Processamento dos soros de leite bovino, caprino e bubalino : ultrafiltração, emulsificação e tratamento enzimático

Abstract

Resumo: O soro de leite, produzido em grande volume a partir da produção de queijos, possui potencial poluidor que pode ser superior ao esgoto doméstico. Sua característica poluidora dificulta seu descarte e é atribuída a sua rica composição nutricional. Logo, alguns estudos vêm buscando alternativas, no sentido de reduzir o impacto ambiental causado pelo descarte incorreto do soro de leite e ao mesmo tempo promover a recuperação de componentes nutricionalmente valiosos. No entanto, o descarte do soro de leite ainda é uma prática frequente e, dentre os processos já estudados, não há metodologia que vise à concentração das proteínas e a hidrólise enzimática da lactose de forma simultânea. Este processo tornaria o permeado da ultrafiltração do soro de leite útil para o emprego em produtos destinados às pessoas intolerantes à lactose. Neste sentido, o presente trabalho possui como principal objetivo avaliar o processamento do soro de leite bovino, caprino e bubalino, por meio de separação por membranas e processo enzimático, bem como, avaliar a aplicação dos concentrados proteicos no preparo de emulsões. As melhores condições operacionais do processo de ultrafiltração (UF) foram determinadas por meio de delineamento composto central rotacional (DCCR), utilizando a amostra de soro de leite bovino reconstituído, sendo obtida concentração proteica de aproximadamente 37 g L-1, a 60 kPa e 40 °C. A UF dos soros de leite de cabra e de búfala resultou em menor fluxo de permeado, provavelmente devido aos elevados teores de proteínas e cálcio. O melhor ajuste foi verificado pelo modelo de Ho e Zydney, o qual sugere que o fouling ocorre devido ao bloqueio dos poros e posterior depósito na superfície da membrana. A hidrólise da lactose foi investigada com a enzima ?-galactosidase de origem do micro-organismo Kluyveromyces lactis, na forma livre e imobilizada em esferas de alginato. Observou-se maior atividade em pH 7,0 e a 35 ºC, para ambas as formas da enzima. Notou-se maior estabilidade para a enzima imobilizada, possivelmente pela proteção conferida à enzima pelas esferas de alginato, o que reduziu a transferência de massa e, consequentemente, resultou em menor conversão de lactose em comparação à enzima livre. Além disso, foi proposto um procedimento experimental integrado, hidrólise-UF, que possibilitou a concentração das proteínas e hidrólise enzimática da lactose de forma simultânea, proporcionando diminuição do tempo de processo. Ainda, investigaram-se os concentrados proteicos quanto à propriedade de emulsificação, onde foram observados melhores resultados a pH 7,0 para todas as amostras avaliadas. Comparando-se a origem das diferentes proteínas empregadas, verificou-se melhor desempenho para os concentrados de origem caprina e bubalina, com geração de emulsões mais estáveis, com maior viscosidade e menor tensão superficial e tamanho de gotas. Observou-se que a desnaturação das proteínas do soro, préhomogeneização, a 80 °C por 20 min, influencia de forma positiva a estabilidade das emulsões. Constatou-se que a interação das proteínas do soro com o Tween 80 permite a utilização de menor concentração de compostos sintéticos para estabilizar emulsões O/A. Assim, espera-se com este trabalho, contribuir para a recuperação dos principais e mais valiosos componentes do soro de leite, agregando valor e evitando seu descarte, bem como, minimizar o impacto ambiental causado. Palavras-chave: Proteínas do soro de leite; Lactose; Hidrólise; Ultrafiltração; Emulsões.

Abstract: Whey, produced in large volume from the production of cheeses, has a polluting potential that may be higher than domestic sewage. Its polluting characteristic makes it difficult to dispose of and is attributed to its rich nutritional composition. Therefore, some studies have been looking for alternatives in order to reduce the environmental impact caused by the incorrect discarding of whey and at the same time promote the recovery of nutritionally valuable components. However, the discarding of whey is still a frequent practice and, among the processes already studied, there is no methodology that focuses on protein concentration and enzymatic hydrolysis of lactose simultaneously. This process would make whey permeate from ultrafiltration process useful for use in products intended for lactose intolerant people. In this sense, the present work has as main objective to evaluate the processing of bovine, goat and buffalo whey, by means of membrane separation and enzymatic process, as well as to evaluate the application of protein concentrates in the preparation of emulsions. The best operating conditions of the ultrafiltration process (UF) were determined by means of the central rotational compound (DCCR), using the whey powder sample, obtaining a protein concentration of approximately 37 g L-1, at 60 kPa and 40 °C. UF process of goat and buffalo whey resulted in lower permeate flux, probably due to high protein and calcium contents. The best fit was verified by the Ho and Zydney model, which suggests that fouling occurs due to pore blocking and subsequent deposition on the membrane surface. The hydrolysis of lactose was investigated with the enzyme ?-galactosidase from the microorganism Kluyveromyces lactis, in free form and immobilized on alginate beads. It was observed higher activity at pH 7.0 and at 35ºC for both forms of the enzyme. Greater stability was observed for the immobilized enzyme, possibly due to the protection afforded to the enzyme by the alginate beads, which also tended to reduce mass transfer and, consequently, resulted in a lower conversion of lactose compared to the free enzyme. In addition, an integrated experimental procedure, hydrolysis-UF, was proposed, which enabled the protein concentration and the enzymatic hydrolysis of lactose simultaneously, allowing a reduction of the process time. Furthermore, protein concentrates were investigated for emulsification property, where better results were observed at pH 7.0 for all samples evaluated. Comparing the origin of the different proteins employed, it was found a better performance for goat and buffalo concentrates, with generation of more stable emulsions, with higher viscosity and lower surface tension and droplet size. Denaturation of whey protein homogenization at 80 °C for 20 min positively influences emulsion stability. The interaction of whey proteins with Tween 80 has been found to allow the use of lower concentrations of synthetic compounds to stabilize O/W emulsions. Thus, it is hoped with this work, to contribute to the recovery of the main and most valuable components of whey, adding value and avoiding its disposal, as well as minimize the environmental impact caused. Keywords: Whey protein; Lactose; Hydrolysis; Ultrafiltration; Emulsions.