Sobremesas à base de soja : estudo de diferentes variáveis de processo, busca de correlações entre propriedades e análise de interações entre componentes da formulação

Abstract

Apesar do grande número de pessoas afetadas pela deficiência da enzima lactase, produtos destituídos de lactose, como as sobremesas à base de soja, ainda correspondem a um mercado pouco explorado pelas indústrias de alimentos e que requer inovações. Além disso, a quantidade de informações encontradas na literatura a respeito desse tipo de alimento é escassa. O desenvolvimento de sobremesas com derivados da soja é uma alternativa, não só para os consumidores que buscam produtos sem lactose, mas também para quem busca alimentos sem colesterol e com proteínas vegetais de alto valor biológico. Neste contexto, o presente trabalho teve como metas iniciais o desenvolvimento de sobremesas à base de soja enriquecidas com polpa de fruta, a caracterização desses produtos, e a correlação das suas propriedades (instrumentais x instrumentais e instrumentais x sensoriais) com o propósito de diminuir custos durante o desenvolvimento desse tipo de alimento. Para tanto, estudou-se, primeiramente, o efeito da adição de ingredientes importantes como a polpa de goiaba, o extrato de soja e o amido em diferentes concentrações nas formulações através de um planejamento fatorial 23. Essas formulações foram caracterizadas em relação ao pH, conteúdo de sólidos solúveis (CSS), capacidade de retenção de água (CRA), índice de sedimentação, microestrutura, reologia e cor. As características sensoriais das sobremesas também foram avaliadas por meio de Análise Descritiva Quantitativa (ADQ) com equipe treinada e através de testes de aceitação com mais de 50 provadores não-treinados. De acordo com a análise estatística (p < 0.05), as variáveis estudadas e suas interações, na faixa observada, influenciaram os parâmetros analisados. As sobremesas apresentaram teor de sólidos solúveis entre 17 e 23, pH entre 4,8 e 5,4 e valores de CRA medidos a 25 °C entre 68 % e 99 %; vale ressaltar que nenhuma das amostras apresentou sinerese após 120 horas de armazenamento a 25 °C. A partir de medições reológicas, verificou-se que os produtos apresentaram comportamento pseudoplástico sem resposta tixotrópica com características viscoelásticas de gel fraco (G' / G" < 3). As características microscópicas das sobremesas pareceram ser fortemente afetadas pelos componentes em estudo. Além disso, foi identificada uma correlação entre a CRA das amostras e parâmetros reológicos. Os atributos treinados na ADQ foram: cor rosa, consistência, sabor de soja, sabor goiaba e cremosidade. A cor das amostras verificadas por ADQ mostrou forte correlação com os parâmetros de cor L* (luminosidade) e hab (ângulo de hue). Além disso, algumas propriedades reológicas mostraram boa correlação com as propriedades sensoriais denominadas consistência (resistência ao fluir da colher) e cremosidade (percepção de consistência macia na boca). Ambos os módulos (elástico e viscoso) e o parâmetro n," que caracteriza a dependência do módulo viscoso com a frequência, podem ser índices úteis de textura sensorial para as sobremesas em estudo. Após essa etapa, foram feitos estudos específicos com o intuito de avaliar o efeito de novas variáveis de processo nas características da amostra. Nesse contexto, foi escolhida uma formulação para avaliar o efeito da substituição da carragena pela mucilagem da chia, considerada um espessante alimentar inovador. Novamente, as formulações foram caracterizadas quanto às propriedades reológicas, CSS, pH, cor e perfil sensorial. Os resultados mostraram que as amostras não diferiram quanto aos valores de pH, CSS e coordenada cromática a*. Quanto aos outros parâmetros de cor e reológicos, foram detectadas diferenças significativas entre as amostras, o que mostra a influência do tipo de espessante nestas características. Os resultados da ADQ evidenciaram que as amostras não apresentaram diferenças estatísticas quanto aos atributos, cor rosa, sabor de goiaba, sabor de soja e cremosidade, porém diferiram quanto à consistência. Logo, a adição da mucilagem de chia pode ser Nesse contexto, foi escolhida uma formulação para avaliar o efeito da substituição da carragena pela mucilagem da chia, considerada um espessante alimentar inovador. Novamente, as formulações foram caracterizadas quanto às propriedades reológicas, CSS, pH, cor e perfil sensorial. Os resultados mostraram que as amostras não diferiram quanto aos valores de pH, CSS e coordenada cromática a*. Quanto aos outros parâmetros de cor e reológicos, foram detectadas diferenças significativas entre as amostras, o que mostra a influência do tipo de espessante nestas características. Os resultados da ADQ evidenciaram que as amostras não apresentaram diferenças estatísticas quanto aos atributos, cor rosa, sabor de goiaba, sabor de soja e cremosidade, porém diferiram quanto à consistência. Logo, a adição da mucilagem de chia pode ser feita sem causar grandes modificações ao produto. Além disso, foi avaliado o efeito do uso do ultrassom, que é considerado uma tecnologia emergente, em uma das sobremesas desenvolvidas. As amostras foram tratadas com uma sonda de ultrassom durante 1, 3 e 5 minutos e, periodicamente, propriedades reológicas, pH, CSS, cor, tamanho de partícula e CRA foram monitorados durante 60 dias. As amostras sonicadas apresentaram menor tamanho médio de partícula, índice de consistência mais baixo, maior índice de fluxo e diferenças microestruturais consideráveis. No entanto, a capacidade de retenção de água e o índice de dispersão de tamanho de partícula não diferiram entre as amostras não tratada e tratadas durante 1 e 3 minutos; e nenhum dos tratamentos causou diferenças de cor visíveis entre as amostras. Após 60 dias de estocagem sob refrigeração, todas as propriedades avaliadas diferiram significativamente, com exceção do pH. A parte final do trabalho refere-se ao estudo de interações entre importantes componentes da formulação, como os polissacarídeos, carragena e carboximetilcelulose, e as proteínas presentes no extrato de soja. Para tanto, investigou-se a influência do pH (2-7) e da proporção de extrato de soja-polissacarídeo (5:1, 10:1, 20:1 e 40:1) em soluções aquosas com e sem polidextrose (10 %) como co-soluto. As interações entre os componentes foram estudadas através das análises de potencial zeta, medidas espectrofotométricas da interação entre azul de metileno e polissacarídeo, perfil de solubilidade da proteína, calorimetria diferencial de varredura, espectroscopia de infravermelho, difração de Raio-X, microscopia eletrônica de varredura e microscopia confocal de varredura a laser. Apesar das misturas estudadas apresentarem dependência com o pH e com a razão proteína-polissacarídeo, elas não apresentaram o mesmo comportamento. A presença de ambos os polissacarídeos modificou o perfil de solubilidade da proteína de soja, visto que diminuindo a razão extrato de soja-polissacarídeo, a formação de coacervados foi deslocada para uma região de pH mais baixo. As amostras também apresentaram diferenças consideráveis em relação aos seus termogramas, espectros de infravermelho e microscopias. A formação de complexos também foi detectada em regiões de pH em que ambos os biopolímeros estavam carregados negativamente. A influência da polidextrose foi detectada nas medidas espectrofotométricas com azul de metileno e nas imagens da microscopia confocal. Por fim, pode-se dizer que todas as variáveis de processo estudadas, como a concentração de ingredientes, a mucilagem da chia e o ultrassom, foram determinantes nas propriedades das amostras; e que os resultados obtidos provêm informações de uso prático para a indústria de alimentos, no que diz respeito ao desenvolvimento de formulações e controle e monitoramento de processos. Além disso, antes de elaborar novas formulações, é necessário verificar as interações entre os biopolímeros envolvidos, visto que dependendo da natureza dos componentes e das propriedades do meio, diferentes propriedades, como solubilidade, estabilidade e textura podem ser modificados.

Despite of the large number of people affected by lactase deficiency, lactose free products, such as soy-based desserts, still represent an unexplored market for the food industry, ie, a niche that requires innovations. Furthermore, the literature regarding the amount of information about this type of food is scarce. The development of desserts with soy is an alternative, not only for consumers who seek products without lactose, but also for those seeking foods without cholesterol and with vegetable proteins of high biological value. In this context, the goals of this research were to develop soy-based desserts enriched with fruit pulp, to characterize these products and to correlate properties (instrumental by instrumental and instrumental by sensory) in order to cut costs during the development of this type of product. Therefore, firstly, it was studied the effect of the addition of important ingredients like guava pulp, soy extract in different concentrations and starch in the formulations using a 23 factorial design. These formulations were evaluated as to pH, soluble solids content, water holding capacity (WHC), creaming test, microscopy, color and rheology. The sensory characteristics of the desserts were evaluated by Quantitative Descriptive Analysis (QDA) with trained panel and through acceptance testing with over 50 tasters. The statistical analysis showed that the studied variables and its interactions, in the observed range, influenced the analysed parameters. The desserts presented soluble solids from 17 to 23, pH between 4,8 and 5,4 and WHC values measured at 25 ° C between 68 % and 99 %, however, none of the samples showed syneresis after 120 hours of storage at 25 °C. From rheological measurements, it was verified that the products presented pseudoplastic behavior without thixotropic response and characteristics of weak gel (G’/ G” < 3). The microstructure of the produced desserts was found to be strongly affected by the components under study. Besides, an intimate correlation between WHC and rheology was identified. The raised attributes in QDA were pink color, consistency, soy flavor, guava flavor and creaminess. Color of the samples by QDA had high correlation with the color parameters regarding to luminosity (L*) and hue (h*). Furthermore, many rheological properties were well correlated with sensory properties referred to consistency (resistance to flow off the spoon) and creaminess (perception of soft consistency in the mouth). Both modules (storage and loss) and n” parameter which characterizes the frequency dependence of the loss modulus can be useful indices of sensory texture to desserts of this study. After this step, different studies have been made in order to evaluate the effect of new process variables on the sample characteristics. In this context, a formulation was chosen to evaluate the effect of the substitution of carrageen by chia mucilage that is considered a novel food thickener. Again, the formulations were characterized for their rheological properties, °Brix, pH, color and sensory profile by QDA. The results regarding to pH, ° Brix and color coordinate a* did not differ. Unlike these parameters, the other chromaticity coordinates and the rheological properties presented significant statistical differences between the samples. The QDA results showed that the samples did not differ as to the attributes, color, pink guava flavor, creaminess and flavor of soy, but differed in consistency. Thus, the addition of mucilage chia can be made without causing major changes to the product. Moreover, it was evaluated the effect of the use of ultrasound, which is considered an emerging technology, in one of the developed desserts. The samples were treated with an ultrasound probe for 1, 3 and 5 minutes and were monitored during storage under refrigeration (60 days). The treated samples showed lower mean particle size, lower consistency index, higher flow index and clear difference in their microstructure. However, water holding capacity and particle size dispersion index values did not differ among untreated and treated soy based desserts for 1 and 3 minutes and none of the treatments caused visible color differences among the samples. Periodically, rheological properties, pH, soluble solids content, color, particle size and water holding capacity were determined. After 60 days, all evaluated properties differ significantly, except the pH. The final work refers to the study of interactions between important components of the formulation, such as carrageenan, carboxymethylcellulose and soy proteins present in the soy extract. To this end, the influence of pH (2-7) and soy extract-polysaccharide ratio (5:1, 10:1, 20:1 and 40:1) were investigated in aqueous solutions with 10 % of polydextrose and without polydextrose by examining, methylene blue–polysaccharide interactions, pH-solubility profile of protein, -potential, differential scanning calorimetry, Fourier transform infrared spectroscopy, wide angle X-ray diffraction, scanning electron microscopy and confocal laser scanning microscopy (CLSM). Although both systems showed dependency on the pH and ratio, they did not present the same behavior. The presence of both polysaccharides modified the pH-solubility profile of soy protein and the pH range of complex formation shifted to a lower pH region decreasing the soy extract-polysaccharide ratio. The samples also presented detectable differences regarding to DSC, FTIR and microscopy analysis. The complex formation was also detected even in a pH region where both biopolymers were net-negatively charged. The influence of polydextrose was mainly detected by blue–polysaccharide interactions measures and CLSM-images. Finally, it can be concluded that all the process variables such as the concentration of ingredintes, chia mucilage, and ultrasound have altered the properties of the samples and the results can be used as tools to develop new formulations and to monitor processes. In addition, before developing new formulations, it is necessary to verify the interactions between biopolymers, since depending on the nature of the components and properties of the medium, different properties, such as solubility, stability and texture can be modified.