Farelo de Soja: Produtos Proteicos

A soja, amplamente cultivada globalmente, destaca-se como uma leguminosa com alto teor proteico e baixo custo. O Brasil, o segundo maior produtor mundial, possui grande potencial para o desenvolvimento de produtos baseados em proteína de soja isolada ou seus derivados. A pesquisa utiliza farelo de soja (após extração do óleo) como substrato para a obtenção de concentrados proteicos, que servirão de base para a produção de hidrolisados enzimáticos.

A extração da proteína de soja foi otimizada através da manipulação de diversos parâmetros. O tamanho de partícula do farelo de soja influenciou diretamente a eficiência do processo extrativo, com a redução do tamanho das partículas aumentando a superfície de contato e melhorando o rendimento. A relação sólido/solvente mostrou-se crucial, com a proporção de 1:30 (m/v) proporcionando os melhores resultados. O pH ideal foi estabelecido em 9,0, ajustado com NaOH 4,0 M, e o tempo de extração de 45 minutos. Após a extração, a filtração e um ajuste de pH para 4,5 com HCl 2,0 M permitiram a precipitação das proteínas. Nestas condições ótimas, foi obtido um rendimento de aproximadamente 68,6% de extrato com um teor proteico de 84%.

O estudo comparou diferentes métodos extrativos para a obtenção do concentrado proteico de soja. Embora não sejam detalhados no fragmento, a pesquisa utilizou um método padrão além de outros métodos, incluindo pré-tratamento ácido com pré-extração a pH 4,5 a 55 ºC seguida de extração padrão. A comparação dos métodos focou no rendimento em massa bruta e na quantidade total de proteína extraída. O método padrão, principalmente na relação farelo/solvente de 1:30 (m/v), mostrou-se superior em termos de rendimento, enquanto o método com pré-tratamento ácido apresentou rendimento inferior e foi descartado. A análise da massa de proteína no extrato e no farelo residual, em relação à massa inicial de proteína no farelo, confirmou a superioridade do método padrão.

A hidrólise enzimática do concentrado proteico de soja foi realizada utilizando diferentes enzimas para otimizar o perfil de peptídeos. Foram avaliadas as endopeptidases Neutrase® 0.8L, Alcalase® 2.4L e papaína, além da exopeptidase Flavourzyme® 1000L. A escolha das enzimas baseou-se na sua capacidade de hidrolisar ligações peptídicas, gerando fragmentos de diferentes tamanhos. As enzimas endopeptidases atuam no interior da cadeia polipeptídica, enquanto a exopeptidase cliva preferencialmente as extremidades. A caracterização dos hidrolisados obtidos envolveu a análise da distribuição de tamanhos dos peptídeos, buscando-se um perfil ideal para a subsequente complexação com metais. A pesquisa visava obter um hidrolisado com melhor perfil de peptídeos, considerando sua qualidade e conteúdo de aminoácidos, tanto qualitativamente quanto quantitativamente.

A enzima Alcalase® 2.4L demonstrou ser a mais eficiente na geração do perfil desejado de peptídeos. As condições ótimas de hidrólise com esta enzima foram determinadas, incluindo a relação proteína/enzima (7,5 mg:10 µL), o tempo de incubação (30 minutos), a temperatura (55°C) e o uso de solução tampão fosfato de sódio (30 mM). No entanto, um problema foi identificado: a presença de glicerol oriundo da enzima impedia a secagem do hidrolisado. Este inconveniente foi contornado com a purificação parcial da mistura enzimática em coluna de Sephadex G25, utilizando tampão acetato de sódio (50 mM, pH 5,0), obtendo-se um concentrado enzimático sem perda de atividade. O método de purificação utilizando a coluna cromatográfica Sephadex G25 permitiu a remoção do glicerol, possibilitando a secagem do hidrolisado e sua posterior utilização na etapa de complexação com metais.

Complexos metálicos foram preparados utilizando o hidrolisado de proteína de soja como ligante e sais de cobre, ferro, zinco e manganês. A formação dos complexos metal-peptídeo, também referidos como quelatos, foi um foco central da pesquisa. A determinação do ponto de equivalência metal/ligante foi crucial para otimizar a complexação, sendo alcançado através de métodos eletroquímicos, como voltametria cíclica e titulação potenciométrica. A quantificação dos metais ligados foi realizada por espectrometria de absorção atômica, revelando diferentes porcentagens de ligação para cada metal: 15,19% para manganês, 5,55% para ferro, 3,13% para cobre e 2,94% para zinco. A variação na quantidade de metal ligado sugere diferentes afinidades entre os peptídeos do hidrolisado e cada metal, um aspecto importante para futuras aplicações e otimizações do processo.

A determinação da estequiometria da reação de complexação foi realizada com precisão utilizando métodos eletroquímicos. Voltametria cíclica e titulação potenciométrica foram empregadas para determinar o ponto de equivalência metal/ligante, indicando a proporção ideal de metal e ligante para a formação do complexo. A quantificação precisa da quantidade de metal ligado aos peptídeos foi efetuada através de espectrometria de absorção atômica. A reprodutibilidade e eficiência desses métodos analíticos foram importantes para garantir a confiabilidade dos resultados. Para o ferro, a confirmação do ponto de equivalência foi feita com a adição de tiocianato de potássio, revelando uma pequena quantidade residual de ferro não complexado. A análise do zinco por voltametria cíclica indicou uma ligação menos estável em comparação com o ferro e o manganês. A diferença de afinidade entre os metais e os peptídeos foi observada e analisada.

A formação dos complexos metal-peptídeo pode ser explicada pelo princípio de ácido e base de Lewis, onde os peptídeos atuam como bases (doadores de par de elétrons) e os metais como ácidos (aceitadores de par de elétrons). A teoria do campo cristalino também é aplicada para explicar as diferentes cores observadas nos complexos, relacionando a interação dos ligantes com os orbitais d do metal e a consequente separação dos níveis de energia. A compreensão dessas teorias é crucial para a interpretação das diferentes afinidades observadas entre os diferentes metais e os peptídeos do hidrolisado de proteína de soja, permitindo uma melhor compreensão das propriedades e potenciais aplicações desses complexos.

A viabilidade econômica da produção dos produtos desenvolvidos (complexos metálicos e hidrolisado de proteína de soja) foi avaliada utilizando-se duas metodologias complementares: o Valor Presente Líquido (VPL) e a análise de sensibilidade via simulação de Monte Carlo. O VPL, um método tradicional, fornece um único valor que indica a viabilidade do projeto considerando os fluxos de caixa projetados. A simulação de Monte Carlo, por sua vez, introduz incertezas nas variáveis do processo, gerando uma distribuição de VPLs e, consequentemente, uma probabilidade de sucesso ou insucesso do projeto. Essa combinação de métodos permite uma avaliação mais robusta da viabilidade econômica, considerando as incertezas inerentes a fatores de mercado e custos de produção.

A análise econômica considerou os custos de implantação do projeto, incluindo os equipamentos necessários para a produção em diferentes escalas. O custo total de equipamentos foi estimado em R$ 283.215,39, sendo o Spray Dryer o equipamento mais caro (R$ 145.000,00). A resina Sephadex G-25, componente essencial do processo de purificação, também representou um custo significativo (R$ 67.927,38). A análise de custos de produção considerou diferentes etapas: produção diária de 1kg, e produção diária de 1kg para cada complexo metálico (cobre, ferro, zinco e manganês). O custo da enzima Alcalase® 2.4L representou um custo significativo, sendo sua aquisição um desafio devido à comercialização exclusiva através de representante. A variação de custos entre os diferentes complexos metálicos refletiu a diferença de preços e quantidades utilizadas de cada sal metálico.

Uma das maiores dificuldades encontradas na análise foi a obtenção de orçamentos para equipamentos em escala de produção maior. A falta de fornecimento de orçamentos por alguns fabricantes, principalmente quando o objetivo da pesquisa era revelado, limitou a análise de escalabilidade do projeto. A cotação de alguns produtos, como a Alcalase® 2.4L e a resina Sephadex G-25, por meio de representantes exclusivos, aumentou o custo final e dificultou a projeção de custos para volumes maiores de compra. Consequentemente, a determinação do aumento de escala de produção ficou comprometida pela ausência de informações precisas sobre o custo de matérias-primas e equipamentos em maior escala. A análise considera que o uso de parte da estrutura de produção para outras atividades reduz custos em algumas etapas.