Avaliação da interação de proteínas e antinutrientes e o seu efeito na digestibilidade in vitro e geleificação de proteínas

Abstract

Resumo: Alguns alimentos, principalmente as sementes de leguminosas, possuem antinutrientes (AN) capazes de diminuir o seu valor nutritivo. Os ANs mais conhecidos por formarem complexos com proteínas são os taninos, as saponinas e os fitatos. Esses ANs podem influenciar a digestão proteica, atividade enzimática e propriedades funcionais das proteínas. Dessa forma, o objetivo deste trabalho foi avaliar as interações de proteínas e ANs e a sua relação com a digestibilidade proteica in vitro (DPIV) e geleificação de proteínas. Os estudos de interação molecular foram realizados por calorimetria de titulação isotérmica e a capacidade geleificante foi determinada utilizando reologia oscilatória. Foi observado que as interações do ácido fítico (AF) com a albumina do soro bovino (BSA) ocorrem principalmente por interações eletrostáticas e são favorecidas pelo aumento da temperatura e baixa força iônica. Na presença de cátions divalentes (Mg2+, Ca2+ e Mn2+), o AF forma um complexo ternário com a BSA, o qual interfere na solubilidade da proteína, mas não afeta a sua DPIV. As interações entre o ácido tânico (AT) e BSA ocorrem em diversos sítios da proteína por ligações hidrofílicas e hidrofóbicas. Estas interações tornam-se menos favoráveis com o aquecimento e mais favoráveis com o aumento da força iônica. O AT diminui a DPIV drasticamente (em até 100% dependendo da razão mássica de AT/BSA), sendo que os cátions divalentes agravam o efeito negativo do AT na DPIV. As interações entre a saponina da casca de Quillaja (SCQ) e BSA não afetarem a DPIV em baixas razões mássicas de SCQ/BSA. Além disso, a SCQ melhorou a capacidade geleificante da BSA. As interações moleculares da proteína com misturas de ANs mostraram que o AF aumenta a afinidade entre o AT e BSA e que a SCQ aumenta a complexidade das ligações nos sistemas contendo AT, SCQ e BSA. As misturas de ANs influenciaram a DPIV sendo observado um efeito sinérgico quando mais de um AN estava presente, provavelmente devido a interações complexas envolvendo enzimas digestivas, interações AN-AN, competição, entre outros. Os ANs AF e AT promoveram alterações na estrutura secundária das proteínas, diminuindo a porcentagem de a-hélice, além de diminuírem a solubilidade proteica. Por outro lado, a SCQ não promoveu alterações na estrutura secundária e solubilidade da proteína. Os ANs alteraram a geleificação de isolados proteicos comerciais de maneira diferente para cada proteína (soja, ervilha ou arroz). Isso ocorre devido às interações destes com as cadeias polipeptídicas da proteína, o que afeta a sua solubilidade e estabilidade e, dessa forma, a sua organização durante a geleificação. Os ANs estão comumente presentes nos alimentos e podem impactar de maneira significativa no comportamento das proteínas, tanto no alimento quanto em organismos vivos, e este impacto pode ser minimizado ou maximizado dependendo das condições do meio (temperatura, força iônica, presença de cátions divalentes e razão mássica dos componentes). O entendimento das interações envolvendo os ANs se torna essencial para o processamento e melhor aproveitamento de alimentos que podem ser ricos nessas substâncias

Abstract: Some foods, especially legume seeds, have antinutrient (AN) capable of decreasing their nutritional value. The ANs most known to form complexes with proteins are tannins, saponins and phytates. These ANs can influence protein digestion, enzymatic activity and functional properties of proteins. Thus, the aim of this work was to evaluate the interactions of proteins and ANs and their influence on in vitro protein digestibility (IVPD) and protein gelation. Molecular interaction studies were performed by isothermal titration calorimetry and the gelation capacity was determined using oscillatory rheology. Results showed that the interactions of phytic acid (PA) with bovine serum albumin (BSA) occur mainly by electrostatic forces and are favored by heating and low ionic strength. In the presence of divalent cations (Mg2+, Ca2+ and Mn2+), the PA forms a ternary complex with BSA, which interferes with the solubility of the protein but does not affect its IVPD. The interactions between tannic acid (TA) and BSA occur at several sites of the protein by hydrophilic and hydrophobic bonds. These interactions become less favorable with heating and more favorable with increasing ionic strength. TA decreases IVPD dramatically (up to 100% depending on the TA/BSA mass ratio), and the divalent salts aggravate the negative effect of TA on IVPD. The interactions between Quillaja bark saponin (QBS) and BSA did not affect IVPD at low QBS/BSA mass ratios. Besides, the QBS increased the gelation ability of the BSA. Molecular interactions of the protein with mixtures of ANs showed that PA increases the affinity between TA and BSA and that QBS increases the complexity of the binding in systems containing TA, QBS and BSA. Mixtures of ANs influenced IVPD and a synergistic effect was observed when more than one AN was present, probably due to complex interactions involving digestive enzymes, AN-AN interactions, competition, among others. The antinutrients PA and TA changed the protein secondary structure, decreasing the a-helix percentage, in addition to decreasing the protein solubility. On the other hand, QBS does not promote changes in protein secondary structure and solubility. The ANs altered the gelation of commercial protein isolates differently for each protein (soy, pea or rice). This is due to the interactions of ANs with the polypeptide chains of the proteins which affects protein solubility and stability and, thus, its organization during the gel formation. The ANs are commonly present in foods and can significantly impact the behavior of proteins both in food and in living organisms and this impact can be minimized or maximized depending on the conditions of the medium (temperature, ionic strength, presence of divalent cations and mass ratio components). Understanding the interactions involving ANs becomes essential for the processing and better utilization of foods that may be rich in these substances