Proteína estruturadora de gelo em cultivares brasileiras de trigo e centeio: ocorrência, caracterização e aplicação em massas congeladas

Abstract

Proteína estruturadora de gelo (ISP) têm demonstrado um grande potencial na melhoria da qualidade dos alimentos congelados, e a obtenção dessas proteínas a partir de fontes naturais tem sido considerada importante. Cultivaress de trigo de inverno (IPR 84 e CD 104) e primavera (BRS Guabiju, Ônix e LD 062212) e centeio (IPR 89) após 12 dias de germinação, cresceram por sete semanas sob condições naturais (casa de vegetação, sem controle de temperatura, umidade e iluminação) e frio (0 3ºC; UR ~ 80 %) com diferentes regimes de luz (1 400 e 2 000 LUX) e um fotoperíodo de 10/14 h (dia/noite). As plantas foram colhidas e suas folhas, após cortadas, foram trituradas com solução tampão Tris-HCl (pH 7,4) para extração das proteínas pelo método de infiltração a vácuo. Os extratos brutos de ISPs assim obtidos foram reportados como não aclimatados (NA) e aclimatados (AF) e analisados quanto à sua composição química. A presença de ISPs nos extratos foi constatada por eletroforese em SDS-PAGE e pela morfologia dos cristais de gelo. Os extratos AF foram utilizados em massas congeladas para verificar o efeito crioprotetor. Massa fresca (recém preparada) e congelada sem adição de extratos de ISPs foram usadas para comparação. Foram realizadas as seguintes análises nas massas: sinerése, com três ciclos de congelamento/descongelamento, identificação e quantificação de proteínas da massa de pão por SE-HPLC e microestrutura da massa por microscopia eletrônica de varredura (MEV). O teor de sólidos totais variou de 0,74 a 0,86 % para os extratos AF e 0,92 a 1,70 % para os NA; o teor de proteína de 51,69 a 60,69 % para os extratos AF e 43,78 a 52,18 % para os NA. A interação tipo de tratamento e cultivar não influenciou nos teores de cinzas, mas a aclimatação ao frio promoveu menor síntese de minerais. A partir dos resultados de eletroforese em SDS-PAGE, pode-se observar que os extratos NA praticamente não apresentaram bandas, em contrapartida, várias bandas com massa molecular entre 14,4 e 97,0 kDa foram observadas em todos extratos AF. As cultivares de trigo de primavera mostraram-se menos responsivas ao frio do que as de inverno, uma vez que uma quantidade menor de bandas foram observadas nos géis. As cultivares de trigo de inverno, assim como o centeio apresentaram um maior número de bandas entre 14,4 a 66,0 kDa, enquanto que nas de primavera foram identificadas proteínas na faixa de 20,1 a 66,0 kDa. Após a caracterização dos extratos de ISPs, apenas as cultivares de centeio IPR 89 e de trigo de primavera BRS Guabiju e de inverno CD 104 foram utilizadas no seguimento da pesquisa. Os extratos AF obtidos apresentaram capacidade em modificar o formato dos cristais de gelo, formando cristais tetraédricos e hexagonais diferentes dos formados por soluções que não continham ISPs (formatos arredondados e planos) comprovando atividade das proteínas presentes. Embora não significativa, houve uma tendência à diminuição da sinerese das massas de pão congeladas com a adição de extratos de ISPs, principalmente após o terceiro ciclo de congelamento/descongelamento. Extratos de ISPs das cultivares de trigo (BRS Guabiju e CD 104) não exerceram influência no teor de proteínas poliméricas totais (PPT) e não extraíveis (PPNE) nas massas, mas o da cultivar de centeio (IRP 89) reduziu os valores de PPT e PPNE das massas congeladas, as quais exibiram perfil cromatográfico similar aos encontrados para a massa fresca. As imagens em MEV das massas congeladas com e sem extratos de ISPs e da massa fresca permitiram observar os danos causados na rede de glúten com o congelamento. O estudo da microestrutura das massas permitiu verificar que o uso de extratos de ISPs em massa de pão congelada promoveu maior preservação da matriz protéica, indicando um grande potencial para fabricação de um produto com características semelhantes ao de pão fresco. Esses resultados podem contribuir para divulgar a presença dessas proteínas em diferentes cereais plantados no Brasil, e aumentar o interesse na sua obtenção a partir dessas fontes e sua aplicação em alimentos congelados.

Ice structuring protein (ISP) has shown a great potential to improve the quality of frozen foods. The extraction of these proteins from natural sources has been considered important. Twelve days after planting (germination period), winter (IPR 84 and CD 104) and spring (BRS Guabiju, Ônix and LD 062212) wheat varieties, and rye (IPR 89), grew for seven weeks under natural (green house, no temperature, light or humidity control) and cold conditions (0-3 ºC; 80 % RU, light conditions of 1 400 or 2 000 LUX, with a photoperiod of 10/14h, day/night). After harvesting, the leaves were cut and mashed in Tris-HCl buffer, and the proteins were extracted by vacuum infiltrating (pH 7.4). The ISP extracts obtained were reported as non acclimated (NA) and cold acclimated (CA), respecting the conditions they grew, and analyzed according to its chemical composition. The presence of ISP in the extracts was detected by SDS-PAGE and the study of the morphology of ice crystals. The CA extracts were used in frozen dough to verify the cryoprotectant effect of the ISP. Fresh and frozen bread dough without adding the CA extracts were used to compare the dough behavior subjected to the following analysis: freeze-thaw tolerance (syneresis), identification and quantification of the dough polymeric proteins by SE-HPLC, and dough microstructure by scanning electron microscopy. Total solids content varied between 0.74 and 0.86 % and 0.92 and 1.70 % for the CA and NA extracts, respectively. Crude protein content varied between 51.69 and 60.69 % and 43.78 and 52.18 % for the CA and NA extracts, respectively. Interaction between cold acclimation and variety did not affected ash content of the samples, but it was observed a decrease in the ash content in the CA samples, which was related to a decrease in the mineral synthesis under cold acclimation. Results from SDS-PAGE showed very little or no protein bands in the NA extracts, while several bands, with molecular mass ranging from 14.4 to 97.0 kDa, were observed in all the CA extracts. Spring wheat varieties seemed less responsive to the cold acclimation than the winter ones, considering that fewer protein bands were observed in the gels. The winter wheat and rye varieties showed protein bands ranging from 14.4 to 66.0 kDa, while the bands on the spring varieties exhibited molecular mass ranging from 20.1 to 66.0 kDa. After characterizing the ISPs extract, research proceeded with three varieties BRS Guabiju, CD 104 and IPR 89, spring and winter wheats, and rye variety, respectively. The CA extracts of all three samples were effective in changing the morphology of ice crystals, originating preferably tetrahedral and hexagonal crystals, which were different from the round and plane shaped crystals developed in distilled water, Tris-HCl buffer, and NA extracts. Although not statistically different, there was a consistent trend in reducing the syneresis when ISPs extracts were added in the bread dough, especially after the third freeze-thaw cycle. The ISPs extracts from the wheat varieties BRS Guabiju and CD 104 did not affect the total polymeric protein (PPP) and unextractable polymeric protein (UPP) content of bread dough, but the rye variety (IRP 89) decrease the PPP and UPP content on frozen dough, in such way that these values were similar to those observed in fresh dough. The SEM images of frozen bread dough with and without the ISPs extracts showed the damages caused on the gluten matrix due to the freezing, when compared to the fresh dough. The dough microstructure study led to the conclusion that the ISPs extracts added to bread dough imparted higher preservation to the gluten matrix during freezing, thus posing a great potential to produce frozen dough that makes breads very similar to the fresh ones. These results could contribute to divulge the presence of these proteins in cereals cropped in Brazil, and to increase the interest for ISP extraction from these cereals, and their usage in frozen foods.