Aplicação de diferentes processos físicos no creme de leite de cabra: efeito na estrutura e na lipólise convencional ou assistida por ultrassom

Abstract

A composição da fração lipídica do leite de cabra possui potencial para produção de aromas naturais. A hidrólise enzimática é a melhor alternativa para liberação de ácidos graxos de cadeia curta e média, porém, quando realizada de forma convencional, apresenta baixa taxa de conversão, longo tempo de reação e alto consumo de energia, o que pode estar correlacionado com a estrutura dos glóbulos de gordura. Nesse contexto, esse estudo objetivou avaliar o uso das tecnologias de ultrassom (US), dispersão de alto cisalhamento (DAC), agitação (AGT), homogeneização convencional (HC) e homogeneização à alta pressão (HAP) na melhora da hidrólise enzimática de lipídios do creme de leite de cabra (CLC), seus efeitos na estrutura desse substrato, bem como os parâmetros cinéticos da hidrólise assistida por US do creme de leite de cabra pré-tratado por DAC, AGT e HAP sob condições otimizadas. Para isso, primeiramente CLC (20% de gordura) foi processado a 50°C por US (15 e 30 min, 20 kHz e 38,4W/L), DAC (5 e 10 min, 12.500 e 25.000 rpm), AGT (4 e 8 min, 550 W), HC (15 MPa) e HAP (40 MPa). Após os processos, a estrutura do CLC foi avaliada pela cremeação em espectrofotômetro, índice de estabilidade de emulsão (IEE) e microestrutura utilizando um microscópio óptico. Para avaliar a hidrólise do CLC pré-processado, foi adicionada lipase (Lipozyme TL 100L, Novozymes) e as reações foram realizadas em banho termostático a 50°C por 300 min. Em paralelo, para avaliar o efeito da hidrólise assistida por ultrassom, CLC (20% de gordura), foi processado a 50°C por AGT (4 min, 550 W), DAC (25.000 rpm/5min) e HAP (40 MPa). Em seguida, a mesma enzima foi adicionada e a reação foi conduzida em banho termostático a 20, 35 e 50°C por 300 minutos e no banho ultrassonico (20 kHz e 38,4W/L) nas mesmas temperaturas. Durante a hidrólise, a concentração de ácidos graxos (CAG) foi determinada e os dados foram modelados para obter a taxa de hidrólise e a CAG final. Os pré-tratamentos promoveram aumento na taxa de hidrólise (até 3,9 vezes - efeito maior em baixas temperaturas) e na CAG final (aumento de até 9,4 vezes), independente da temperatura avaliada. Em ordem crescente, US < HC < DAC (5 min/25.000 rpm) < HAP < AGT (4 min) apresentaram os melhores resultados. Além disso, esses tratamentos também promoveram as maiores mudanças na estrutura do CLC. AGT, HAP e DAC em condições otimizadas mostraram menordesestabilização da emulsão, maior IEE e menor tamanho de glóbulo de gordura. Além disso, verificou-se um aumento no CAG final (até 72%) nas reações assistidas por ultrassom em diferentes temperaturas, independente do pré-tratamento aplicado. Os maiores aumentos na CAG final foram observados na hidrólise assistida por US em temperaturas mais baixas (20 e 35°C). Portanto, a aplicação de diferentes processos físicos e o uso da tecnologia de ultrassom durante a hidrólise surge como uma alternativa interessante para melhorar a hidrólise do creme de leite de cabra pela lipase. Palavras-chave: Gordura do leite de cabra. Lipase. Hidrólise enzimática. Processos físicos.The lipid fraction composition of goat milk has the potential to produce natural flavors. Enzymatic hydrolysis is the best alternative for the release of short- and medium-chain fatty acids, however, when performed in a conventional manner, it has a low conversion rate, long reaction time and high energy consumption, which may be correlated with the structure of the fat globules. In this context, this study aimed to evaluate the use of ultrasound (US), high-shear dispersing (HSD), stirring (ST), and low or high pressure homogenization (LPH or HPH) technologies to improve the enzymatic hydrolysis of lipids in goat milk cream (GMC) and its effects on GMC structure, as well as the kinetic parameters of ultrasound-assisted hydrolysis of GMC pretreated by HSD, ST and HPH technologies under optimized conditions. For this, firstly GMC (20% fat) was processed at 50°C by US (15 and 30 min, 20 kHz, and 38.4W/L), HSD (5 and 10 min, 12,500 and 25,000rpm), ST (4 and 8 min, 550 W) and low (15 MPa) and high (40 MPa) pressure homogenization. After the processes, the GMC structure was evaluated by creaming process in a spectrophotometer, emulsion stability index (ESI), and microstructure using an optical microscope. To evaluate the hydrolysis of preprocessed GMC, lipase (Lipozyme TL 100L, Novozymes) was added, and the reactions were carried out in a thermostatic bath at 50°C for 300 min. In parallel, to assess the effect of ultrasound-assisted hydrolysis, GMC (20% fat), it was processed at 50°C by ST (4 min, 550 W), HSD (25,000rpm / 5min), and HPH (40 MPa) and then, the same enzyme was added and the reaction was conducted in a thermostatic bath at 20, 35 and 50 °C for 300 minutes and in an ultrasound bath (20 kHz and 38.4W/L) at the same temperatures. During hydrolysis, the fatty acids concentration (FAC) was determined, and the data were modeled to obtain the hydrolysis rate and the final FAC. The pretreatments promoted an increase in the hydrolysis rate (up to 3.9 times - greater effect at low temperatures) and in the final FAC (an increase of up to 9.4 times), regardless of the evaluated temperature. In ascending order, US< LPH< HSD (5 min/25,000rpm) < HPH< ST (4 min) showed the best results. In addition, these treatments also promoted the greatest changes in the GMC structure. ST, HPH, and HSD in optimized conditions showed a lower emulsion destabilization, higher ESI, and smaller fat globule size.Furthermore, an increase in the final FAC (up to 72%) was verified in the reactions assisted by ultrasound at different temperatures, regardless of the pretreatment applied. The greatest increases in final FAC were observed in US assisted hydrolysis at lower temperatures (20 and 35°C). Therefore, the application of different physical processes and the use of ultrasound technology during hydrolysis appears as an interesting alternative to improve the goat milk cream hydrolysis by lipase. Keywords: Goat milk fat. Lipase. Enzymatic hydrolysis. Physical process.