Tese
Diferentes métodos de secagem e desodorização por fluido supercritico de proteínas miofibrilares de resíduos de peixe para elaboração de filmes biodegradáveis
Registro en:
Autor
BATISTA, Jáira Thayse Souza
Institución
Resumen
The present thesis consists of several connected stages and the objectives of each are: a) to
study the influence of the use of different types of fish residues for the extraction of
myofibrillar proteins (MP) on the technological properties of biodegradable films; b) To study
the effect of different drying methods and temperatures of fish MP on the technological
properties of the films; c) Deodorize fish MP using extraction with supercritical CO2,
compare with solvent extraction in Soxhlet and elaborate biodegradable films with sensory
properties suitable for use as food packaging. Based on these objectives, three manuscripts
were prepared with the research results. In the first manuscript, carcasses with adhered muscle
were used to obtain the mechanically separated meat (MSM) and the fillet toilet parings. The
MP were extracted from these residues and the films produced. The results showed that the
type of waste used directly influences all the analyzed properties of the films, due to the
different centesimal compositions of the MP of the MSM and of the parings with significant
differences mainly in the content of lipids and ash. These non-protein compounds in the
protein extracted from the MSM acted as an interference in the formation of the film,
generating inferior technological and thermal properties when compared to the film produced
with MP extracted from the parings. Increasing the number of washes in the extraction of MP
from more fatty and pigmented residues could decrease the concentration of non-protein
compounds. In the second manuscript, the MP were dried by lyophilization at -60 ° C for 48 h
and by convective drying of hot air at 40 °C, 60 °C at 80 °C. In convection drying, drying
curves were constructed and the adjustments of the mathematical models were evaluated. The
films were produced with dried proteins in different conditions and characterized. The drying
times found were 540 min (40 °C), 300 min (60 °C) and 120 min (80 °C). The "logarithmic"
models followed by the "diffusion approach" were the ones that best adjusted to all
temperatures. The results of protein electrophoresis and the characterization of the film
showed that the convective drying caused changes in the three-dimensional structure of MP,
favoring the formation of a highly reticulated protein network with numerous hydrogen,
hydrophobic and disulfide bonds, generating films with equal or better properties than those
made with lyophilized MP. It was possible to verify that the convection drying by hot air can
be used efficiently in MP used in the production of biodegradable films, reducing the time and
the cost of producing the films. In the third manuscript, to deodorize the MP, supercritical
CO2 was used, with global yield isotherms built at 40 and 60 ºC at 200, 300 and 400 bar. In
solvent extraction in Soxhlet, petroleum ether was used at 52 ° C for 2h 30 min. The filmswere produced with MP control without deodorization and with MP deodorized with solvent
in Soxhlet (due to the limitations caused by the pandemic caused by the new corona virus
(SARS-CoV-2), until now it was not possible to define the best condition of deodorization
with supercritical CO2 and make the film with MP deodorized by this method). The results
showed that the best operational condition with supercritical CO2 was 40 ° C / 200 bar with a
yield of 5.06 b.s. The best condition for supercritical extraction considering the greater
efficiency in removing fish odor has not yet been determined due to the lack of analysis of
aromatic compounds, it is not possible to say whether the higher oil extraction yield is directly
related to greater extraction of oil other aromatic compounds such as trimethylamine and
dimethylamine disulfide. The yield in relation to oil extraction was higher in solvent
extraction in Soxhlet (8.04 b.s), possibly due to the low selectivity of the organic solvent that
can also extract other compounds compared to the highly selective supercritical CO2. The
film produced with MP that underwent solvent deodorization in Soxhlet showed all the
studied properties improved in relation to the control. This indicates that the removal of lipids
can solve not only the problem with the odor of fish in the films, but also provide a more
isolated protein without interferences that favor the formation of films with better properties. A presente tese consta de várias etapas conectadas e os objetivos de cada uma são: a) estudar
a influência da utilização de diferentes tipos de resíduos de peixe para extração de proteínas
miofibrilares (PM) nas propriedades tecnológicas de filmes biodegradáveis; b) Estudar o
efeito de diferentes métodos e temperaturas de secagem das PM de peixes sobre as
propriedades tecnológicas dos filmes; c) Desodorizar as PM de peixe usando extração com
CO2 supercrítico, comparar com a extração com solvente em Soxhlet e elaborar filmes
biodegradáveis com propriedades sensoriais adequadas para uso como embalagem de
alimentos. Baseado nesses objetivos foram elaborado três manuscritos com os resultados das
pesquisas. No primeiro manuscrito foram utilizados as carcaças com músculo aderido para
obter a carne mecanicamente separada (CMS) e as aparas do toalete dos filés. As PM foram
extraídas desses resíduos e os filmes produzidos. Os resultados mostraram que o tipo de
resíduo utilizado influencia diretamente em todas as propriedades analisadas dos filmes,
devido às diferentes composições centesimal das PM da CMS e das aparas com diferenças
significativas principalmente quanto ao teor de lipídeos e cinzas. Esses compostos não
protéicos na proteína extraída da CMS atuaram como interferente na formação do filme
gerando propriedades tecnológicas e térmicas inferiores quando comparadas ao filme
produzido com PM extraídas das aparas. Aumentar o número de lavagens na extração de PM
de resíduos mais gordurosos e pigmentados poderia diminuir a concentração de compostos
não protéicos. No segundo manuscrito as PM foram secas por liofilização a -60 ° C por 48 h e
por secagem convectiva de ar quente a 40 ° C, 60 °C a 80 °C. Na secagem por convecção,
foram construídas curvas de secagem e avaliados os ajustes dos modelos matemáticos. Os
filmes foram produzidos com as proteínas secas nas diferentes condições e caracterizados. Os
tempos de secagem encontrados foram 540 min (40 °C), 300 min (60 ° C) e 120 min (80 °C).
Os modelos "logarítmicos" seguidos da "aproximação da difusão" foram os que melhor se
ajustaram a todas as temperaturas. Os resultados da eletroforese de proteínas e a
caracterização do filme mostraram que a secagem convectiva causou alterações na estrutura
tridimensional das PM, favorecendo a formação de uma rede protéica altamente reticulada
com inúmeras ligações de hidrogênio, hidrofóbicas e dissulfeto, gerando filmes com
propriedades iguais ou melhores que os elaborados com as PM liofilizadas. Foi possível
constatar que a secagem por convecção por ar quente pode ser empregada de forma eficiente
em PM utilizadas na produção de filmes biodegradáveis reduzindo o tempo e o custo da
produção dos filmes. No terceiro manuscrito, para desodorizar as PM foi utilizado CO2supercrítico, construídas isotermas de rendimento global nas condições de 40 e 60 ºC a 200,
300 e 400 bar. Na extração com solvente em Soxhlet foi usado o éter de petróleo a 52°C por
2h 30 min. Os filmes foram produzidos com a PM controle sem desodorização e com a PM
desodorizadas com solvente em Soxhlet (devido as limitações originadas em decorrência da
pandemia causada pelo novo corona vírus (SARS-CoV-2), até o momento não foi possível
definir a melhor condição de desodorização com CO2 supercrítico e elaborar o filme com a
PM desodorizada por esse método). Os resultados mostraram que a melhor condição
operacional com CO2 supercrítico foi 40 °C/200 bar com rendimento de 5,06 b.s. A melhor
condição de extração supercrítica considerando a maior eficiência na retirada do odor de peixe
ainda não foi possível ser determinada devido a ausência da análise de compostos aromáticos,
não sendo possível afirmar se o maior rendimento de extração do óleo está diretamente
relacionado com maior extração de outros compostos aromáticos como a trimetilamina e
dissulfeto de dimetilamina. O rendimento em relação a extração de óleo foi maior na extração
com solvente em Soxhlet (8,04 b.s), possivelmente devido a baixa seletividade do solvente
orgânico que também pode extrair outros compostos comparado ao CO2 supercrítico que é
altamente seletivo. O filme produzido com PM que passaram pela desodorização com
solvente em Soxhlet apresentou todas as propriedades estudadas melhoradas em relação ao
controle. Isso indica que a retirada de lipídeos pode solucionar não somente o problema com o
odor de peixe nos filmes, como proporcionar uma proteína mais isolada e sem interferentes
que favorecem a formação de filmes com melhores propriedades.