico y sociai muyreducido. Una aiternativa para la revalorizacion deestos recursos es ia apiicacion de tecnologias mo-dernas que ahaden valor mediante la transforma-cion en productos con caracteristicas y propieda-des que permitan su uso en aiimentacion humanay/o en las industrias farmaceutica y cosmetica(Campos Lasca, 2001).

Varios estudios han sido conducidos con dife-rentes tipos de proteinas, en la busqueda de mejo-rar y ampliar su uso como ingredientes funcionaies.Estudios enfocados a la mejoria de las propiedadesfuncionaies de proteinas aiimenticias requierenmayor destaque por parte de Ios investigadores,dado que, tales proteinas poseen una ampiia apii-cacion tecnoiogica en la industria de alimentos;agregando a Ios productos caracteristicas reoiogi-cas interesantes. Las propiedades funcionales delas proteinas son infiuenciadas por diversos facto-res, entre eiios, ias condiciones dei medio circun-dante, la presencia de iones y de otros compuestos(McCiementes, 1999).

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PROPiEDADES EMULSIFICANTES Y ESPUMANTES DE LAS PROTEfNAS DE HARINA DE CACAHUATE...

Varios trabajos estan siendo desarrollados enbusca de mejorar ias propiedades funcionaies deproteinas tales como: proteinas del suero lacteo{Turgeoni et ai., 1992), globuiina bovina (Orneilas etal., 2001), tambien se esta trabajando en ia evalua-cion de las diferentes propiedades funcionaies deias proteinas a traves de variables composiclonaiesy su potenciai de aplicacion en la industria de aii-mentos (Silva et ai., 1997; Solorzano Lemos et al.,1997; Anton y Gandemer, 1997; Duarte et ai., 1998;Ven Der Van et. al., 2001; Orneilas etai., 2003).

Considerandose la importancia dei desarroliode nuevos productos para atender a ia demandadel mercado de ingredientes, con aplicacion en laformuiacion de alimentos, ei presente trabajo buscocaracterizar ias propiedades funcionales de super-ficie de ias proteinas de harina desengrasada decacahuate a diferentes vaiores de piH y sus reiacio-nes con ia soiubilidad proteica.

2. MATERIAL YMETODOS

2.1. Materia prima

iHarina desengrasada de cacahuate (HC), gentil-mente donada por Nutrin Corporation (Nutritionai in-gredients, USA); Cloruro de acido paimitico (AKSO.Todos Ios demas reactivos utiiizados no sufrieron nin-guna etapa de purificacion previa, siendo comerciai-mente disponibles y con grado de pureza anaiitico.

2.2. Composicion proteica y de aminoacidosde la harina de cacahuate

Los analisis realizados en ia harina de cacahua-te fueron: contenido de protei'na bruta por ei meto-do Kjeidahl (AOAC, 1995), utilizando el factor 5,46(Rhee et al., 1973; iVlcWatters et al., 1976) y com-posicion en aminoacidos realizada via hidroiisis deproteinas, a traves de cromatografia de intercambioionico en analizador automatico de aminoacidos deia marca Beci<man, modelo 7300, la cuantificaci6nde ios aminoacidos fue determinada por la relacionde areas entre una mezcla padron de aminoacidosy ia muestra, utiiizando un integrador iHewiett-Pac-kard(AOAC, 1995).

2.3. Determinacion de la solubilidadproteica (S)

La solubiiidad proteica (S), expresada en porcen-taje, fue determinada de acuerdo con Saeed y Cher-yan (1988) de ia siguiente forma: soluciones acuo-sas conteniendo 4% (p/v) de proteina fueronajustadas a diferentes vaiores de pH (variando de2,0 a 9,0), mediante la utiiizacion de soiuciones deNaOH 1,0 N y HCi 1,0 N. Las soiuciones proteicasfueron mantenidas en agitacion durante 30 minutosy posteriormente, centrifugadas a 2500 rpm durante30 minutos. El contenido proteico dei sobrenadantefue determinado a traves del metodo de Kjeidahi(AOAC, 1995), utilizandose el factor de conversion

de 5,46, especifico para proteinas de cacahuate(Rhee et al, 1973; Mcwatters et ai., 1976). El perfii desolubiiidad (S) de ias proteinas fue determinado enfuncion dei pH, por ia ecuacion [1]

Proteina del sobrenadante (g)Proteina totai (g)

X 100 [1]

2.4. Actividad Emulsificante (AEM)

La actividad emuisificante (AEM) fue determina-da segun ei metodo de Yasumatsu et ai., (1972)adaptado: muestras de iHC (7 g) fueron diiuidas en100 mL de agua destiiada y Ios vatores de piH fue-ron ajustados entre 2,0 y 9,0 (utilizandose soiucio-nes de HCI 1,0 N y NaOH 1,0 N). Estas solucionesproteicas fueron agitadas durante 10 segundos, uti-lizandose un mixer manuai de la marca Frattina(Eietro Power) a 15.000 rpm, y posteriormente, adi-cionadas de 100 mL de aceite de soja comerciai yemulsificadas durante 120 segundos. Las emuisio-nes fueron centrifugadas a 2000 rpm por 10 minu-tos. La actividad emulsificante fue caicuiada a tra-ves de ia ecuacion [2]:

AEMVolumen final de ia emulsion

Voiumen iniciai de la emuisi6nX 100 [2]

2.5. Estabiiidad de la Emuision en reiaci6na la temperatura (EECAL)

La estabilidad de ia emuision fue determinadade acuerdo con ei metodo de Yasumatsu et ai.,(1972) adaptado como sigue: ias emulsiones fue-ron calentadas a 80 ""C por 30 minutos, enfriadasdurante 15 minutos en agua corriente y centrifuga-das a 2 000 rpm por 10 minutos. La estabiiidad de laemuision fue caicuiada a traves de ia ecuacion [3]:

EECAL =Volumen finai de la emulsion

Voiumen iniciai de ia emuisionX 100 [3]

2.6. Estabiiidad de ia Emuision en relacion conel tiempo (EE30M y EE120M)

La estabiiidad de las emulsiones fue evaiuadadespues de 30 y 120 minutos de reposo, Ios resui-tados fueron expresados con las siglas EEM30M yEEM120M, respectivamente. La estabilidad de iaemulsion fue caicuiada de ia siguiente forma:

EEM =Voiumen de ia emulsion despues de 30 y 120 minutos

Volumen de ia emulsion iniciaiX 100 [3]

2.7. Actividad Espumante (AES)

La actividad espumante (AES) fue determinadasegun el metodo descrito por Puski (1975). Sus-pensiones conteniendo 1% (p/v) de proteina fueronajustadas a vaiores de pH entre 2,0 y 9,0 (conNaOH 1,0 N y HCi 1,0 N). Luego, fueron agitadas

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con un mixer manuai de la marca Frattina (EietroPower) a 10000 rpm durante 60 segundos a tem-peratura de 25 °C. La actividad espumante fue de-terminada segun la ecuacion [5] propuesta por Ha-quey Kito (1983):

Voiumen totai despues de la agitacionVoiumen iniciai - 1

+ volumen de la espumaVoiumen iniciai - 1

X 100 [5]

2.8. Estabilidad de la Espuma en relacional tiempo (EES30M y EES120M)

Fueron utiiizados ios metodos propuestos porPuski (1975), siguiendo ei mismo procedimientoutiiizado para determinar ia actividad espumante,con mediciones despues de 30 y 120 minutos dereposo a temperatura ambiente (25 °C). Los vaio-res fueron determinados utilizando la ecuacion [6],segun iHaque y Kito (1983):

EES =Voiumen de ia espuma despues de 30 y 120 minutos

Volumen iniciai de ia espumaX 100

X

[5]

2.9. Analisis Estadistico

Ei experimento fue conducido de manera com-pietamente aieatoria, con cinco repeticiones, utiii-zando el programa «STATiSTiCA 6.0'> (1998), conaplicacion de anaiisis de varianza y Prueba de Tu-key. con nivei de significancia 5% (p < 0,05), y apii-cacion de Analisis de Regresion Muitiple.

3. RESULTADOSYDISCUSION

3.1. Composicion en aminoacidosy composicion proteica de la harinade cacahuate

La fraccion proteica de ia harina de cacahuate(HC) fue de 48,3 g/IOOg, ia composicion de amino-acidos se muestra en ia Tabia 1. Como se puedeobservar, 36,47% de esta fraccion esta constituidapor aminoacidos acidos siendo Ios acidos aspartico(13,59%) y acido giutamico (22,88%), Ios que seencuentran en mayores proporciones, sumando36% de Ios aminoacidos totales, Los aminoacidoscon caracteristicas hidrofobicas representan21,34% dei totai. Neucere (1972), destacan comoaminoacidos limitantes dei cacahuate a ia cisteina,lisina, treonina, isoieucina y metionina. Conkerton yOry (1976), mencionan como iimitantes a ios ami-noacidos metionina y cisteina.

3.2. Solubilidad de las proteinas de la harinade cacahuate (HC)

Se determino en pruebas preiiminares, que ei pide las proteinas de ia HC se encuentra a pH 4,0. El

TabIa 1Composici6n en aminoacidos de la harina

de cacahuate (HC).

Aminoscidos

Arginina - ArgAcido aspartico -AspGiinina - GtyIsoieucina - lieLeucina - LeuAcido giutamico - GiuLisina - LysCisteina - CysMetionina - MetFenilalanina -PheTirosina -TyrTreonina -ThrTriptofano-TrpProtina - ProVai ina - ValHJstidina - HisSerina - Ser

mg/IOOgdeHDC

7,006 (± 0,004)6,564 (± 0,008)3,391 (± 0,004)1,937 (±0,007)3,709 (± 0,004)11,049 (± 0,008)1,335 (±0,005)0,607 (+ 0,007)0,326 (±0,005)2,843 (± 0,007)1,663 (± 0,005)1,490 (± 0,008)0,541 (± 0,009)2,455 (± 0,007)2,212 (± 0,004)1,233 (± 0,005)2,556 (± 0,008)

mg/100gde proteina'

14,50613,5917,0214,0097,680

22,8772,7651,2570,6755,8873,4423,0851,1215,0834,5792,5545,291

Factor de conversi6n del nitrogeno de las proteinas = 5,46 {Rhee et al,1973); McWatters et al., 1976).

alto contenido de aminoacidos acidos (acido aspar-tico y giutamico) observado en ia composicion deaminoacidos de la HC, infiuye en el bajo valor dei pide ia proteina. Segun Rhee et al. (1973), el vaior depH Optimo para ia precipitacion de proteinas de ca-cahuate, se encuentra a pH 4,0 ± 0,25. Diferentesautores obtuvieron resuitados similares con protei-nas de cacahuate, observando una region isoeiec-trica entre ios vaiores de pH de 3,0 y 5,0. (Ayres etai., 1974, McWatters y Cherry, 1977; IVlcWatters,1979).

La harina de cacahuate presento vaiores meno-res de solubiiidad entre ios vaiores de pH 3,0 y 5,0,ios cuaies coinciden con la region donde se en-cuentra ei punto isoeiectrico de ias proteinas. Lamayor soiubilidad fue observada a pH acido, siendode 70,50% a pH 2,0. A pH 9,0, las proteinas pre-sentaron un 63,50% de soiubilidad, (Figura 1). Re-suitados semejantes fueron observados por Huttony Campbell, 1977.

Figura 1Curva de solubiiidad proteica (%S) de la harina de cacahuate.

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PROPIEDADES EMULSIFiCANTESY ESPUMANTES DE LAS PROTEINAS DE HARINA DE CACAHUATE...

3.3. Propiedades emulsificantes

Las propiedades emulsificantes de las proteinasde la HC son fuertemente afectadas por ei pH (Fi-gura 2), Ios menores porcentajes actividad fueronobservados en la region isoeiectrica. La baja solu-bilidad de algunas proteinas en esta region puededisminuir la capacidad emulsificante, pues estasadoptan una estructura compacta que impide eldesdoblamiento y absorcion en la interfase, lo queno es deseable en una emulsion. Resuitados simi-lares fueron reportados por McWatters y Holmes(1979), quienes tambien observaron Ios menoresvalores de las propiedades emulsificantes en la re-gion isoeiectrica, o sea, en el pi (pH 4,0), paramuestras de proteinas de cacahuate. Estas propie-dades emulsificantes mejoran en la medida que sealejan de la region isoeiectrica, lo que puede seratribuido a un incremento en la carga electrica queaumenta la solubilidad proteica.

De acuerdo con otros autores (Hutton y Camp-bell, 1977; Kinsella, 1976; Singh, 2001), las propie-dades emulsificantes estan relacionadas con la so-lubilidad de las proteinas en agua, que a su vez,contribuye para la disminucion de la tension interfa-ciai entre ios compuestos hidrofobicos e hidrofili-cos, existiendo una mayor disposicion de las mole-cuias para actuar en la interfase.

Ei comportamiento de ia estabilidad de la emul-sion en relacion con el tiempo y con el aumento deia temperatura presento resuitados diferentes. Conrespecto a ia estabiiidad de ia emulsion (EEM) enrelacion ai tiempo (30 y 120 minutos), se presenta-ron ios vaiores mas bajos en ei pi (4,0); ia estabiii-dad de ia emuision en reiacion a ia temperatura(80 °C) fue mas baja en toda ia region isoeiectrica,extendiendose hasta ei pH 6,0 sin diferencias signi-ficativas entre si (Figura 2).

Las proteinas de ia HC muestran una aita esta-biiidad de ia emuision (EEM) en reiacion a ia varia-cion de temperatura, esto puede ser observado enia Figura 2 donde las curvas de actividad emuisifi-cante y estabilidad de las emulsiones en reiacion a

ia temperatura son muy simiiares, mostrando vaio-res diferentes a pH 6,0, indicando que ia actividademuisificante de estas proteinas es afetada por iaaccion del calor (80 °C.)

Las curvas de EEM30M y EEM120M son para-ieias, indicando una correlacion entre ei tiempotranscurrido y ia estabiiidad de ia emuision, siendopracticamente iguaies a pH 9,0, presentando en es-te pH ei vaior mas alto para ia estabiiidad de laemuision. Fueron encontradas correiaciones positi-vas (estadisticamente significativas) entre ias pro-piedades emuisificantes y ia soiubiiidad proteica,habiendo tambien correiaciones positivas de iaspropiedades emuisificantes entre si. La correiacionde ias propiedades emuisificantes con ia soiubiii-dad proteica se explicaria porque al pi ias propie-dades emuisificantes son minimas (Kinseiia, 1976),pues estas propiedades disminuyem con ia reduc-cion de ia soiubiiidad proteica, que es menor en eipi. De todas formas, existen controversias frente aesta correiacion, pues aigunos autores (Aoki et ai.,1981; Aminigo y Ogundipe, 2003) afirman que iamisma no deberia existir.

Debido a ia composicion y estructura de ias di-versas proteinas, aigunas veces ios datos experi-mentaies generan confiictos cuando se trata de co-rreiacionar ias propiedades emuisificantes con iasoiubiiidad proteica, ya que aigunas proteinas pre-sentan optimas propiedades en su punto isoeiectri-co, como es ei caso de ia gelatina y de ia ciara dehuevo. Otras, en cambio, operan mejor como emui-sificantes en valores de pH distantes dei pi, comolas proteinas de soja, caseina, proteinas de suerode ieche, suero de aibumina bovina y proteinasmioflbriiares (Orneiias,et al., 2001; 2003).

3.4. Propiedades Espumantes

La actividad espumante de ia harina de caca-huate (Figura 3), tiene ios mejores resuitados envaiores de pH extremos, siendo maxima (550%) apH acido (2,0). Cuando ia estabiiidad de la espuma

£\l

100

80

60

40

20

n

0

R

\

\

V—̂*-

"/

•

~O- AEM- O - EECAL"O- EEM30M

pH

Figura 2Curvas de las propiedades emulsificantes de la harina de

cacahuate- AEM (actividad emuisificante); EECAL (estabiiidadde la emulsibn a 80 °C), a EEM30M y a EEi\;1120M (estabiiidad

de la emuision con reiaci6n ai tiempo de 30 y 120 minutosrespectivamente), {n = 5).

2 3 4 5 6 7 e 9

-O- AES•a- EES30M-O- EES120M

pH

Figura 3Curvas de las propiedades espumantes de las protefnasde ia harina de cacahuate. AES (actividad espumante)

EES30M y EES120M (estabilidad de ia espumaen reiacion al tiempo de 30 y 120 minutos

respectivamente).

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J. C. FERREYRA, E. M. KUSKOSKI, M.T. BORDiGNON LUIZ, D. BARRERA ARELLANO Y R. FETT

a este pH fue evaiuada, se observo una estabiiidadde 50%. Este iiecho esta de acuerdo con io expre-sado por Fennema (1996), que observa que a va-iores de pH distantes dei pi, ocurre una gran for-macion de espuma, pero con baja estabiiidad, yque a vaiores de pH proximos ai pi se favorece iainteraccion proteina - proteina y ia consecuente ab-sorcion en ia interfase.

La estabiiidad de ia espuma (30 y 120 minutos)no presento cambios en toda ia escaia de pH ymostro vaiores muy bajos. iVIcWatters y Cinerry1977 obtuvieron resuitados simiiares. Fue encon-trada una correiacion estadisticamente significativaentre ia soiubiiidad proteica y ia actividad espu-mante, existente tambien para ia EES120M, siendono significativa para ia EES30M. Las propiedadesespumantes presentaron aitas correiaciones signi-ficativas entre si.

4. CONCLUSION

Las propiedades emuisificantes de ias proteinasde ia iiarina de cacahuate estan directamente co-rrelacionadas con ia soiubiiidad y ei pH. Las pro-piedades emuisificantes fueron menores en ia re-gion isoeiectrica, asi como ia estabiiidad de iaemuision. La proteina de ia HC presento alta esta-biiidad ai caior. La actividad espumante es mas ai-ta a vaiores de pH extremos. La estabiiidad de iaespuma (30 y 120 minutos) presento variacionespoco pronunciadas en ios diferentes vaiores de pH.Fueron observadas correiaciones significativas enias propiedades emuisificantes entre si y espuman-tes entre si, correiacion no observada entre propie-dades emuisificantes y espumantes.

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