PROPRIEDADES DE TEXTURA E SINÉRESE DE GÉIS ELABORADOS A PARTIR DO EXOPOLISSACARÍDEO PRODUZIDO POR Mesorhizobium loti SEMIA 816 UTILIZANDO GLICEROL RESIDUAL COMO FONTE DE CARBONO

ISBN 978-85-85905-21-7

Área

Bioquímica e Biotecnologia

Autores

Oliveira, J.M. (FURG) ; Amaral, S.A. (FURG) ; Burkert, C.A.V. (FURG)

Resumo

A maioria dos hidrocoloides espessa e confere viscosidade às dispersões aquosas, contudo alguns destes também possuem a capacidade de formar géis. O presente estudo tem como objetivo verificar as propriedades de textura bem como a sinérese dos géis elaborados com o exopolissacarídeo (EPS) produzido por Mesorizobium loti Semia 816, comparando com as gomas xantana e gelana. Os géis de xantana e EPS (1% m/v) demonstraram comportamentos similares quanto aos parâmetros de textura instrumental (dureza, adesividade, elasticidade, coesividade, gomosidade e mastigabilidade), entretanto os géis de gelana (1% m/v) mostraram-se de forma geral mais resistentes. A sinérese dos géis foi baixa, com valores inferiores a 3% após 7 dias de armazenamento.

Palavras chaves

biopolímeros; bactérias diazotróficas; hidrocoloides

Introdução

Os exopolissacarídeos (EPS) são produzidos por uma grande variedade de micro-organismos, sendo sintetizados por várias classes de bactérias. São definidos como gomas hidrossolúveis, hidrocoloides ou biopolímeros, possuindo propriedades físicas, estruturais e químicas distintas (CANUTO, 2006; FREITAS; ALVES; REIS, 2011; HUSSAIN et al., 2016). Esses polissacarídeos são conhecidos como gomas devido à sua capacidade de formar soluções viscosas e géis em meio aquoso, mesmo quando aplicados em baixas concentrações (CASTELLANE; LEMOS 2007; HUSSAIN et al., 2016). Inúmeros micro-organismos são capazes de sintetizar e secretar polissacarídeos, os quais são produzidos durante o crescimento microbiano. Dentre eles estão as bactérias diazotróficas da família Rhizobiaceae, constituída pelos gêneros Rhizobium, Sinorhizobium, Mesorhizobium, Bradyrhizobium e Azorhizobium, que são responsáveis pela fixação biológica de nitrogênio, convertendo o nitrogênio molecular atmosférico (N₂) em íon amônio (NH₄+ ) ou aminoácidos. Essas bactérias nos últimos anos vêm sendo investigadas por produzirem quantidades significativas de EPS (FRIZZO, 2007; MONTEIRO et al., 2012; RIBEIRO, 2015; CASTELLANE, 2011; CASTELLANE; LEMOS, 2016). A maior parte dos processos de produção de EPS utiliza preferencialmente glicose e sacarose como fontes de carbono. Contudo, o emprego de matérias- primas alternativas de baixo custo, tais como subprodutos ou rejeitos agroindustriais, pode não só reduzir custos, como também minimizar os problemas ambientais (OLIVEIRA, 2010). De acordo com pesquisas desenvolvidas nos últimos anos, o glicerol possui como componente principal carbono de fácil assimilação (MACHADO JR. et al., 2015; RIBEIRO, 2015; SPIER; BUFFON; BURKERT, 2015; TRINDADE; MUNHOZ; BURKERT, 2015). Por outro lado, a possibilidade de aplicação desses compostos em diferentes áreas, como alimentícia, farmacêutica, petrolífera e cosmética, tem levado a intensivos estudos relacionados à sua obtenção e caracterização, o que é essencial para permitir a sua utilização (RIBEIRO; BURKERT, 2016). A maioria dos hidrocoloides espessa e confere viscosidade às dispersões aquosas, porém alguns destes também possuem outra propriedade, a capacidade de formar géis. As propriedades de textura dos géis, por exemplo, elásticos ou quebradiços, longos ou extensíveis, mastigáveis ou cremosos, variam amplamente com o tipo de hidrocoloide utilizado (SAHA; BHATTACHARYA, 2010). Entre os métodos para a avaliação da textura instrumental em alimentos destaca-se a análise instrumental do perfil de textura (TPA), onde é possível gerar um gráfico de força x tempo. Entendendo que os parâmetros de textura são bastante importantes para géis em geral, é interessante verificar seu comportamento em relação a diferentes sistemas. Os géis tipicamente utilizados em aplicações de modificação de perfil de textura em alimentos compartilham um fenômeno, denominado sinérese, no qual a fase solvente (água) se separa da fase de gel, e como resultado ocorre a diminuição do gel. A taxa desta separação determina o tempo de vida útil de um gel sob qualquer dado conjunto de circunstâncias (ZHANG et al., 2015). Diante disto, o presente estudo, tem como objetivo verificar as propriedades de textura, bem como a sinérese dos géis elaborados com o EPS produzido por Mesorizobium loti Semia 816, comparando com as gomas xantana e gelana.

Material e métodos

Os experimentos foram realizados no Laboratório de Engenharia de Bioprocessos da Universidade Federal do Rio Grande (FURG). Foi utilizada a bactéria Mesorhizobium loti Semia 816. A fonte de carbono utilizada foi o glicerol residual. Para fins de comparação foram utilizadas duas gomas comerciais, gelana e xantana. Inóculo, cultivo e recuperação do EPS: O inóculo foi preparado de acordo com a metodologia de Staudt, Wolfe e Shrout (2012). O cultivo foi realizado com o meio com a seguinte a composição (g/L): 12,2 glicerol residual; 0,4 fosfato de potássio monobásico; 0,1 fosfato de potássio dibásico; 0,2 sulfato de magnésio hepta-hidratado; 0,1 cloreto de sódio; 0,4 extrato de levedura; 0,12 cloreto de manganês tetra-hidratado; 0,15 cloreto de cálcio di-hidratado; pH ajustado em 7,0. O cultivo foi conduzido em frascos agitados a 30°C e 200 rpm (RIBEIRO, 2015). A recuperação do EPS foi realizada através da centrifugação a 13.000 x g por 30 min a 4ºC para remoção de células, seguida de precipitação do EPS pela adição de álcool etílico 96% (1:3v/v). Após 24 h a ± 4ºC, centrifugou-se novamente a 13.000 x g por 15 min. O EPS foi dialisado (limite de exclusão de 12.000 Da) por 72 h a 4°C e liofilizado (RIBEIRO, 2015). Perfil de textura instrumental dos géis formados: Para o preparo dos géis, água e hidrocoloide (goma xantana, goma gelana e EPS liofilizado) foram utilizados, totalizando 50 g. Foram preparados géis com hidrocoloides na concentração de 1,0% m/m. As suspensões foram solubilizadas a 85°C por 10 min com agitação manual, seguido de resfriamento (±25ºC). As amostras foram transferidas para recipientes de 50 mL. Após o período de armazenamento (24 h) as amostras foram submetidas à análise de perfil de textura (TPA) (dureza, elasticidade, coesividade, gomosidade, adesividade e mastigabilidade), com texturômetro TA–XT Plus Texture Analyzer, equipado com um probe cilíndrico de P/0.5R conforme a metodologia adaptada de Costa (2015). Os resultados obtidos da curva força x tempo foram calculados pelo programa Texture Expert para TPA. Sinérese dos géis: As amostras já preparadas (mesmo procedimento para o TPA) foram vertidas em tubos graduados de centrífuga de 50 mL e suas massas (m1) foram determinadas. Estas dispersões foram resfriadas (±25ºC) para fixação dos géis e após armazenadas em estufa a 4°C por período de 1 a 7 dias. Ao término de cada tempo as amostras foram centrifugadas a 13.000 x g por 15 min a 4°C. Após separar e descartar a água, os géis, juntamente com os tubos, foram pesados (m2) novamente. A sinérese (%) foi calculada como [(m1- m2)/m1].100, conforme metodologia descrita por Costa (2015) e Banerjee e Bhattacharya (2011), com adaptações. Os ensaios foram realizados em triplicata, sendo os dados tratados por análise de variância e teste de Tukey, a fim de verificar a existência de diferenças significativas entre os polissacarídeos, a 95% de confiança (p ≤ 0,05)usando o software Statistica 5.0.

Resultado e discussão

A partir das curvas força-deformação calculados pelo programa Texture Expert para TPA, cada tipo de gel mostrou diferentes características de textura. Na Tabela 1 são apresentados os valores médios de três repetições com seus respectivos desvios-padrão para os atributos avaliados na análise instrumental do perfil de textura (TPA). Segundo Bourne (2002), dureza é a força necessária para deformar o produto em uma determinada distância. A dureza está relacionada com a resistência da estrutura do gel sob compressão (LAU; TANG, PAULSON, 2000). O gel de gelana na concentração de 1% m/v claramente distinguiu-se dos outros géis. Um pico alto de dureza (101,22 g) foi observado, seguido por um pico mais baixo durante o primeiro ciclo de compressão. Géis de xantana e do EPS de Mesorhizobium loti Semia 816, a uma concentração de 1% m/v, resultaram em valores de 6,50 g e 6,09 g, respectivamente, não apresentando diferenças significativas entre si, mostrando uma semelhança na resistência da estrutura do gel sob a compressão. A adesividade é definida como o trabalho necessário para ultrapassar as forças de atração entre o material e a superfície da sonda. É dado pelo valor da área correspondente à força negativa. Analisando a Tabela 1, para o parâmetro adesividade não houve diferença significativa (p>0,05) entre os EPSs avaliados. Quando se fala em elevada elasticidade, se refere quando a estrutura do gel é quebrada em poucos pedaços grandes, durante a primeira compreensão. Enquanto a baixa elasticidade resulta do gel quebrando em pequenas peças, em grande quantidade (MARSHALL; VAISEY, 1972). Os três géis analisados não diferiram significativamente a 95% de confiança (p >0,05). Para o parâmetro coesividade, goma gelana (0,60±0,06) se diferenciou significativamente (p<0,05) da goma xantana (0,78±0,04) e do EPS em estudo (0,93±0,08). Segundo Handa, Takahashi e Froning (1998), isso indica o quanto a estrutura do gel permaneceu intacta após a primeira compressão, e para Antunes, Motta e Antunes (2003) a coesividade se relaciona com as forças envolvidas nas ligações internas do produto. Sendo assim, a estrutura de géis de xantana e do EPS de Mesorhizobium loti Semia 816 alcançaram uma coesividade maior do que a de géis da goma gelana. Quanto maiores concentrações de biopolímero forem utilizadas na formulação de géis, maiores necessidades energéticas para desintegrar os géis serão requisitadas. Os resultados de dureza e gomosidade apresentam uma correlação, ou seja, com o aumento da dureza, consequentemente haverá aumento da gomosidade. Os géis adicionados de goma xantana e do EPS de Mesorhizobium loti Semia 816 não apresentaram diferenças significativas entre si (p>0,05), resultando em uma gomosidade de 5,12 N e 5,71 N, respectivamente. A gomosidade da goma gelana foi elevada (60,90 N), visto que esse comportamento se deve possivelmente pelas mesmas interações que influenciaram a dureza e a coesividade dos géis da gelana. A mastigabilidade apresenta uma relação com a gomosidade e a elasticidade, pois a mastigabilidade é produto desses dois parâmetros. Tem grande relação com a análise sensorial, onde é o número de mastigações necessárias para tornar o alimento com consistência adequada para ser engolido. Pode-se observar na Tabela 1 que não houve diferença significativa entre a goma xantana e o EPS em estudo, com valores de 5,19 N e 7,93 N respectivamente. Já a goma gelana comercial apresentou uma gomosidade de 57,06 N, enfatizando que a força e o tempo de mastigação necessário para desintegrar o gel é quase 11 vezes maior, quando comparado com a goma xantana e o EPS. O gel da goma gelana parece ser um gel relativamente mais resistente, enquanto que um gel de xantana e EPS a 1% m/v comportam-se como um gel que possui características de tenacidade mais baixas. Esses resultados indicam que o hidrocoloide de Meshorizobium loti Semia 816 pode ser usado em baixas concentrações para produzir a textura de um produto alimentício semelhante ao elaborado com a goma xantana. É importante ressaltar que esse estudo é pioneiro em analisar o perfil de textura de gel de EPS extraído de uma espécie de bactéria diazotrófica utilizando como fonte de carbono o glicerol residual. De forma geral ainda são poucos os trabalhos que visam analisar tais parâmetros de géis aquosos, sendo os poucos existentes atribuídos apenas à avaliação quanto à firmeza e reologia dos géis de biopolímeros. Os resultados obtidos na avaliação da gelana, goma xantana e do EPS produzido quanto à sinérese dos géis formados encontram-se representados na Tabela 2. Segundo a Tabela 2 todos os géis mostraram baixa sinérese, com valores menores que 3% após 7 dias de armazenamento, não havendo diferença significativa (p<0.05) entre as gomas em estudo, bem como os dias armazenamento. Os géis só apresentaram sinérese a partir do 5º dia (Tabela 2).

*Letras minúsculas diferentes na mesma coluna indicam que há diferença significativa entre os EPSs a 95% de confiança (p<0,05).

Conclusões

Os géis de xantana e EPS (1% m/v) demonstraram comportamentos similares quanto aos parâmetros de textura instrumental (dureza, adesividade, elasticidade, coesividade, gomosidade e mastigabilidade), entretanto os géis de gelana (1% m/v) mostraram-se bem mais resistentes. A sinérese dos géis foi baixa, com valores inferiores a 3% após 7 dias de armazenamento, indicando seu potencial em retardar a sinérese em géis. Desta forma, o EPS de Mesorhizobium loti Semia 816 mostrou propriedades de texturas similares à goma xantana, portanto com potenciais aplicações em diversas áreas, como alimentos, fármacos, cosméticos e meio ambiente.

Agradecimentos

Os autores agradecem à FURG, CAPES, CNPq e FAPERGS.

Referências

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