TEXTURAREA PROTEINELOR

Proteinele sunt responsable de structura fizic distinct a alimentelor, de exemplu structura fibroas a esutului muscular (carne, pete, sau structura poroas a pinii i structura gelifiat a unor produse lactate i din soia.

Proteinele produse pentru nutriie, la nivel mondial, provin n proporie de aprox 20% din surse animale i 80% din plante. Proteinele din plante provin n principal din cereale (57%) i din plante (semine) oleaginoase (16%).

Majoritatea proteinelor din plante sunt proteine globulare, i, dei disponibile n cantiti mari, au o utilizare limitat n procesarea alimentelor. Pentru a le extinde exploatarea, s-au dezvoltat anumite tehnologii (texturare) care s confere proteinelor globulare o structur de tip fibr, i rezisten la procesare termic asemntoare crnii. Se utilizeaz ca analogi de carne, cnd sunt necesare produse cu aspect de buci de carne, i ca mas ncorporat n preparatele de carne.

Exemplu: Proteina din mazare

Se fabrica printr-un proces fizic de extrudare prin care se imbunatatesc atatproprietatile nutritive (continut de fibre, proteine, digestibilitate), cat si celefunctionale (capacitatea de legare a apei, de gelificare si texturare) ale produsului, Se obtin ca praf de proteine, care poate fi utilizat apoi in industria carnii.

Extrudarea permite modificarea structurii proteinei vegetale prin procedeemecanice si termice, realizand textura mai fibroasa a produsului finit. Aceste tratamente fizice elimina, totodata, si alti factori antinutritionali, precum si gustul amar, asigurand si sterilizarea produsului

Dupa rehidratare, proteina din mazare are un aspect si o textura fibroasa, similare carnii, motiv pentru care specialistii au denumit-o carne vegetala.

Texturatul de proteine din mazare se foloseste la prepararea mezelurilor, a semipreparatelor din carne si a produselor destinate vegetarienilor, la obtinerea produselor de tip burger, nuggets, chiftele etc., (amestec de 30% proteina din mazare rehidratata si 70% carne de vita). Se evita adaosul de gluten si soia (alergeni), se poate substitui carnea in proportie de pana la 35%, fara ca proprietatile gustative ale produsului finit sa se modifice.

Materia prim pentru texturare

Surse de proteine utilizate: soia; mazare, grau (gluten)lapte (cazein);zer (proteine din zer);semine de oleaginoase (susan, floarea-soarelui, rapi, etc); porumb (zein);snge -plasma organe de animale-plmn

Coninutul impus de protein din materia prim variaz, depinznd de procesul de texturare.

Amestecuri utilizate:soia cu lactalbumin, proteine cu hidrocoloizi: alginai, carrageenan, pectine

Condiii structurale pentru proteinele supuse texturrii

Masele moleculare : 1050 kdal. Proteinele cu M < 10 kdal sunt improprii pt producerea fibrelor

proteice; Proteinele cu M > 50 kdal sunt dezavantajoase, din cauza

viscozitii ridicate i a tendinei de a gela n domeniul alcalin de pH.

Proporia de aminoacizi cu catene laterale polare trebuie s fie mare, pt a spori interconectarea catenelor.

Proporia de aminoacizi cu catene laterale voluminoase trebuie s fie mic, deoarece catenele voluminoase obstrucioneaz o asemenea interconectare a catenelor

Texturarea/ Structurarea

Proteinele utilizate pentru mbogire nutritiv sau organoleptic sunt pulberi. De aceea proteinele adugate trebuie s fie modificate sau structurate pentru a avea aspect atractiv (de fibre) i palatabilitate.

Bazele biochimice ale structurriiTexturarea implic mai multe procese care corespund diferitelor stri conformaionale ale proteinelor obinute din surse naturale.

Procesul principal este deplierea proteinelor, prin ruperea legturilor intramoleculare (anihilarea forelor de coeziune) Proteina depliat care rezult este stabilizat apoi prin interacii cu lanurile proteice nvecinate, stabilindu-se noi legturiintermoleculare = interconectare a catenelor.

I. Denaturarea i dizolvarea pentru a forma colodiul (soluie de protein)

Faza de denaturare corespunde creterii viscozitii soluiei siimplic distrugerea parial a structurii spaiale naturale, ruperea legturilor slabe (legturi de H, legturi S-S, repulsii hidrofobe) i se realizeaz prin:

tCW(Lucru mecanic, presiune)[O],[H] Ageni hidrofili, solveni organici, gaze sub presiunepHenzime *1 (proteolize limitate, controlate)

*1) Cheagul, prin enzima renin, hidrolizeaz K-cazeina, si modific hidrofobicitatea miceliilor de cazein.

Condiii necesare:pH 8-10concentraie mare a izolatului proteic (>85%) mat primaconcentraia n proteine a colodiului rezultat: 10-30%

II. Organizarea i orientarea macromoleculelor care sunt parial sau total depliate: gelifiere, ordonarea fibrelor, reorganizarea agregatelor moleculare.

III. Stabilizarea ntrirea structurilor organizate redistribuirea legturilor rupte n timpul degradrii (deplierii) si interconectarea catenelor.

Tehnicile sunt: Extrudarea prin filiere/fante (la fibre) urmat de coagularea

firului proteic n bi acideExtrudarea cu nec: proteina de start este umectat uor,

i apoi extrudat la temperatur i presiune nalt, sub aciunea forelor de forfecare din extruder, ieind printr-o fant, in diverse condiii exterioare

Rularea/ntinderea pe valuriPrecipitarea de suprafa (film) (yuba, la soia)

Texturare prin filare

Materia prim (coninut de protein >90%, de ex. izolat proteic din soia) este suspendat in ap i solubilizat prin adugare de hidroxid. Soluia de 20% este agitat n mod constant la pH 11.Viscozitatea crete n tot acest timp, pe msur ce proteina se depliaz.

Soluia este apoi injectat sub presiune prin duze cu orificii fine (500015.000 orificii, fiecare de diametru de 0.010.08 mm) ntr-o baie de coagulare la pH 23. Baia conine un acid (citric, acetic, fosforic, lactic or clorhidric) i, de obicei, cca 10% NaCl.

Soluiile filabile de mixturi de protein i polizaharide acide(carageenan) conin de asemenea sruri de alcalino-pmntoase. Fibrele de protein sunt ntinse suplimentar (la nc de 2- 4-ori lungimea original) printr-o etap de nfurare i sunt apoi nmnunchiate n fibre mai groase, cu diametre de 1020 mm.

Interaciunile intermoleculare sporesc n timpul ntinderii fibrelor, sporind totodat i rezistena mecanic a mnunchiurilor de fibre.

Solventul remanent este ndeprtat prin presarea fibrelor ntre valuri, apoi acestea sunt neutralizate ntr-o baie de NaHCO3 + NaCl, la pH 5.56 i, dup caz, urmeaz o baie de ntrire cu NaClconc.Mnunchiurile pot fi combinate n agregate mai mari, cu diametre de 710 cm.

Tratamentele suplimentare pot include trecerea mnunchiurilor printr-o baie care conine un agent de legare (gelatina, caseina, gluten) sau ali aditivi (fie o protein care coaguleaz la nclzire, ca, de ex. ovalbumin, fie amidon modificat sau alte polizaharide, fie compui de aromatizare, sau lipide).

n extruderea hidrodinamic, baia de coagulare se mic cu o vitez mai mare dect viteza la care fibrele ies din filier astfel nct acestea sunt practic trase n afar

Aceste tratamente produc mnunchiuri cu stabilitate termic ameliorat i cu arom. O baie tipic pentru fibre care urmeaz s devin analogi de carne const din 51% ap, 15% ovalbumin, 10% gluten, 8% fin de soia, 7% praf de ceap, 2% hidrolizat proteic, 1% NaCl, 0.15% glutamat monosodic, i 0.5% pigmeni.Final, fibrele sunt inclzite si tiate.

Texturare prin extrudere

Extrudarea (de la cuvntul latin extrudo - expulzare, stoarcere), este un proces care mbin prelucrarea hidrotermic i cea mecano-chimic a materiei prime n scopul obinerii unor produse cu o structur i proprieti noi. Extrudarea este o operaiune simpl prin care materiale sau diverse aluaturi sunt forate s treac printr-o matri. Un extruder pentru produse alimentare este un utilaj care confer forma i n acelai timp structura final a produsului finit. Se poate folosi pentru coacere, formare, amestecare, texturare n condiii de meninere a calitii produsului, productivitate mare i costuri reduse.Avantajele extrudriiAdaptabilitate: varietate mare de produse prin schimbarea retetelor, a ingredientelor minore i a condiiilor de operare a extruderului.

Gama sortimentala: cu ajutorul extrudrii se pot realiza o multitudine de produse diferite ca form, textur, culoare i aspect

Tehnica noua a dus la produse noi: prin extrudare se pot modifica proteinele vegetale i animale, amidonul i alte componente ale produselor alimentare

Eficien energetic: extruderele opereaz la o umiditate relativ sczut, deci n genere nu necesit operaii suplimentare de uscare.

Eficien ecologic: din procesul de extrudare rezult un volum minim de ape reziduale, deci nu apar probleme cu depozitarea i tratarea acestora.

Costuri reduse: diminuarea costurilor de producie comparativ cu alte tehnologii de coacere i formare.

Productivitate mare i automatizare: extrudarea se poate realiza pe linii continue complet automatizate.

Calitate superioar a produselor:

Deoarece extrudarea este un proces care se desfoar la temperatur ridicat, timp scurt,

-se reduc pierderile de nutrieni din materiile prime -se mbuntete astfel digestibilitatea proteinelor (prin

denaturare) i a amidonului (prin gelatinizare).

-se distrug: factorii antinutritivi (inhibitorul de tripsin), enzimele nedorite, cum ar fi lipaza i lipoxidaza diversele microorganisme.

Tipuri de utilaje (extrudere)n timpul extruderii o serie de operaii

transportul, malaxarea, omogenizarea, dezaerarea, nclzirea i rcirea, formarea, expandarea, texturarea, uscarea rapid i umplerea,

au loc ntr-un timp foarte scurt.

Diametrul necului crete progresiv, decispaiul dintre nec si cilindru scade ctre ieirePasul necului este din ce in ce mai micForele de forfecare a materialului cresc n acelai sensTemperatura i presiunea la care e supus materialul cresc n acelai sens

Extruder cu dou necuri

Contrapresiunea creat de spaiul ngust ajut la texturare

Extrudere cu un singur nec

Aceste extrudere sunt prevzute cu un nec de compresiune care se rotete cu mare vitez n interiorul unei mantale termostatabile,cu suprafaa interioar redus progresiv, cu frecare mare prin aport de energie mecanic. nclzirea produsului se realizeaz aadar i prin frecare. Pentru nclzire suplimentar prin manta circul abur. Pentru a crete eficiena i capacitatea utilajului, n mod normal, amestecurile sunt prenclzite ntr-un utilaj de condiionare prin inducie de abur nainte de a fi introduse n extruder.

Extrudere cu nec dublu

Extruderele de acest tip cuprind dou necuri care se rotesc n sens contrar n interiorul unei carcase. Acest tip de extrudere a nceput s fie folosit pentru procesarea alimentelor n anii 70, iar aplicaiile lui s-au extins n anii 80. n general, preul acestor utilaje este mult mai mare dect preul extruderelor cu un singur nec pentru aceeai capacitate.

Totui, gradul de control a calitii i flexibilitatea procesului tehnologic

le fac mult mai atractive pentru industria alimentar. Materialulavanseaz, presat ntre necuri dar i ntre fiecare nec i cilindrul carcasei.

Se pot varia: profilele necurilor i ale fantelor gradientul de temperatur ncorporri/ alte funcii (introduceri de aditivi)

Aceste extrudere genereaz un debit de produs mult mai uniform prin interiorul carcasei, datorit rotirii n sens contrar a celor dou necuri. Alte avantaje ale extruderelor cu nec dublu suntposibilitile de prelucrare a materiilor vscoase, uleioase sau cu umiditate foarte mare i a altor produse greu de prelucrat cu ajutorul extruderelor cu un singur nec (n extruderele cu nec dublu se poate mri adaosul de grsime cu pn la 25%);

Procesul de extrudere

Coninutul de ap al materiei prime de cca 50%, (ex. fina de soia) se ajusteaz la 3040% i se incorporeaz aditivi (NaCl, sol tampon, pigmeni, arome -uneori adugate compensatoriu i la sfritul extrudrii, fie transportate n grsimi).

Mixtura proteic se dirijeaz n extruder care este nclzit la cca180C i care dezvolt n interior presiuni de 3040 bar. n aceste condiii, mixtura se transform intr-o mas plastic,viscoas, n care solidele sunt dispersate n proteina si grasimile topite. Hidratarea proteinei are loc dup deplierea parial a moleculelor globulare, ntinderea i rearanjarea zonelor lineare ale structurii n sensul impus.

Procesul este afectat de turaia necului, de forma acestuia, i de viscozitatea materialului , ca i de timpul de staionare n utilaj.

Pe msur ce materialul topit iese din extruder, apa se vaporizeaz,lsnd n urm vacuole n lanurile ramificate de protein.

n procedeele moderne se prefer ca parametri de proces temperaturi ridicate+timpi scuri de extrudere.

Extruderea este mai economic dect filarea, dei produce mai degrab particule asemntoare fibrelor dect fibre bine-definite.

Texturarea prin Extrudere umed

La un coninut mare de ap (45-70%) termocoagularea duce la formarea de filme sau la geluri hidratate. Se aplic la ameliorarea proteinelor separate mecanic din zer, snge i pete.Asocierea cu polizaharidele care gelifiaz (alginai, amidon) se utilizeaz pentru efect de textur i pentru a uura deplasarea n extruder.Pentru a obine o textur uniform, la ieirea din extruder se monteaz o filier lung, rcit.

Astfel, din ulei de unt i cazeinat de Ca i alte ingrediente, se obine un substitut de brnz. Din carnea de pui dezosat mecanic, prin procese de coagulare termic, la 2 temp diferite se obine carne restructurat de pui. Din carnea de pete care nu se consum direct i imediat substitut de carne de crab (surimi). Din faina din bobul de soia se obtin prin procesul de extrudare texturate de soia

Texturarea prin Extrudere uscat

Procesul e similar modelrii la cald a maselor plastice. Iniial acest tip de extrudere s-a aplicat pentru observarea unor structuri expandate de amidon i fin de gru.

Etape: fina proteic se nclzete la 65-100C cu injectoare de abur. Se aduce la 20% coninut umiditate. Malaxat n extruder la 85-100C la o presiune de 50-100 bar (at), apoi temperatura se ridic l80C pentru ultimele 10-20 secunde ct mai st n extruder.Trece prin filier i este expandat i uscat la vid, simultan cu evaporarea apei supranclzite.

Produsul finit produse expandate cu solubilitate mic, spume hidratabile, produse cu densitate variabil (densitatea crete odat cu scderea temperaturii i scderea dimensiunii duzei)

Dup rehidratare se obin produse spongioase, elastice, pentru chiftele i crochete, patiserii sau pentru produse cerealiere prelucrate (pufulei).

Texturarea prin gelifiereA. 1. Geluri din cazeine i/sau proteine din zer; A. 2. Cazeine texturateB. Geluri de tip polimer GelatinaC. Geluri termorezistente Proteine globulareA. 1.

- Stadiu de prenclzire complexarea cazeinelor cu proteinele din zer- Acidulare - Splare la neutru- nclzire n prezen de CaCl2 coagulare complet- nclzire n autoclav gel cu consisten elastic care se

poate modela n forme pt diferite utilizri

A. 2. Coagularea cazeinei (prin acidulare sau cu renin) produce un gel de consisten redus, denumit gel de particule (numit astfel deoarece subunitile gelului sunt particule.Producerea iaurtului (tot gelare acid, sub aciunea acidului lactic) d tot un gel de particule, de coeziune redus

Lapte degresat

Incalzire 90-95o

si/sau pH 4.7

Zer Coagul

1. Spalare cu HO- la pH7-8

2. Incalzire, ad CaCl2

Prot f ibr

Autoclavizare

Gel (30-40%solide)

A. 1. Geluri din cazeine i/sau proteine din zer;

Lapte degresat

1. Grasime+emulsif icatori

Zer Coagul

1. Taiere2. Ajust pH5.8-6.8

Prot din laptetexturata

2. Acid sauRenina

3. Incalzire 80oC

Coagultermoplastic

AromeColoranti Agenti legare

Presare IntindereRacire Modelare

A. 2. Cazeine texturate

Textura este dependent de parametri fizici i chimici:viteza de introducere a acidului lactic afecteaz negativ calitatea geluluiadaosurile de polizaharide -amidon modificat-amelioreaz textura

Gelurile alimentare sunt materiale viscoelastice .Agentii de gelare sunt de obicei polimeri naturali, adica polizaharidele si proteinele.

In gelurile alimentare moleculele de polimer nu sunt rigidizate transversal prin legaturi covalente (exceptie fac puntile disulfura S-S- din anumite geluri proteice). In schimb, moleculele sunt tinute impreuna printr-o combinatie de forte slabe, intermoleculare, precum legaturile de hidrogen, fortele electrostatice, fortele Van der Waals si interactiile hidrofobe.

Polizaharidele si hidrocoloizii sunt foarte hidratate in mediu apos, dar structurile lor nu sunt foarte ordonate.Mecanismul de gelare depinde de natura agentului de gelare, dar si de parametri precum temperatura, prezenta ionilor, pH-ul, concentratia agentului de gelare, etc. Caracterizarea gelurilor se face cu gelometrul, sau prin alte masuratori reologice.In industria alimentara se intalnesc geluri multi-component sau sisteme mixte de gelare, cand doua sau mai multe componente gelante se utilizeaza simultan pentru a se realiza anumite caracteristici structurale si functionale.

B.1. Gelatina formeaz gel polimer, o reea tridimensional cu zone de jonciune ale elicelor triple i cu legturi reticulante native. Acolo unde lanurile nu au astfel de legturi, ele se separ, ptrunde ap, n interstiii. Gelurile-polimer sunt termoreversibile, adic legaturileintermoleculare se desfac, dispar la nclzire

C.1. Proteinele globulare formeaz gel termorezistent, constnd din particule parial deformabile, cu legturi transversale de tip S S care nu dispar la incalzire. Apariia unor zone de jonciune se datoreaz apariiei unor structuri secundare intermoleculare.

Asemenea geluri nu se pierd prin nclzire, sunt termorezistente(ne-reversibile termic).