Modificaciones tecnológicas de okara de soja. Aplicaciones en el área alimentaria

Tesis

Resumen *

El término okara hace referencia al residuo insoluble obtenido luego de filtrar la lechada de soja. Particularmente, en esta investigación, nos referimos al okara de soja cuando hablamos del residuo obtenido luego de un proceso de extracción alcalina sobre copos desgrasados de dicho grano, empleando adicionalmente un proceso físico (ultrasonido de alta frecuencia) aplicado antes o después de la extracción alcalina dando como resultado las fracciones denominadas OK, S-OK y OK-S. Posteriormente, los polisacáridos del okara pueden separarse en solubles e insolubles bajo condiciones de extracción ácida, alta temperaturas y presión elevadas (pH 3-3,5, 120 °C, 1 atm). Este proceso permite obtener una fracción soluble, comercializada como SSPS (soluble soybean polysaccharides), y una fracción insolubledenominada como ISPS (insoluble soybean polysaccharides). Actualmente, solo existe un limitado número de fuentes de literatura específica sobre la mencionada fracción insoluble, siendo una de las primeras en el tema la generada por el grupo de investigación donde se ha realizado el presente trabajo. Siguiendo la nomenclatura utilizada para los okaras, el proceso de extracción ácida permitió la obtención de las fracciones ISPS, S-ISPS e ISPS-S. En el presente trabajo, además de la obtención y caracterización de las fracciones de okara y de ISPS, se propuso el análisis de sus propiedades emulsificantes en sistemas O/W, preparadas a pH ácido, con y sin la adición de sales.En el Capítulo I, se presenta una introducción general acerca de la composición del poroto de soja, las diferentes transformaciones industriales de importancia, los procesos de fraccionamiento de diferentes subproductos de la industria, los procesos de homogeneización destinados al desarrollo de emulsiones alimentarias y los diferentes equipos utilizados en este tipo de proceso, y los diferentes mecanismos de desestabilización de dichas emulsiones. En el Capítulo II, se detallan los procedimientos de obtención y caracterización fisicoquímica (proteína bruta, electroforesis, fibra dietaria total, azúcares neutros, cenizas y humedad) para las fracciones de okara e ISPS. Además, se analizaron los perfiles espectrales FTIR y los cambios morfológicos en sus fibras, generados producto del proceso desonicación (S-OK y S-ISPS). El fenómeno de cavitación produjo una ruptura de las estructuras de los polisacáridos disminuyendo considerablemente el tamaño de partícula de las fracciones de los okara y aumentando su área superficial. Por otro lado, el tratamiento de sonicación aplicado previamente al proceso de extracción alcalina, también pudo generar la formación de agregados proteicos de elevado peso molecular.En el Capítulo III, se muestran las propiedades de interface (solubilidad proteica, tensión interfacial, reología interfacial y potencial Z) de las diferentes fracciones de okara e ISPS. Estas propiedades se evaluaron a diferentes condiciones de pH (3,0 y 4,5) con y sin el agregado de sales (NaCl y CaCl2). Se observó que la muestra S-OK fue la única que presentó una curva de solubilidad en función del pH tipo U, presentando la menor solubilidad en el punto isoeléctrico de las proteínas de reserva (pI ~4,5). S-OK mostró una solubilidad asociada, principalmente, al elevado contenido de estructuras proteicas relacionadas con la glicinina (11S) que precipitaron formando agregados reversibles a través de interacciones no covalentes durante el proceso de sonicación. Las curvas de las fracciones OK y OK-S, demostraron la presencia de proteínas prácticamente insolubles. Por otro lado, las fracciones ISPS presentaron mayor solubilidad que las fracciones de okara correspondientes. Esto estaría ligado a diversos factores como la hidrólisis proteica y/o a la desamidación de dichas estructuras bajo condiciones ácidas fuertes, elevada temperatura y presión. Respecto al análisis de la actividad interfacial, todas las fracciones obtenidas permitieron una reducción de este parámetro. Particularmente, las dispersiones de ISPS, a bajas concentraciones, presentaron una alta capacidad para aumentar su actividad interfacial. Respecto a las fracciones de okara. Dichas dispersiones, también permitieron una reducción importante en los valores de tensión superficial en el equilibrio. Por último, las dispersiones S-OK y S-ISPS promovieron la formación de un film más resistente (valores η* más altos) con respecto a las otras fracciones. Este aumento de η* podría atribuirse a una buena actividad emulsionante, debido a un mayor contenido de proteínas y/o a la acción de los polisacáridos que modifican la estructura de la película al interactuar directamente en la interfaz (mediante estructuras glicoproteicas) o en la formación de capas externas.En el Capítulo IV, se describe el estudio de las propiedades emulsificantes de las diferentes fracciones de okara e ISPS como agentes emulsificantes en sistemas O/W. Esta propiedad fue evaluada a través de la caracterización óptica de las mismas mediante un analizador vertical de barrido (Turbiscan), un microscopio óptico, un analizador de tamaño de partículas y un reómetro oscilatorio. Las emulsiones finas formuladas con la fracción S-OK a pH 3,0, exhibieron tamaños de gotas D[4,3] entre 10,7 a 12,2 µm. En cambio, a pH 4,5, todas las emulsiones formuladas con las fracciones de S-OK mostraron tamaños de gotas superiores a 50 µm. El incremento del pH modificaría claramente el comportamiento interfacial de las proteínas, al igual que en las emulsiones gruesas el pI limitaría la actividad de las proteínas, afectando la capacidad emulsificante y aumentando el tamaño de partícula inicial. Adicionalmente, el agregado de sales no modificó significativamente el tamaño de partícula inicial, sin embargo, esta adición generó una mayor estabilidad del tamaño de partícula en el tiempo a pH 3,0. En condiciones de pH 4,5, la adición de sales permitió disminuir el tamaño de partícula inicial. Probablemente, las interacciones entre este emulsionante y las sales adicionadas podrían tener un efecto importante en la generación de un film interfacial más resistente permitiendo la interacción a nivel interfacial entre las estructuras proteicas y los polisacáridos, y manteniendo una estructura de flóculos más compacta, la cual se observó mediante el comportamiento microscópico y reológico de los sistemas.Por otro lado, Todas las emulsiones formuladas con fracciones de polisacáridos insolubles de soja (ISPS, S-ISPS, ISPS-S) mostraron valores iniciales D[4,3] sin variaciones considerables a lo largo del tiempo. S-ISPS generó las emulsiones con menores tamaños de gota durante su almacenamiento, con grados de floculación mayores al 40 % a ambos pH. A diferencia de la fracción de okara, las fracciones ISPS no se vieron afectadas en forma importante por la influencia del pH. En este tipo de fracciones, las proteínas que brindan la actividad emulsificante no estarían relacionadas a las proteínas de reserva de la soja, y por ello, no se ven afectadas en condiciones de pH cercanas a las del punto isoeléctrico. Por otra parte, el agregado de sales tampoco tuvo un efecto significativo sobre el proceso de desestabilización global. Estos resultados resaltan las condiciones los polisacáridos insolubles de soja para ser incorporados en la formulación de emulsiones alimenticias. También, la posibilidad de la inclusión de sales de sodio y calcio en formulaciones para el desarrollo de emulsiones ácidas. Información suministrada por el agente en SIGEVA