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Proteínas lácteas: grandes veículos para compostos bioativos

VÁRIOS AUTORES

THERMA/UFV

EM 30/03/2021

8 MIN DE LEITURA

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As proteínas do leite devido as suas características podem ser utilizadas para a veiculação de compostos bioativos.

Nos últimos anos, intensificado ainda mais a partir de 2020 pela pandemia da Covid-19 as pessoas estão mais preocupadas com a saúde e bem-estar, incluindo nas suas rotinas alimentos que beneficiem a imunidade, o metabolismo e o estado mental. Além disso, a busca pelo envelhecimento saudável e prolongamento da vida também motiva a procura por alimentos mais saudáveis e nutritivos.

Vários alimentos, muitos de origem vegetais, são reconhecidos por possuírem moléculas bioativas, com propriedades funcionais interessantes como antioxidantes, anti-hipertensivas, anti-inflamatórias, antidiabéticas, antimicrobianas, cardioprotetoras, dentre outras.

Estas moléculas podem ser extraídas, purificadas, concentradas e adicionadas a diversos outros alimentos de grande apelo popular, como os produtos lácteos. Entretanto, estes compostos bioativos normalmente são pouco solúveis em água (o que limita a sua utilização em produtos com baixas concentrações de gordura) e são instáveis química, térmica ou fotoquimicamente.

Neste contexto, as proteínas do leite, (as caseínas, as micelas de caseínas e as proteínas do soro) tornam-se veículos estratégicos para estas moléculas bioativas, podendo carreá-las, principalmente, em seus interiores hidrofóbicos (Figura 1), estabilizando-as por interações intermoleculares específicas. Consequentemente, nestes complexos proteínas-compostos bioativos, as moléculas bioativas ficam protegidas de fatores desestabilizadores como oxigênio, luz, temperatura e outros solventes.

Figura 1. Representação da micela de caseína e da formação de complexo entre a caseína micelar e moléculas de curcumina.

1 - Representação da micela de caseína e da formação de complexo entre a caseína micelar

Fonte: autores

 

Compostos bioativos adicionados a alimentos

Os compostos bioativos mais encontrados na natureza são os pigmentos naturais (como antocianinas e carotenoides), vitaminas, minerais, fibras, ácidos graxos essenciais (monoinsaturados e polinsaturados), peptídeos, terpenos, e outras substâncias (VOLP et al., 2011).

A adição de compostos bioativos em alimentos convencionais destaca-se devido aos seus grandes benefícios à saúde. Isto se deve ao fato, de além de cumprir a função básica de alimentação, esses alimentos podem contribuir na prevenção de doenças cardiovasculares, câncer, diabetes e doença de Alzheimer.

Estes alimentos apresentam um negócio potencialmente lucrativo, uma vez que é possível agregar valor ao produto e ao mesmo tempo atender às demandas contemporâneas dos consumidores, que estão valorizando cada vez mais os alimentos que são associados a melhoria da saúde (ARROYO et al., 2019).

De acordo com uma pesquisa realizada pela companhia americana ADM em 2020, 50% dos consumidores relataram uma preferência por alimentos e bebidas que contêm ingredientes naturais que apresentam efeitos nutracêuticos.

A pesquisa pontua que esta é uma forte tendência global para o ano de 2021, visto as consequências das mudanças comportamentais e sociais que surgiram desde o início da pandemia devido à Covid-19, incluindo sentimentos intensificados de ansiedade e estresse, mudanças nas relações sociais e a adoção de uma abordagem ainda mais preocupada com a saúde e bem-estar.

No Brasil, já existem diversas pesquisas com objetivo de desenvolver novos produtos alimentícios de diferentes matrizes dietéticas de alta importância, como pão, iogurte, queijos e sucos (SOBRAL et al., 2016; ARROYO et al., 2019).

Nestes produtos são incorporados ingredientes funcionais, tais como fibras, flavonoides, carotenoides, prebióticos e probióticos, agregando valor nutricional e bioativo, mantendo os padrões de qualidade que são exigidos pela legislação brasileira (CHAGAS et al., 2020).

A utilização dos compostos bioativos como ingredientes para o processamento de alimentos é potencialmente promissora para a indústria, possibilitando a inovação e diversificação de diversas linhas de produto. Além disso, suprem as novas tendências dos consumidores, que busca qualidade de vida e bem estar.

Entretanto, a indústria de alimentos possui um grande desafio, que é conseguir direcionar seus esforços para unir o conceito de saudabilidade à estabilidade das formulações, as questões regulatórias da legislação, ao custo do produto final e a uma boa aceitação sensorial (CHAGAS et al., 2020).

 

Características das proteínas do leite para atuarem como carreadoras de compostos bioativos

O leite possui, aproximadamente, 3,5% (m/m) de proteínas, sendo que cerca de 80% delas são caseínas e 20% são proteínas do soro. As caseínas são proteínas desordenadas, denominadas αs1, αs2, β e κ-caseínas e, no leite, juntamente com nanoagregados de fosfato de cálcio coloidal, formam uma estrutura supramolecular de carga residual negativa e diâmetro médio de 200 nm, chamada de micela de caseína.

Nesta micela de caseína, as proteínas mais hidrofóbicas (αs1, αs2, β) ficam localizadas mais no interior, enquanto a e κ-caseína, que é mais hidrofílica, fica na superfície da partícula coloidal (Figura 1) (WALSTRA).

As proteínas do soro possuem estrutura globular e são partículas coloidais muito menores do que as micelas de caseína (no máximo de 12 nm). As principais representantes de importância tecnológica são a β-lactoglobulina (aproximadamente 50% das proteínas do soro) e a α-lactoalbumina (em média, 20% das proteínas deste grupo). As demais compreendem as imunoglobulinas, albumina do soro bovino (BSA), lactoferrin e enzimas (Tabela 1).

Proteínas do soro
Fonte adaptada: Fox & McSweeney (2013)

Apesar de apresentarem composição de aminoácidos, estrutura tridimensional e propriedades termodinâmicas diferentes, tanto as caseínas (na forma monomérica, micela simples ou micela mista) quanto as proteínas do soro apresentam regiões hidrofóbicas que funcionam como sítios capazes de interagirem com as moléculas bioativas.

Portanto, apresentam potencial de veicularem estes compostos em diferentes alimentos e matrizes, incluindo aqueles que não possuem ou possuem baixa concentração de gordura.

 

Complexos entre proteínas do leite e compostos bioativos

As proteínas do leite podem se ligar a uma variedade de moléculas bioativas com diferentes graus de afinidade e especificidade, formando complexos estáveis em condições físico-químicas do meio variadas.

Portanto, esses complexos têm se mostrado altamente promissores para o transporte, proteção e liberação de muitos compostos bioativos e nutracêuticos, como a curcumina, resveratrol, vitaminas, cafeína, quercetina, dentre outros (MOHAMMADIAN et al., 2020). 

Os resultados desses estudos indicaram que em geral estes compostos são mais ativos quando complexados em relação às formas livres, como consequência do aumento de sua solubilidade em água, estabilidade química, atividade antioxidante e biodisponibilidade, fatores essenciais para a utilização efetiva dos mesmos em formulações alimentícias. 

Como exemplo promissor destes sistemas nanoestruturados, destaca-se a complexação entre a curcumina e a caseína micelar. Embora a curcumina seja considerada a molécula bioativa do século, devido aos seus inúmeros efeitos benéficos a saúde, a sua alta hidrofobicidade e baixa estabilidade química e térmica constituem os principais obstáculos para seu processamento e formulação.

No entanto, estudos recentes mostraram que após a formação de complexos com a caseína micelar, supreendentemente, a solubilidade em água da curcumina foi aumentada e sua degradação térmica foi reduzida em até três vezes em comparação a sua forma isolada, demonstrando a potencial capacidade de proteção e transporte desse nanoagregado proteico (HUDSON et al., 2019).

Complexos formados pela interação entre β-lactoglobulina e resveratrol também foram sugeridos como adequados para proteção e carreamento deste polifenol bioativo durante o seu processamento e entrega no organismo.

Embora apresente propriedades terapêuticas únicas, como atividade antioxidante e anticancerígenas, o uso do resveratrol em produtos funcionais vem sendo bastante limitado devido sua baixa solubilidade em água, baixa biodisponibilidade oral e alta instabilidade química.

Diante deste desafio, a complexação com β-lactoglobulina foi relatada como eficaz na melhoria da solubilidade e estabilidade do resveratrol contra a oxidação e degradação térmica, resultando na intensificação de sua atividade antioxidante (GUO; JAUREGI, 2018). 

Além de maximizar os efeitos nutracêuticos de muitas moléculas bioativas, a complexação com proteínas pode auxiliar no mascaramento de efeitos indesejáveis presentes em alguns destes compostos, como sabor e odor, aumentando consequentemente sua aceitação. A cafeína é comumente usada como um ativo de bebidas energéticas devido aos seus efeitos no sistema nervoso central, reduzindo a sonolência e restaurando a concentração.

 Embora seus benefícios sejam atraentes para os consumidores, seu gosto amargo característico, associado à sua baixa solubilidade em água, tem limitado a aplicação deste bioativo em certas formulações alimentícias.

Uma estratégia para superar estas limitações foi a formação de complexos com α-lactoalbumina, que se mostraram altamente eficientes na encapsulação, proteção e carreamento da cafeína nas temperaturas de refrigeração e em pH neutro ou alcalino (FUCIÑOS et al., 2017).

Os estudos exemplificados acima mostram claramente o potencial das proteínas do leite como carreadores de moléculas bioativas por meio do processo de complexação, e seu papel importante no aumento da biodisponibilidade, solubilidade e proteção destes compostos.

Entretanto, ainda existem muitos desafios associados à otimização desses sistemas para que possam ser usados em formulações comerciais, e por isso, mais estudos científicos fundamentais se fazem necessários.

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Referências

ARROYO, B.J. et al. Bioactive compounds and their potential use as ingredients for food and their application in food packaging. Bioactive Compounds, p.143-156, 2019.

CHICAGO - (BUSINESS WIRE) - A ADM. As cinco principais tendências globais que moldarão a indústria de alimentos em 2021. Disponível em: https://www.adm.com/news/news-releases/top-five-global-trends-that-will-shape-the-food-industry-in-2021. Acesso em: 01 de mar de 2021.

CHAGAS, A. A. et al. Compostos bioativos de interesse para a indústria de alimentos: propriedades, aplicações e perspectivas para o mercado consumidor. Research, Society and Development, v. 9, p. e3469108094, 2020.

FOX, P.F., McSWEENEY, P.L.H. Advanced Dairy Chemistry: Proteins, 3rd ed, Kluwer Academic, 2003.

FUCIÑOS, C. et al. Creating functional nanostructures: Encapsulation of caffeine into α-lactalbumin nanotubes. Innovative Food Science and Emerging Technologies, v. 40, p. 10–17, 2017.

GUO, Y.; JAUREGI, P. Protective effect of β-lactoglobulin against heat induced loss of antioxidant activity of resveratrol. Food Chemistry, v. 266, p. 101–109, nov. 2018.

HUDSON, E. A. et al. Curcumin-micellar casein multisite interactions elucidated by surface plasmon resonance. International Journal of Biological Macromolecules, v. 133, p. 860–866, 2019.

MOHAMMADIAN, M. et al. Nanostructured food proteins as efficient systems for the encapsulation of bioactive compounds. Food Science and Human Wellness, v. 9, p. 199–213, 2020.

SOBRAL, D. et al. Can lutein replace annatto in the manufacture of Prato cheese?. LWT, v. 68, p. 349-355, 2016.

VOLP, A. C. P. et al., Carotenoides: pigmentos naturais como compostos bioativos. Revista brasileira de nutrição clínica 26 (4): 291-8, 2011.

WALSTRA, P. et al. Dairy Science and Technology, 2nd ed, Taylor & Francis, 2006.

*Fonte da foto do artigo: Freepik

TALMA DUARTE FREITAS

Engenheira de Alimentos e mestranda do Laboratório de Termodinâmica Molecular Aplicada (THERMA-UFV).

YARA LUIZA COELHO

Doutora em Agroquímica e pós-doutoranda do Grupo de Pesquisa Química de Coloides (GPQC-UNIFAL).

LUIS HENRIQUE MENDES DA SILVA

Professor Doutor do Departamento de Química da UFV e coordenador do Grupo Química Verde, Coloidal e Macromolecular (QUIVECOM-UFV).

ANA CLARISSA DOS SANTOS PIRES

Profa. Dra. Ana Clarissa dos Santos Pires, Professora do Departamento de Tecnologia de Alimentos da UFV e coordenadora do Laboratório de Termodinâmica Molecular Aplicada (THERMA-UFV)

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