Obtenção, caracterização e comparação de filmes à base de proteínas do soro de leite

Abstract

O desenvolvimento de embalagens comestíveis e biodegradáveis tem ganhado atenção intensa dos pesquisadores durante as últimas décadas, que vêm estudando novos materiais provenientes de fontes renováveis como alternativa às embalagens plásticas sintéticas. Como uma fonte de proteínas para o desenvolvimento de embalagens, o soro de leite, líquido remanescente da fabricação de queijo, tem se mostrado promissor nesse setor. A incorporação de proteínas do soro de leite confere à embalagem características como transparência, flexibilidade, ausência de odor e sabor, favorecendo sua aceitabilidade para consumo. Frente a isso, o objetivo deste trabalho é avaliar a capacidade de obtenção de filmes de diferentes formulações à base de proteínas do soro de leite através da técnica de casting. Com o intuito de comparar os resultados obtidos foram utilizadas três fontes de proteína do soro de leite: soro de leite desmineralizado (WP), proteína concentrada (WPC) e proteína isolada (WPI). Ainda foram usados gelatina, água como solvente, glicerol como plastificante e aditivos (quitosana, nano-quitosana e óleo de semente de uva). Os filmes obtidos foram caracterizados quanto às propriedades mecânicas, físicas, morfológicas, químicas, de barreira e térmicas. Foi possível a obtenção de filmes à base de WPI com concentrações de glicerol de 30-70 % (m/m seca de proteína) e a incorporação de baixas concentrações de óleo de semente de uva (1 % e 10 %) revelou melhorias na permeabilidade ao vapor de água, solubilidade em água, umidade e hidrofilicidade do material. A obtenção de filmes à base de WPC foi dificultada provavelmente em decorrência da presença de caseína em sua composição. Em função disso, optou-se por não dar seguimento dos experimentos com os filmes obtidos com essa proteína. Películas de WP com gelatina foram alcançadas com a utilização de glicerol e gelatina na concentração de 10-30 % e 100 % (m/m seca de proteína), respectivamente, sem e com adição de quitosana ou nano-quitosana. Tendo como base a comparação realizada entre as formulações, foi observado que os filmes à base de WP apresentaram resultados satisfatórios e muitas vezes superiores aos filmes à base de WPI. Além disso, observou-se que as formulações à base de WP e WPI podem ser armazenadas sob refrigeração por período prolongado de estoque ou tempo de armazenamento. Comprovou-se também a biodegradabilidade dos mesmos, sendo que o filme à base de soro de leite exibiu a mais rápida degradação, de apenas uma semana. A aplicação em queijo minas frescal acarretou uma redução do crescimento microbiano e prolongamento da vida útil do alimento. Esses resultados são promissores, uma vez que muitos estudos focam no uso de WPC e WPI em embalagens e há pouca literatura referente à aplicação do soro de leite desmineralizado, que representa uma alternativa sustentável. Com base nos resultados obtidos, a formulação contendo 3 % m/V de WP, 20 % mss (massa/massa seca de soro de leite) de glicerol, 3 % m/V de gelatina e 0,3 % mss de quitosana foi selecionado com o a melhor formulação.

The development of edible and biodegradable packaging has gained intense attention from researchers during the last decades, who have been studying new materials from renewable sources as an alternative to synthetic plastic packaging. As a source of protein for the development of packaging, whey, the liquid remaining from cheesemaking, has shown promise in this sector. The incorporation of whey proteins gives the package characteristics such as transparency, flexibility, absence of odor and taste, favoring its acceptability for consumption. In view of this, the objective of this work is to evaluate the ability to obtain films of different formulations based on whey proteins through the casting technique. In order to compare the results obtained, three sources of whey protein were used: demineralized whey (WP), concentrated protein (WPC) and isolated protein (WPI). Gelatin, water as a solvent, glycerol as a plasticizer and additives (chitosan, nano-chitosan and grape seed oil) were also used. The films obtained were characterized in terms of mechanical, physical, morphological, chemical, barrier and thermal properties. It was possible to obtain WPI-based films with glycerol concentrations of 30-70 % (dry w/w of protein) and the incorporation of low concentrations of grape seed oil (1 % and 10 %) revealed improvements in permeability water vapor, water solubility, moisture and hydrophilicity of the material. Obtaining WPC-based films was probably made more difficult due to the presence of casein in its composition. As a result, it was decided not to continue the experiments with the films obtained with this protein. WPbased films with gelatin were achieved with the use of glycerol and gelatin in the concentration of 10-30 % and 100 % (dry w/w of protein), respectively, without and with the addition of chitosan or nano-chitosan. Based on the comparison made between the formulations, it was observed that the films based on WP showed satisfactory results and many times superior to the films based on WPI. In addition, it was observed that formulations based on WP and WPI can be stored under refrigeration for an extended period of stock or storage time. Their biodegradability was also proven, and the whey-based film exhibited the fastest degradation, in just one week. The application in minas frescal cheese reduced microbial growth and prolonged the shelf life of the food. These results are promising, since many studies focus on the use of WPC and WPI in packaging and there is little literature regarding the application of demineralized whey, which represents a sustainable alternative. Based on the results obtained the formulation containing 3 % w/V of WP, 20 % w/w (dry mass / whey mass) of glycerol, 3 % w/V gelatin and 0.3 % w/w of chitosan was selected with the best formulation.