CARACTERÍSTICAS PROTEICAS E TECNOLÓGICAS DE GLÚTENS VITAIS COMERCIAIS

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1 CARACTERÍSTICAS PROTEICAS E TECNOLÓGICAS DE GLÚTENS VITAIS COMERCIAIS K. Urbano 1, F. Ortolan 1,2 & C.J. Steel Departamento de Tecnologia de Alimentos Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia de Alimentos CEP Campinas SP Brasil, Telefone urbanokaroline@gmail.com, steel@unicamp.br 2 - Tecnologia em Agroindústria Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia Farroupilha Campus Alegrete CEP Alegrete RS Brasil, Telefone fernanda.ortolan@iffarroupilha.edu.br RESUMO No Brasil, o glúten vital (GV) usado para melhorar as características reológicas de farinhas é comercializado com poucas informações referentes à sua qualidade proteica. O objetivo deste trabalho foi avaliar as características químicas (através do teor proteico e do fracionamento das proteínas) e tecnológicas (pelos testes simples de teores e índice de glúten, teste de expansão e teste de extensibilidade) de GV de diferentes origens (GV1, GV2 e GV3). Os resultados apontam que GV1 e GV2 apresentam-se semelhantes em relação à composição proteica comparados a GV3, no entanto, as características tecnológicas para GV1, GV2 e GV3 apresentaram diferenças que podem refletir em diferentes comportamentos na panificação. Desta forma, os testes simples se apresentam como boa alternativa para estimar a qualidade da rede de glúten, e os resultados reforçam a existência de diferenças na qualidade dos glútens vitais comercializados e a necessidade de maiores informações a respeito da sua qualidade proteica. ABSTRACT In Brazil, the vital wheat gluten (VG) used to improve the rheological characteristics of flour is marketed with little information regarding its protein quality. The objective of this study was to evaluate chemical (protein content and fractionation) and technological characteristics (by simple tests, such as gluten content and gluten index, expansion test and extensibility test) of VG from different origins (VG1, VG2 and VG3). The results showed that VG1 and VG2 were similar with respect to protein composition compared to VG3, however, the technological features of VG1, VG2 and VG3 showed differences that may reflect different behaviors in baking processes. Thus, the simple tests used are a good alternative to estimate the quality of the gluten network, and their results support the existence of differences in the quality of vital wheat glutens marketed and the need for more information about its protein quality. PALAVRAS-CHAVE: glúten vital, qualidade proteica, testes simples KEYWORDS: vital wheat gluten, protein quality, simple tests

2 1. INTRODUÇÃO O glúten vital de trigo é comercializado como um ingrediente que pode ser adicionado às farinhas que apresentam baixa qualidade para a elaboração de pães (Esteller et al., 2005), ou ainda aos pães ricos em fibras. Usualmente, o glúten comercializado não é classificado de acordo com o seu perfil proteico ou de qualidade, mas apenas por sua aparência e seus conteúdos de umidade, de proteínas, de minerais e de gordura, além de características microbiológicas. No entanto, se espera que a qualidade do glúten interfira diretamente na qualidade da massa (Marchetti et al., 2012), já que as características tecnológicas dos diferentes glútens comerciais podem variar amplamente entre si (Weegels et al., 1994). Embora o glúten vital adicionado à farinha de trigo melhore as características de qualidade dos pães, nem sempre ele retém as propriedades tecnológicas da farinha original do qual foi obtido (Miller e Hoseney, 1999). Desta forma, a determinação de sua qualidade química, físicoquímica e tecnológica auxilia na sua especificação, a fim de alcançar melhor desempenho na elaboração dos produtos de panificação, quando adicionado às farinhas. Na indústria de panificação e nos moinhos de trigo, diversos testes têm sido utilizados para determinar a qualidade do glúten vital, sendo os mais utilizados o teor de proteínas e as propriedades de mistura da massa de farinha fortificada com glúten vital, além dos testes práticos de panificação. Porém, estas análises não fornecem todas as informações necessárias para avaliar a qualidade proteica do glúten vital. A indústria de panificação requer maiores informações sobre os parâmetros físicoquímicos do glúten vital que é utilizado na fabricação de diferentes produtos, para selecionar o tipo e o nível mais adequado de adição de glúten vital às suas farinhas. Devido às exigências do mercado, técnicas que permitem melhor avaliação das características proteicas do glúten vital devem ser utilizadas e são necessárias para garantir os padrões de qualidade do próprio glúten vital comercializado. Desta forma, o objetivo deste estudo foi avaliar as características químicas e tecnológicas, através de testes simples, das proteínas que constituem o glúten vital comercial de diferentes origens. 2. MATERIAL E MÉTODOS 2.1 Material Para o desenvolvimento deste estudo foram utilizadas três amostras de glúten vital (GV) comercial, denominadas GV1, GV2 e GV Métodos Para entender as diferenças entre os GV comerciais e avaliar a qualidade das proteínas que os constituem, foram realizados testes químicos para determinação das características proteicas dos GV e testes tecnológicos simples para determinação rápida das propriedades viscoelásticas dos GV. Características químicas dos glútens vitais: as características químicas dos GV foram avaliadas segundo seus teores de umidade (método n da AACCI, 2010) e de proteínas (método n da AACCI, 2010). Além disso, foi realizado o fracionamento das proteínas (albuminas/globulinas, gliadinas e gluteninas) que os constituem de acordo com o método descrito por Singh et al., (1991), com as modificações propostas por Kieffer et al. (2007), e algumas adaptações descritas por Ortolan et al., (2014). As amostras de GV foram submetidas ao fracionamento sequencial utilizando soluções de, inicialmente, 0,15 M NaCl para separação de albuminas/globulinas (ALB/GLO), em seguida, solução 50 % 1-propanol para separação de gliadinas (GLI), e por último,

3 solução de 50 % 1-propanol contendo 0,05 mol L -1 de Tris-HCl (ph 7,5) e 2 % β-mercaptoetanol para separação de gluteninas (GLU). Após as separações, foi determinado o teor de proteínas das frações obtidas pelo método n da AACCI (2010). O resíduo do fracionamento (que são todas as proteínas que não se solubilizaram nas condições de análise) foi calculado pela diferença entre as frações de proteínas obtidas. Reconstituição do glúten vital: os GV foram reconstituídos com amido de trigo nativo (Serrana Química Industrial Ltda., Porto Alegre, Brasil) através de cálculo de balanço de massa para obtenção de uma mistura contendo 12 % de proteína total. Lavagem manual do glúten: a lavagem manual foi realizada com GV reconstituído pela adição de água suficiente para a hidratação das proteínas e formação da rede de glúten através do método da AACCI (2010). Por esta técnica foram obtidos os teores de glúten úmido (GU) e seco (GS). Teores e índice de glúten: a determinação dos teores de glúten úmido (GU) e de glúten seco (GS) e o índice de glúten (IG) foi realizada com os GV reconstituídos através de equipamento Glutomatic (Perten, Hägersten, Suiça), pelo método da AACCI (2010). Teste de expansão: o teste de expansão foi realizado pelo forneamento da bola de glúten úmido que foi preparado com o GV reconstituído em Glutomatic pelo método da AACCI (2010), sem as etapas de centrifugação e secagem, de acordo com Ortolan et al. (2014). Assim que foi retirada do equipamento, a bola de glúten foi colocada em uma forma de alumínio retangular e levada ao forno elétrico de convecção modelo HPE80 (Prática Technicook-Technipan, Pouso Alegre, Brasil) a 200 C por 20 minutos. Após este período, a bola de glúten assada foi resfriada à temperatura ambiente por, aproximadamente, uma hora, e então foi realizada a medida do volume específico em hexano. Teste de extensibilidade: o teste de extensibilidade foi realizado para os GV reconstituídos com obtenção da bola de glúten úmido através de dois métodos diferentes: lavagem manual (método da AACCI, 2010) e pelo uso do Glutomatic (método da AACCI, 2010), sem as etapas de centrifugação e secagem. A bola de glúten úmido foi colocada sobre um prego no topo de uma placa de madeira com marcações para medida da extensibilidade em centímetros. A placa foi pendurada a cerca de 2 metros de altura, em um local com condições monitoradas de temperatura e umidade (UR ~ 50 %, T ~ 30 C), até a completa secagem do glúten. Análise estatística dos dados: os dados foram submetidos à análise de variância com nível de significância de 95%, e a análise de comparação de médias foi realizada pelo teste de Tukey, utilizando o programa Statistica 7.0 (StatSoft. Inc., Tulsa, Estados Unidos) 3. RESULTADOS E DISCUSSÃO Na Tabela 1, estão apresentados todos os resultados obtidos nas diferentes análises realizadas para a determinação da qualidade dos glútens vitais de diferentes origens. Os resultados serão discutidos dentro de tópicos específicos descritos a seguir Características químicas A avalição das características químicas dos GV mostrou a existência de diferenças em relação ao teor de proteínas total (GV3 < GV1 = GV2) e à composição de suas proteínas. Quando avaliados os

4 teores das frações proteicas das amostras, observou-se que GV3 apresentou os menores valores de GLI e GLU que GV1 e GV2, possivelmente, pelo método de fabricação de glúten vital utilizado para esta amostra, reduzindo a solubilidade de suas proteínas nas soluções utilizadas no fracionamento. Além disso, as menores quantidades de GLI e GLU podem formar uma rede proteica de estrutura mais fraca, quando comparada àquelas redes proteicas com maiores quantidades de gliadinas e gluteninas (Wieser e Kieffer, 2001). GV1 e GV2 apresentaram quantidades similares de GLI e GLU, com relações próximas entre essas duas frações (GLU/GLI = 1,45 para GV1 e GLU/GLI = 1,43 para GV2). Embora GV3 tenha apresentado menor GLI e GLU, a relação entre essas frações proteicas foi semelhante a GV1 e GV2 (GLU/GLI = 1,40). As diferenças observadas na composição das proteínas dos diferentes glútens vitais avaliados (GV1, GV2 e GV3) podem levar a diferentes comportamentos tecnológicos destas amostras, visto que as proteínas interferem diretamente na qualidade viscoelástica da rede de glúten (Dobraszczyk, 2004) produzida por eles. Tabela 1 Características de qualidade dos glútens vitais GV1 GV2 GV3 Glúten vital (em pó) Proteínas total (g/ 100 g, b.s.) 76,79 ± 1,10 a 77,96 ± 0,14 a 73,16 ± 0,14 b Albuminas/globulinas (g/ 100 g, b.s.) 3,65 ± 0,16 ns 3,47 ± 0,19 ns 3,51 ± 0,11 ns Gliadinas (g/ 100 g, b.s.) 14,39 ± 0,38 a 14,05 ± 0,72 a 12,77 ± 0,66 b Gluteninas (g/ 100 g, b.s.) 20,84 ± 0,25 a 20,14 ± 0,53 a 17,89 ± 0,33 b Resíduo* (g/ 100 g, b.s.) 61,12 62,34 65,83 Glúten vital reconstituído com amido de trigo Lavagem manual Glúten úmido (g/ 100 g) 35,27 ± 0,03 b 34,83 ± 0,41 b 42,77 ± 0,31 a Glúten seco (g/ 100 g) 17,66 ± 1,24 ns 17,05 ± 0,04 ns 18,17 ± 0,25 ns Glutomatic Glúten úmido (g/ 100 g) 36,29 ± 0,14 ns 37,28 ± 0,36 ns 39,51 ± 0,11 ns Glúten seco (g/ 100 g) 11,92 ± 0,06 b 12,67 ± 0,08 ab 13,45 ± 0,04 a Índice de gluten 50,71 ± 2,31 b 52,71 ± 1,42 a 7,54 ± 0,26 c Volume específico bola de glúten (ml/g) 37,37 ± 2,72 b 59,04 ± 4,44 a 60,73 ± 3,06 a Extensibilidade (mm) 6,43 ± 0,94 c 12,37 ± 1,51 b 32,03 ± 2,69 a *Conteúdo de umidade: 5,55 % para GV1, 5,77 % para GV2 e 8,92 % para GV3; **O resíduo proteico foi calculado pela diferença entre as frações das proteínas (Resíduo = 100 [Albuminas/globulinas + gliadinas + gluteninas]) Testes tecnológicos simples Teores e índice de glúten: avaliando as características tecnológicas medidas por testes simples, os GV reconstituídos com amido de trigo apresentaram diferenças no GU obtido pela lavagem manual, no GS obtido por Glutomatic e no IG. Essas variações podem ter ocorrido em virtude das técnicas utilizadas, pois os processos de mistura e lavagem são diferentes para cada uma das técnicas, enquanto na lavagem manual não é possível padronizar as condições de mistura e lavagem para obtenção da bola de glúten, no Glutomatic essas condições são padronizadas. Mesmo assim, as duas técnicas são capazes de refletir a quantidade de GU, pela absorção de água da lavagem, e a quantidade de GS, pela perda de água por evaporação, porém quando desejamos avaliar a qualidade do glúten vital, o teste em aparelho Glutomatic torna-se a melhor escolha, visto que neste teste podemos avaliar a qualidade da rede de glúten formada durante a lavagem com solução salina, a partir do cálculo do IG. Para os valores de IG, observou-se que GV2 apresentou o maior valor, e o menor valor foi verificado para GV3. Embora GV3 tenha apresentado o maior valor de GU, seu glúten ficou menos retido na peneira de centrifugação do Glutomatic, refletindo em menor IG. Logo, a rede de glúten de GV3 apresentou-se mais extensível que GV1 e GV2.

5 Teste de expansão: o teste de expansão é um teste muito simples que pode ser utilizado para avaliar a capacidade da bola de glúten expandir-se durante o forneamento da mesma. Observou-se que GV2 e GV3 apresentaram maior expansão, e, portanto, maior volume que GV1, com diferença significativa entre os glútens avaliados. O teste de expansão é um teste simples que reflete o quanto a estrutura da rede de glúten formada suporta a expansão biaxial quando há aumento da pressão interna da bola de glúten ocasionada pelo vapor d água. Quanto maior o volume alcançado pela bola de glúten, maior é a sua extensibilidade e a pressão suportada por ela. Desta forma, GV3, com maior extensibilidade (verificada pelo IG e pelo teste de extensibilidade, discutido abaixo), apresentou maior volume específico, porém formou uma estrutura mais fina e frágil após a expansão da bola de glúten (Chen et al., 1998; Chiang et al., 2006). Teste de extensibilidade: a extensibilidade do glúten foi avaliada com a bola de glúten úmido obtida do Glutomatic, sem as etapas de centrifugação e secagem, e esta foi esticada de maneira uniaxial pela ação de seu próprio peso até secagem completa à temperatura ambiente. O teste de extensibilidade apresentou diferenças significativas entre os GV, sendo que GV3 apresentou-se mais extensível, confirmando os resultados obtidos pela análise no Glutomatic e pelo teste de expansão. Avaliar a extensibilidade do glúten é importante, porque as massas dos pães crescem com a expansão dos gases formados na fermentação e a rede de glúten desta massa deve ter força suficiente para evitar o colapso da estrutura, mas, ao mesmo tempo, deve ser capaz de se estender sem romper (Singh, 2001), isto é, ser extensível. 4. CONCLUSÕES O teor de proteínas totais do glúten vital, muitas vezes, é utilizado como critério de avaliação de sua qualidade, porém, nem sempre é um bom indicativo da qualidade do glúten vital, uma vez que este teor não revela a composição das proteínas que o constituem. Desta forma, a determinação das frações proteicas torna-se mais adequada na tentativa de predizer o comportamento do glúten vital nos processos de panificação. Os teores de glúten úmido e seco são importantes e demonstram a quantidade de glúten existente no produto, mas a utilização do índice de glúten estabelece melhor relação com o comportamento tecnológico deste produto. Além disso, quando os testes de expansão e extensibilidade foram utilizados, foi possível avaliar a capacidade de expansão e retenção dos gases pela rede de glúten formada, características que impactam na qualidade dos produtos finais, como os pães. Os testes simples fornecem dados rápidos e conclusivos a respeito da qualidade de glúten vital comercial, auxiliando na melhor adequação deste produto, especialmente, em relação ao tipo de processo e produto final para o qual o glúten vital será utilizado. Pelos resultados obtidos neste estudo, verificou-se que existem diferenças na qualidade tecnológica dos glútens vitais de diferentes origens, que são determinadas pelas proteínas que os constituem. Conclui-se que GV1, GV2 e GV3 podem ser utilizados na panificação, porém com diferenças no comportamento tecnológico entre eles: enquanto GV1 e GV2 são mais elásticos, GV3 é mais extensível. Além disso, esses resultados mostram a necessidade de conhecer a qualidade físico-química e tecnológica do glúten vital para melhor determinar em que processo e produto ele será utilizado. 5. AGRADECIMENTOS Os autores agradecem ao CNPq pela concessão das bolsas de Iniciação Científica e de Doutorado das alunas Karoline e Fernanda, respectivamente.

6 6. REFERÊNCIAS AACCI. American Association of Cereal Chemists International, Approved Methods of Analysis, 11th Ed. Method. AACCI International, St. Paul, MN, USA. Abang Zaidel, D. N., Chin, N. L., Abdul Rahman, R., & Karim, R. (2008). Rheological characterisation of gluten from extensibility measurement. Journal of Food Engineering, 86(4), Retrieved August 14, 2013, from Chen, C., Chen, J., Wu, T., & Chang, C. (1998). Optimising the Frying Temperature of Gluten Balls using Response Surface Methodology. Science, 64(Thompson 1982), Chiang, S. H., Chen, C. S., & Chang, C. Y. (2006). Effect of wheat flour protein compositions on the quality of deep-fried gluten balls. Food Chemistry, 97(4), Dobraszczyk, B. J. (2004). The physics of baking: rheological and polymer molecular structure function relationships in breadmaking. Journal of Non-Newtonian Fluid Mechanics, 124(1-3), Retrieved September 9, 2013, from Esteller, M. S., Pitombo, R. N. M., & Lannes, S. C. S. (2005). Effect of freeze-dried gluten addition on texture of hamburger buns. Journal of Cereal Science, 41(1), Retrieved September 9, 2013, from Kieffer, R., Schurer, F., Köhler, P., & Wieser, H. (2007). Effect of hydrostatic pressure and temperature on the chemical and functional properties of wheat gluten: Studies on gluten, gliadin and glutenin. Journal of Cereal Science, 45(3), Retrieved October 19, 2013, from Marchetti, L., Cardós, M., Campaña, L., & Ferrero, C. (2012). Effect of glutens of different quality on dough characteristics and breadmaking performance. LWT - Food Science and Technology, 46(1), Elsevier Ltd. Retrieved September 9, 2013, from Miller, K. a., & Hoseney, R. C. (1999). Dynamic rheological properties of wheat starch-gluten doughs. Cereal Chemistry, 76(1), Ortolan, F., Urbano, K., Netto, F. M., & Steel, C. J. (2014). Correlations between vital wheat gluten protein fractions, gluten index and specific volume obtained from a gluten expansion test. AACC International Annual Meeting (p. 116). Providence, Rhode Island, USA: 2014 Annual Meeting Abastract. Retrieved from Singh, H. (2001). Application of Polymer Science to Properties of Gluten. Journal of Cereal Science, 33, Retrieved from Singh, N. K., Shepherd, K. W., & Cornish, G. B. (1991). A simplified SDS PAGE procedure for separating LMW subunits of glutenin. Journal of Cereal Science, 14(3), Retrieved September 9, 2013, from Weegels, P. L., Verhoek, J. A., Groot, A. M. G., & Hamer, R. J. (1994). Effects on gluten of heating at different moiture contents. I. Changes in funcional properties. Journal of Cereal Science, 19, Wieser, H., & Kieffer, R. (2001). Correlations of the Amount of Gluten Protein Types to the Technological Properties of Wheat Flours Determined on a Micro-scale. Journal of Cereal Science, 34, Retrieved from