+Soro - pesquisa brasileira aplicada ao aproveitamento de soro lácteo

Prof. Dr. Ítalo Tuler Perrone (1)

Prof. Dr. Antônio Fernandes de Carvalho (1)

Dr. Pierre Schuck (2)

Prof. Dr. Rodrigo Stephani (3)

Prof. Dr. Luiz Fernando Cappa de Oliveira (3)


(1) INOVALEITE - Universidade Federal de Viçosa (2) Institut National de la Recherche Agronomique (INRA)

(3) NEEM - Universidade Federal de Juiz de Fora



Introdução:

O soro pode ser estudado sobre diferentes aspectos pela comunidade científica. Neste resumo são apresentadas as principais pesquisas realizadas pelo INOVALEITE, do Departamento de Tecnologia de Alimentos da UFV no período entre 2015 e julho de 2017. Visando potencializar os recursos públicos e privados investidos em pesquisa os trabalhos foram realizados por meio de parcerias entre a UFV e as seguintes instituições: Departamentos de Química, Medicina e Física da UFJF, Institut National de la Recherche Agronomique UMR STLO Agrocampus Ouest, e o Instituto de Laticínios Cândido Tostes. As principais linhas de pesquisa podem ser divididas em três temas centrais: Processamento industrial, Métodos analíticos e Produtos com valor agregado. Os assuntos abordados em cada tema foram:

  • Processamento industrial: desenvolvimento de software para controle das condições de operação de spray dryers (DryCalc)[1,5,10], efeito do tipo de tanque de cristalização na cinética de formação dos cristais de lactose em soro concentrado [7], tecnologias para produção de soro em pó [9,11,15] e a produção de doce de leite adicionado de soro [14].

  • Métodos analíticos: emprego da espectroscopia Raman para monitoramento das modificações físico químicas de concentrados proteicos do soro durante o armazenamento [2], aplicação da eletroforese capilar na determinação da fraude de leite por adição de soro [8], aplicação do analisador rápido de viscosidade para avaliar o efeito sinérgico de proteínas lácteas submetidas ao tratamento térmico [12,13,16].

  • Produtos com valor agregado: suplementação de pacientes [3,4] e fórmulas infantis [5,6].


Desenvolvimento do tema:

O processamento industrial é diretamente afetado pelas propriedades físico-químicas e tecnológicas do soro. Desta forma, é determinante o conhecimento das interações entre produto e processo, visando o desenvolvimento de produtos, a produção em escala, o armazenamento dos produtos acabados e a redução das perdas de processo. Dentre os processamentos do soro destacam-se os processos de separação por membranas e a secagem em spray dryer, que permitem a produção do soro em pó e dos concentrados proteicos do soro, assim como a produção de lactose e de sais do leite em pó.  A evolução dos produtos lácteos desidratados é apresentada por meio da classificação dos produtos por gerações. A Figura 1 sintetiza esta classificação.


Figura 1 – Classificação dos produtos lácteos desidratados por gerações, segundo Shuck et al. [5].


     O grau de sofisticação tecnológica e de valor agregado cresce de acordo com a geração, desta forma, produtos de primeira geração empregam menor grau de tecnologia durante o seu processamento e menor valor agregado na venda. O Brasil possui demanda de mercado para os produtos das quatro gerações, enquanto que o parque industrial busca atualmente consolidar-se na produção de produtos de segunda geração e terceira geração.

     O conhecimento sobre a secagem de soro mudou significativamente nos últimos 20 anos. As indústrias começaram a utilizar em maior escala conhecimentos técnicos e científicos para a produção do soro em pó. Os principais problemas em soro em pó são: a adesão e o empedramento durante a fabricação e estocagem levando a diminuição do rendimento industrial. Estes problemas baseiam-se no controle do estado vítreo durante o processo de secagem e estocagem. Devido à importância da transição vítrea, os parâmetros de operação do spray dryer devem ser ajustados para melhorar o soro em pó. Visando a melhoria do processo de secagem de soro recomenda-se que as indústrias: apliquem termohigrômetros para determinar as propriedades do ar, estabeçam a relação entre a atividade de água e a umidade relativa do ar de saída e ajustem os parâmetros de secagem baseados nas propriedades do ar e do soro. Um resultado concreto das pesquisas realizadas na área de soro no Brasil com aplicação direta na indústria foi o estabelecimento do aplicativo DryCalc. Este aplicativo auxilia o controle do processo de secagem, principalmente no tocante aos balanços de massa e de energia. A Figura 2 apresenta a tela do aplicativo DryCalc.


​Figura 2 – Aplicativo DryCalc desenvolvido para auxiliar o controle industrial do processo de secagem.


A manutenção das propriedades do soro em pó durante a produção e o armazenamento depende da eficiência do processo de cristalização da lactose no soro concentrado. Neste sentido, realizou-se no Brasil pesquisa [7] com o objetivo de avaliar o efeito do tipo de cristalizador na eficiência da cristalização da lactose em soro de leite concentrado. Estudaram-se equipamentos que dispunham de diferentes formas de agitação (tanque 1 - agitador central e tanque 2 - agitador periférico), mantendo as demais condições de cristalização constantes, como: taxa de resfriamento; temperatura; velocidade de agitação; tempo de cristalização; e teor se sólidos solúveis por tratamento. A maior taxa de cristalização no soro concentrado foi obtida pelo emprego da agitação central [Tempo (min) = 0,1927·(%cristalização da lactose) + 21,681] e [Tempo (min) = -0,06 · (ºBrix) + 51,233]. Sob a taxa de resfriamento de -0,34 ºC ± 0,05 ºC por minuto durante a primeira hora e alcançando a temperatura de 25,8º± 1,2 ºC após 4 horas, a agitação central promoveu as maiores taxas de cristalização em soro concentrado com 50, 55 e 60 ºBrix.  Observou-se que mudanças nas condições de cristalização do soro concentrado (em diferentes tanques) e no teor de sólidos solúveis implicam na obtenção de pós com diferentes propriedades de reidratação, de adesão e com teores distintos de lactose cristalizada, impactando na conservação durante o prazo de validade.

Saindo das pesquisas de processamento e entrando nas pesquisas sobre métodos analíticos destacam-se pesquisas sobre emprego da espectroscopia Raman para monitoramento das modificações físico químicas de concentrados proteicos do soro durante o armazenamento [2]. Podemos citar uma situação prática de aplicação da espectroscopia, quando existe o interesse em identificar as características de moléculas específicas, como por exemplo a lactose, dentro de um ambiente químico que pode ser modificado com o tempo de armazenamento, por exemplo, o soro em pó e concentrado proteico de soro (WPC). A mudança da estrutura da lactose é a principal modificação física dos lácteos desidratados e precursora de outras mudanças durante o período de armazenamento do produto. A lactose é o componente do extrato seco total mais abundante do soro. Após a remoção da água, a lactose encontra-se no estado vítreo, que dependendo das condições composição do produto e das vizinhanças que o cercam é altamente higroscópica, absorvendo facilmente a água do ambiente. O aumento da umidade relativa, da temperatura e escalas de tempo relevantes são os fatores predominantes envolvidos na cristalização da lactose, afetando diretamente as propriedades funcionais dos produtos secos que contêm esse dissacarídeo. A cristalização ocorre acima da temperatura de transição vítrea (Tg), definida como a temperatura em que ocorre a transição de um estado sólido vítreo para um estado semi-líquido (gomoso). Abaixo da Tg, um material amorfo apresenta alta viscosidade e limitada mobilidade molecular; na temperatura de transição vítrea e acima dela, a viscosidade diminui drasticamente e o resultado é um aumento significativo na mobilidade molecular dos componentes do sistema, levando a uma série de transformações estruturais como aderência, colapso e cristalização durante o período de processamento e armazenamento do material. Nas últimas décadas, os métodos espectroscópicos, juntamente com as ferramentas quimiométricas, têm sido aplicados para avaliar a qualidade de produtos lácteos como uma alternativa para os procedimentos tradicionais. A Figura 3 mostra o espectro Raman do WPC produzido em condições ideias (A), WPC produzido em condições ideais e armazenado durante 6 semanas em condição ambiente (B) e α-lactose monohidratada (C).


FIGURA 3 – Espectros Raman do WPC produzido em condições ideias (A), WPC produzido em condições ideais e armazenado durante 6 semanas em condição ambiente (B); α-lactose monohidratada (C).

     As modificações que ocorrem nos espectros Raman das amostras armazenadas em condição ambiente são provocadas, principalmente, pelo aumento na quantidade de água no pó. Quando o WPC é exposto à umidade relativa alta, o pó absorve água e há um aumento da concentração desta no alimento. Como consequência, ocorre uma diminuição da viscosidade e aumento da mobilidade molecular. Esses dois fatores determinam uma série de modificações estruturais dependentes do tempo, tais como: gomosidade, colapso e cristalização dos componentes amorfos, que diminuem a vida útil do WPC e, por consequência, a sua qualidade. Isso indica que a espectroscopia Raman é uma ferramenta emergente para o monitoramento da qualidade de WPC durante o período de armazenamento, considerando a sua sensibilidade para identificar mudanças na estrutura da molécula de lactose devido à transição vítrea, que pode ter como fator de promoção, embalagens danificadas, avançada data de fabricação ou exposição excessiva a altas temperaturas durante a logística.

     Quanto às pesquisas relativas à utilização do soro para obtenção de produtos com valor agregado destacam-se os trabalhos com alimentação infantil e alimentações especiais. Trabalhos científicos realizados [3,4] enfatizam a importância de moléculas presentes no soro devido ao seu potencial de aplicação. Os pacientes em regime de condicionamento para o transplante de células tronco hematopoéticas apresentam elevada incidência das formas mais graves da mucosite oral. O concentrado de proteínas do soro é composto por uma série de fatores de c