Estudio de la cristalización térmicamente inducida en suero de soja liofilizado

Abstract

El objetivo de este trabajo fue estudiar el efecto del tratamiento térmico y las condiciones de almacenamiento sobre la cristalización de azúcares en suero de soja liofilizado (SSL). El SSL se preparó por liofilización del suero de soja, que queda como sobrenadante isoeléctrico de la obtención de aislados. Los componentes mayoritarios del SSL son los carbohidratos (sacarosa y los oligosacáridos estaquiosa, rafinosa y verbascosa) seguido de los factores antitrípticos de Kunitz y Bowman-Birk y de la lectina (todos con actividad biológica), con una relación carbohidratos: proteína total de 3: 1. El análisis por calorimetría diferencial de barrido (DSC) en condiciones anhidras, del SSL almacenado sin previo tratamiento térmico, presentó una endoterma correspondiente a la fusión de cristales de azúcares con una temperatura de pico (Tp) a » 65°C. Se prepararon muestras de SSL tratado térmicamente en cápsulas selladas herméticamente y en condiciones anhidras, a una velocidad de 5°C/min hasta 180°C, temperatura a la cual las proteínas de suero se desnaturalizan totalmente y alcanzan la máxima glicosilación. Las cápsulas con SSL calentado (SSLC), se enfriaron 30 min. en hielo-agua y se almacenaron a temperatura ambiente, bajo dos condiciones: cápsula cerrada y cápsula abierta en ambiente deshidratado (HR»0). Las muestras SSLC almacenadas a distintos tiempos se analizaron por DSC para evaluar el grado de cristalización de azúcares. Los termogramas de SSLC almacenado »4 hs en cápsula cerrada no evidencian transiciones; luego de 15 días de almacenamiento los termogramas presentan una transición (Tp= 161,9°C; ΔH= 127,2 J/g) atribuible a la fusión de cristales formados durante el almacenamiento. Las muestras SSLC almacenados en cápsula abierta presentan luego de 12 días de almacenamiento, dos transiciones con Tp= 147,4 y 190,1ºC con ΔH= 3,2 y 21,8 J/g, respectivamente. Estas diferencias se atribuyen a que el agua liberada dentro de la cápsula durante el calentamiento (por reacción de Maillard y/o caramelización), si queda atrapada dentro de la cápsula (cápsula cerrada), contribuye a la hidratación de los cristales formados lo cual disminuye su temperatura de fusión, respecto a los cristales anhidros formados en condiciones de no confinamiento. Si en estas condiciones se prolonga el almacenamiento hasta 22 días, se obtiene una única transición (Tp= 200,5ºC; ΔH= 78,1 J/g). Se concluye que para tiempos de almacenamiento similares (12-15 días), la posibilidad de eliminar agua conduce a una menor cristalización de azúcares (5 veces menos asumiendo que entalpía ≈ masa de cristales) y a una mayor estabilidad de los cristales formados (Tp » 30°C mayor). Se postula que la presencia de agua induciría la hidrólisis de oligosacáridos, dando azúcares con mayor tendencia a cristalizar. La mayor temperatura de fusión de los azúcares formados a tiempos largos de almacenamiento se atribuye a fenómenos de recristalización.

The objective of this work was to study the effect of the thermal treatment and the storage conditions on the crystallization of sugars in lyophilized soybean whey (LSW). The LSW was prepared by lyophilization of soybean whey, which is generated as isoelectric supernatant during the preparation of soy protein isolates. The more abundant components in LSW are the carbohydrates (sucrose and the oligosaccharides stacchiose, raffinose and verbascose) followed by Kunitz and Bowman-Birk trypsin inhibitors and lectin (all with biological activity), with a carbohydrates: proteins ratio of 3: 1. Differential scanning calorimetry (DSC) of LSW was performed under anhydrous conditions; in thermogram of this sample without previous thermal treatment can be identified an endotherm which correspond to the sugar melting with a peak tempertarure (Tp) » 65°C. LSW samples were heated in anhydrous condition inside the hermetic aluminium pans using a heating rate of 5°C/min up to 180°C; this temperature ensures the total protein denaturation and a maximum glycosylation. Once finished the heat treatment, the pans were cooled on ice for 30 minutes, proving the samples of heated lyophilized soybean whey (LSW-H). Half of these pans were kept closed and half opened. In both conditions, samples of LSW-H were stored at 25°C and at 0% relative humidity and then, samples were analyzed to evaluate the sugars crystallization degree by DSC. LSW-H stored for over 4 hours, no evidence any transition in termogramas; after 15 days of storage, DSC termogramas have a transition (Tp = 161.9 ° C, ΔH = 127.2 J / g) due to melting of sugar crystals formed during storage. LSW-H samples present, after 12 days of storage in open pans, two transitions with Tp = 147.4 and 190.1 °C (DH = 3.2 and 21.8 J/g), respectively. These differences are attributed to the released water into the pan during the heating (due to caramelization or Maillard reaction). If this water gets trapped inside the pans (closed pans) contributes to the hydration of the crystals formed which reduces its melting temperature, compared to anhydrous crystals formed on a non-confinement. If storage is prolonged in these conditions until 22 days, a single transition (Tp = 200.5ºC; DH = 78.1 J/g) was observed. We concluded that at similar periods of storage (12-15 days) the possibility to eliminate water conduce to a less crystallization degree (5 times less assuming enthalpy ≈ crystal mass) and to greater stability of the crystals formed (Tp 30°C bigger). We hypothesize that the presence of water would lead to hydrolysis of oligosaccharides, giving sugar to a greater tendency to crystallize. The highest melting temperature of the sugars crystal formed during a long storage time is attributed to recrystallisation phenomena.