Obtención de una fracción rica en fibra y proteína a partir de salvado de arroz desgrasado, caracterización y evaluación de sus propiedades tecnofuncionales y bioactivas
Supervisor(es): Palazolo, Gonzalo - Panizzolo, Alberto - Abirached, Cecilia
Resumen:
En los últimos años, ha crecido el interés por el concepto de economía circular como un nuevo paradigma que promueve la producción sostenible de alimentos y la reducción de desperdicios en la cadena productiva. En este contexto, el salvado de arroz (SA), un subproducto del procesamiento del arroz (Oryza sativa), destaca por su alta calidad nutricional, bajo costo y amplia disponibilidad. Una parte del SA se utiliza para extraer aceite, lo que da lugar a la generación de salvado de arroz desgrasado (SAD). El objetivo de este estudio fue desarrollar y caracterizar concentrados (CSAD) enriquecidos en proteína y fibra dietaria total (FDT) a partir del polvo de SAD de diferentes granulometrías. Se buscó comprender cómo estas macromoléculas contribuyen a la estabilidad de las emulsiones y se optimizaron las condiciones de emulsionado del concentrado para su aplicación en la formulación de potenciales aderezos veganos, con el objetivo de revalorizar este subproducto. Por último, se evaluó la influencia del grado de hidrólisis en las propiedades tecnofuncionales y bioactivas de los hidrolizados proteicos, y se determinó la bioaccesibilidad del concentrado y sus hidrolizados. Se realizó la hidrólisis enzimática del almidón presente en los polvos de SAD utilizando α-amilasa y amiloglucosidasa para obtener los CSAD. A pesar de las variaciones en la granulometría del SAD, no se observaron diferencias significativas en las propiedades funcionales entre los concentrados obtenidos. Por lo tanto, se seleccionó el CSAD integral (CSADI) obtenido a partir de SAD integral (SADI) con una granulometría inferior a 355 μm para continuar el estudio. El CSADI fue elegido para continuar el estudio debido a su rendimiento, proporción de fracción soluble y contenido de proteína bruta. Presentó una eficiente hidrólisis del almidón (>98 %), lo que resultó en un aumento concomitante en las proporciones de proteína (de 154,7 a 274,3 g kg−1) y FDT (de 276,1 a 492,3 g kg−1). Además, el CSADI exhibió una menor solubilidad proteica y una mayor hidrofobicidad superficial en comparación con el SADI. El CSADI exhibe características estructurales y fisicoquímicas adecuadas para aplicaciones en la industria alimentaria, siendo especialmente útil en formulaciones que no requieren altas temperaturas. Aunque su solubilidad proteica disminuye, conserva propiedades funcionales valiosas, como la estabilización de emulsiones en condiciones ácidas y neutras. En este sentido, se prepararon emulsiones aceite en agua (O/W) empleando como fase continua dispersiones de proteína soluble o dispersiones completas del CSADI a pH 4,5 y 7,0. Las emulsiones finas, obtenidas mediante homogeneización de alta velocidad y ultrasonido preparadas con proteínas solubles de CSADI, presentaron un menor diámetro medio ponderado por volumen (D4,3) y menor desestabilización en comparación con las emulsiones groseras, preparadas solo con homogeneización de alta velocidad. Estas últimas mostraron perfiles de desestabilización sigmoidea, relacionados con la existencia de dos poblaciones con diferentes tamaños de partículas. La microscopía óptica reveló una leve floculación desde el inicio del almacenamiento, pero solo en las emulsiones groseras se observó un aumento en el valor D4,3 después de 24 horas de almacenamiento, indicando una menor estabilidad frente a la coalescencia comparación con las emulsiones finas. Ambas emulsiones presentaron un comportamiento de flujo newtoniano, con una viscosidad menor en las emulsiones groseras, lo que concuerda con la reducción del tamaño y el aumento del número de partículas en las emulsiones finas. Considerando que el 91 % del CSADI es insoluble, se optó por utilizarlo en su totalidad para formular emulsiones estables, aprovechando el efecto modificador de la viscosidad de la fase continua que podría proporcionar la FDT. Esta estrategia innovadora y sostenible permite revalorizar completamente el CSADI sin generar residuos adicionales. La formulación de emulsiones finas a partir de dispersiones completas del CSADI resultó en emulsiones estables frente a la separación gravitacional tanto en condiciones ácidas como neutras. Su estabilidad podría atribuirse a la efectiva barrera estérica proporcionada por la FDT. Además, el tratamiento previo de la dispersión del CSADI con ultrasonido permitió una mayor desintegración y/o reducción del tamaño de los polisacáridos, lo que mejoró el reordenamiento de las gotas de aceite en la emulsión, aumentando así la viscosidad aparente de la fase continua y los módulos elásticos y viscosos de la emulsión preparada. Se optimizaron las condiciones de emulsionado para formular potenciales aderezos veganos considerando la masa de aceite y de dispersión del CSADI como factores, y la retrodispersión (%RD) como variable de respuesta. Esto llevó a la selección de dos formulaciones: una llamada e óptima, con 4,65 g (26,5 %) de aceite y 12,9 g (73,5 %) de dispersión de CSADI, y otra con 5,0 g de aceite (21,7 %) y 18,0 g de dispersión (78,3 %), llamada e ED8. La formulación e óptima mostró un D4,3 significativamente menor y una mayor viscosidad en comparación con e ED8. A lo largo del almacenamiento (3 meses a 24 ± 2 °C), ambas emulsiones mantuvieron estable la distribución del tamaño de partícula y el D4,3, mientras que la viscosidad disminuyó y el %RD aumentó con el tiempo. Inicialmente, ambas emulsiones mostraron un comportamiento viscoelástico sólido, que se perdió parcialmente durante el almacenamiento. En resumen, aunque la estabilidad de las emulsiones preparadas con la dispersión de proteínas solubles del CSADI o con la dispersión completa del CSADI difiere significativamente, ambas podrían emplearse para elaborar emulsiones finas en condiciones ácidas y neutras. La mayor estabilidad de las emulsiones preparadas con la dispersión completa del CSADI se atribuiría a los polisacáridos presentes en los concentrados. Estos polisacáridos reducen la colisión entre las gotas al aumentar la viscosidad de la fase continua y/o por su actividad interfacial al estar asociados a proteínas. Esta mayor estabilidad es fundamental para mantener la calidad durante el almacenamiento, lo cual es crucial para la formulación de alimentos como aderezos. A pesar de que las formulaciones seleccionadas de los potenciales aderezos experimentaron cambios microestructurales, permanecieron estables frente a la separación gravitacional. Por lo tanto, se propone continuar desarrollando un aderezo vegano utilizando el CSADI, partiendo de la formulación e óptima que mostró propiedades fisicoquímicas superiores y un menor consumo de concentrado. Además, se sugiere incorporar un agente espesante para mejorar aún más la estabilidad del aderezo. La hidrólisis enzimática del CSADI con proteasa aumentó significativamente la solubilidad proteica al liberar péptidos solubles. Sin embargo, este proceso afectó negativamente las propiedades emulsionantes de las proteínas solubles, resultando en la disminución en la capacidad emulsionante. Aunque las emulsiones finas preparadas con CSADI-H120 mostraron mayor estabilidad que las emulsiones groseras, esta estabilidad fue inferior a la de las emulsiones preparadas con la fracción de proteína soluble del CSADI sin hidrolizar. Por lo tanto, bajo las condiciones evaluadas, la hidrólisis enzimática no parece ser una estrategia efectiva para mejorar las propiedades tecnofuncionales de las proteínas solubles del CSADI en términos de emulsificación. El estudio de la bioaccesibilidad del CSADI y sus hidrolizados reveló un significativo aumento en su capacidad antioxidante y antihipertensiva, especialmente en el hidrolizado obtenido después de 120 minutos de hidrólisis con proteasa. Estos hallazgos respaldan el potencial del hidrolizado como ingrediente en alimentos funcionales, lo que lo convierte en una estrategia prometedora para valorizar el SAD. La hidrólisis enzimática del CSADI se destaca como una estrategia efectiva para mejorar sus propiedades bioactivas al liberar péptidos bioactivos, sin alterar el contenido de polifenoles totales. Este fenómeno sugiere un efecto protector de la FDT sobre los polifenoles presentes. Sin embargo, es fundamental validar estos resultados in vitro mediante estudios in vivo para confirmar su efectividad en la salud humana. En cuanto al análisis de la fracción bioaccesible, se identificó y cuantificó la presencia de ácido ferúlico y ácido gálico. Se observó un aumento en el contenido de ácido ferúlico en la fracción bioaccesible, mientras que el ácido gálico disminuyó. La estabilidad del ácido ferúlico frente a la simulación de la digestión gastrointestinal in vitro posiblemente se deba a un efecto protector de la FD a la que se encuentra unido. Estos resultados sugieren que ambos ácidos podrían ser potencialmente absorbidos y metabolizados después de la digestión, lo que les permitiría ejercer sus efectos en todo el organismo. Por último, las emulsiones formuladas con dispersiones completas del CSADI-H120 mostraron cambios significativos en su comportamiento durante el tiempo de almacenamiento (28 días), indicando una reestructuración interna. La diferencia en la estabilidad frente a la separación gravitacional de las emulsiones preparadas con y sin tratamiento enzimático del CSADI confirma la pérdida parcial de la capacidad de emulsionante de las proteínas solubles y que un mayor contenido de polisacáridos insolubles en las emulsiones preparadas con el CSADI sin hidrolizar contribuye a su estabilidad además. Estos hallazgos subrayan la importancia de profundizar en el desarrollo de alimentos funcionales utilizando CSADI-H120, explorando otros posibles usos y formas de incorporación, o la necesidad de realizar una reformulación de las emulsiones.
2024 | |
Salvado de arroz desgrasado Propiedades tecnofuncionales Propiedades bioactivas Concentrados enriquecidos en fibra y proteína |
|
Español | |
Universidad de la República | |
COLIBRI | |
https://hdl.handle.net/20.500.12008/44935 | |
Acceso abierto | |
Licencia Creative Commons Atribución - No Comercial - Sin Derivadas (CC - By-NC-ND 4.0) |
Sumario: | En los últimos años, ha crecido el interés por el concepto de economía circular como un nuevo paradigma que promueve la producción sostenible de alimentos y la reducción de desperdicios en la cadena productiva. En este contexto, el salvado de arroz (SA), un subproducto del procesamiento del arroz (Oryza sativa), destaca por su alta calidad nutricional, bajo costo y amplia disponibilidad. Una parte del SA se utiliza para extraer aceite, lo que da lugar a la generación de salvado de arroz desgrasado (SAD). El objetivo de este estudio fue desarrollar y caracterizar concentrados (CSAD) enriquecidos en proteína y fibra dietaria total (FDT) a partir del polvo de SAD de diferentes granulometrías. Se buscó comprender cómo estas macromoléculas contribuyen a la estabilidad de las emulsiones y se optimizaron las condiciones de emulsionado del concentrado para su aplicación en la formulación de potenciales aderezos veganos, con el objetivo de revalorizar este subproducto. Por último, se evaluó la influencia del grado de hidrólisis en las propiedades tecnofuncionales y bioactivas de los hidrolizados proteicos, y se determinó la bioaccesibilidad del concentrado y sus hidrolizados. Se realizó la hidrólisis enzimática del almidón presente en los polvos de SAD utilizando α-amilasa y amiloglucosidasa para obtener los CSAD. A pesar de las variaciones en la granulometría del SAD, no se observaron diferencias significativas en las propiedades funcionales entre los concentrados obtenidos. Por lo tanto, se seleccionó el CSAD integral (CSADI) obtenido a partir de SAD integral (SADI) con una granulometría inferior a 355 μm para continuar el estudio. El CSADI fue elegido para continuar el estudio debido a su rendimiento, proporción de fracción soluble y contenido de proteína bruta. Presentó una eficiente hidrólisis del almidón (>98 %), lo que resultó en un aumento concomitante en las proporciones de proteína (de 154,7 a 274,3 g kg−1) y FDT (de 276,1 a 492,3 g kg−1). Además, el CSADI exhibió una menor solubilidad proteica y una mayor hidrofobicidad superficial en comparación con el SADI. El CSADI exhibe características estructurales y fisicoquímicas adecuadas para aplicaciones en la industria alimentaria, siendo especialmente útil en formulaciones que no requieren altas temperaturas. Aunque su solubilidad proteica disminuye, conserva propiedades funcionales valiosas, como la estabilización de emulsiones en condiciones ácidas y neutras. En este sentido, se prepararon emulsiones aceite en agua (O/W) empleando como fase continua dispersiones de proteína soluble o dispersiones completas del CSADI a pH 4,5 y 7,0. Las emulsiones finas, obtenidas mediante homogeneización de alta velocidad y ultrasonido preparadas con proteínas solubles de CSADI, presentaron un menor diámetro medio ponderado por volumen (D4,3) y menor desestabilización en comparación con las emulsiones groseras, preparadas solo con homogeneización de alta velocidad. Estas últimas mostraron perfiles de desestabilización sigmoidea, relacionados con la existencia de dos poblaciones con diferentes tamaños de partículas. La microscopía óptica reveló una leve floculación desde el inicio del almacenamiento, pero solo en las emulsiones groseras se observó un aumento en el valor D4,3 después de 24 horas de almacenamiento, indicando una menor estabilidad frente a la coalescencia comparación con las emulsiones finas. Ambas emulsiones presentaron un comportamiento de flujo newtoniano, con una viscosidad menor en las emulsiones groseras, lo que concuerda con la reducción del tamaño y el aumento del número de partículas en las emulsiones finas. Considerando que el 91 % del CSADI es insoluble, se optó por utilizarlo en su totalidad para formular emulsiones estables, aprovechando el efecto modificador de la viscosidad de la fase continua que podría proporcionar la FDT. Esta estrategia innovadora y sostenible permite revalorizar completamente el CSADI sin generar residuos adicionales. La formulación de emulsiones finas a partir de dispersiones completas del CSADI resultó en emulsiones estables frente a la separación gravitacional tanto en condiciones ácidas como neutras. Su estabilidad podría atribuirse a la efectiva barrera estérica proporcionada por la FDT. Además, el tratamiento previo de la dispersión del CSADI con ultrasonido permitió una mayor desintegración y/o reducción del tamaño de los polisacáridos, lo que mejoró el reordenamiento de las gotas de aceite en la emulsión, aumentando así la viscosidad aparente de la fase continua y los módulos elásticos y viscosos de la emulsión preparada. Se optimizaron las condiciones de emulsionado para formular potenciales aderezos veganos considerando la masa de aceite y de dispersión del CSADI como factores, y la retrodispersión (%RD) como variable de respuesta. Esto llevó a la selección de dos formulaciones: una llamada e óptima, con 4,65 g (26,5 %) de aceite y 12,9 g (73,5 %) de dispersión de CSADI, y otra con 5,0 g de aceite (21,7 %) y 18,0 g de dispersión (78,3 %), llamada e ED8. La formulación e óptima mostró un D4,3 significativamente menor y una mayor viscosidad en comparación con e ED8. A lo largo del almacenamiento (3 meses a 24 ± 2 °C), ambas emulsiones mantuvieron estable la distribución del tamaño de partícula y el D4,3, mientras que la viscosidad disminuyó y el %RD aumentó con el tiempo. Inicialmente, ambas emulsiones mostraron un comportamiento viscoelástico sólido, que se perdió parcialmente durante el almacenamiento. En resumen, aunque la estabilidad de las emulsiones preparadas con la dispersión de proteínas solubles del CSADI o con la dispersión completa del CSADI difiere significativamente, ambas podrían emplearse para elaborar emulsiones finas en condiciones ácidas y neutras. La mayor estabilidad de las emulsiones preparadas con la dispersión completa del CSADI se atribuiría a los polisacáridos presentes en los concentrados. Estos polisacáridos reducen la colisión entre las gotas al aumentar la viscosidad de la fase continua y/o por su actividad interfacial al estar asociados a proteínas. Esta mayor estabilidad es fundamental para mantener la calidad durante el almacenamiento, lo cual es crucial para la formulación de alimentos como aderezos. A pesar de que las formulaciones seleccionadas de los potenciales aderezos experimentaron cambios microestructurales, permanecieron estables frente a la separación gravitacional. Por lo tanto, se propone continuar desarrollando un aderezo vegano utilizando el CSADI, partiendo de la formulación e óptima que mostró propiedades fisicoquímicas superiores y un menor consumo de concentrado. Además, se sugiere incorporar un agente espesante para mejorar aún más la estabilidad del aderezo. La hidrólisis enzimática del CSADI con proteasa aumentó significativamente la solubilidad proteica al liberar péptidos solubles. Sin embargo, este proceso afectó negativamente las propiedades emulsionantes de las proteínas solubles, resultando en la disminución en la capacidad emulsionante. Aunque las emulsiones finas preparadas con CSADI-H120 mostraron mayor estabilidad que las emulsiones groseras, esta estabilidad fue inferior a la de las emulsiones preparadas con la fracción de proteína soluble del CSADI sin hidrolizar. Por lo tanto, bajo las condiciones evaluadas, la hidrólisis enzimática no parece ser una estrategia efectiva para mejorar las propiedades tecnofuncionales de las proteínas solubles del CSADI en términos de emulsificación. El estudio de la bioaccesibilidad del CSADI y sus hidrolizados reveló un significativo aumento en su capacidad antioxidante y antihipertensiva, especialmente en el hidrolizado obtenido después de 120 minutos de hidrólisis con proteasa. Estos hallazgos respaldan el potencial del hidrolizado como ingrediente en alimentos funcionales, lo que lo convierte en una estrategia prometedora para valorizar el SAD. La hidrólisis enzimática del CSADI se destaca como una estrategia efectiva para mejorar sus propiedades bioactivas al liberar péptidos bioactivos, sin alterar el contenido de polifenoles totales. Este fenómeno sugiere un efecto protector de la FDT sobre los polifenoles presentes. Sin embargo, es fundamental validar estos resultados in vitro mediante estudios in vivo para confirmar su efectividad en la salud humana. En cuanto al análisis de la fracción bioaccesible, se identificó y cuantificó la presencia de ácido ferúlico y ácido gálico. Se observó un aumento en el contenido de ácido ferúlico en la fracción bioaccesible, mientras que el ácido gálico disminuyó. La estabilidad del ácido ferúlico frente a la simulación de la digestión gastrointestinal in vitro posiblemente se deba a un efecto protector de la FD a la que se encuentra unido. Estos resultados sugieren que ambos ácidos podrían ser potencialmente absorbidos y metabolizados después de la digestión, lo que les permitiría ejercer sus efectos en todo el organismo. Por último, las emulsiones formuladas con dispersiones completas del CSADI-H120 mostraron cambios significativos en su comportamiento durante el tiempo de almacenamiento (28 días), indicando una reestructuración interna. La diferencia en la estabilidad frente a la separación gravitacional de las emulsiones preparadas con y sin tratamiento enzimático del CSADI confirma la pérdida parcial de la capacidad de emulsionante de las proteínas solubles y que un mayor contenido de polisacáridos insolubles en las emulsiones preparadas con el CSADI sin hidrolizar contribuye a su estabilidad además. Estos hallazgos subrayan la importancia de profundizar en el desarrollo de alimentos funcionales utilizando CSADI-H120, explorando otros posibles usos y formas de incorporación, o la necesidad de realizar una reformulación de las emulsiones. |
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