DSpace
 
  Repositório Institucional da Universidade de Aveiro > Departamento de Química > DQ - Teses de doutoramento >
 Efeito de tratamentos de pressão e temperatura na actividade e estabilidade da pectina metilesterase e na textura de pimento (Capsicum annuum)
Please use this identifier to cite or link to this item http://hdl.handle.net/10773/3197

title: Efeito de tratamentos de pressão e temperatura na actividade e estabilidade da pectina metilesterase e na textura de pimento (Capsicum annuum)
authors: Castro, Sónia Marília de Almeida e
advisors: Saraiva, Jorge
keywords: Bioquímica
Conservação de alimentos
Pectinase
Pimentos
issue date: 2007
publisher: Universidade de Aveiro
abstract: De entre os diversos métodos de conservação de alimentos, o processamento térmico é o mais comum. No entanto, a alta pressão tem ganho interesse já que inactiva microorganismos e várias enzimas relacionadas com a qualidade alimentar, enquanto que outros atributos (cor, aroma, vitaminas) são mantidos. Do mesmo modo, a aplicação de pressão a baixas temperaturas (abaixo de 0oC) tem tido um interesse crescente na área do processamento por congelação, já que este provoca danos irreversíveis na textura de diversos frutos e vegetais. Industrialmente, os pimentos são congelados, após branqueamento térmico, para serem consumidos crus em saladas. Considerada como um importante parâmetro de qualidade no pimento, a textura é muitas vezes afectada por alterações que ocorrem durante o processamento, onde se incluem as modificações ao nível da pectina, devido a reacções químicas e/ou à acção de enzimas endógenas, tal como a pectina metilesterase (PME). Tratamentos de pressão de 100 e 200 MPa foram estudados como possíveis substitutos para o branqueamento térmico de pimentos. Os resultados revelaram que os pimentos tratados por pressão apresentam de um modo geral melhor qualidade em diversos parâmetros, nomeadamente ao nível da proteína solúvel, do conteúdo em ácido ascórbico e da textura (firmeza). Os pimentos tratados por pressão apresentam também uma textura melhor após congelação/descongelação que os pimentos branqueados termicamente. Como se verificou que apenas os pimentos verdes apresentavam actividade de PME (nos pimentos vermelhos não se detectou actividade de PME), usaram-se os pimentos verdes para estudar as características desta enzima sob diversas condições de pressão e temperatura. A enzima foi assim purificada através de um passo único por cromatografia de afinidade e caracterizada em termos bioquímicos. A enzima apresentou 2 bandas por SDS-PAGE, com 33 e 37 kDa, e um pH óptimo de 7,5 e uma temperatura óptima a pH neutro entre 52,5 e 55oC. A inactivação isotérmica da enzima PME purificada seguiu uma cinética de inactivação que pode ser descrita através de um modelo de inactivação fraccional (55-57oC, pH 7,5) e de um modelo bifásico (58-70oC, pH 7,5; 62- 76oC, pH 5,6). A pH ácido, a enzima PME purificada apresentou uma estabilidade térmica superior. No extracto não purificado, a pH 5.6, a inactivação isotérmica foi igualmente descrita por um modelo bifásico, entre 62oC e 76oC. Estes resultados de inactivação térmica da enzima PME purificada e no extracto não purificado indiciam a presença de várias isoformas com diferente estabilidade térmica. A enzima nestes dois sistemas apresentou ainda um comportamento relativamente estável aos dois pHs face a diversos tratamentos de pressão-temperatura. Quando se submeteu os pimentos, em pedaços e puré, a tratamentos de pressão a temperaturas moderadas (25oC, 40oC), verificou-se um aumento da actividade da PME, o que poderá estar relacionado com um aumento da extractibilidade da PME, provavelmente devido alterações na estrutura da parede celular. Em puré, a enzima revelou-se mais estável do que em pedaços às condições de temperatura e pressão estudadas. A estabilidade da enzima purificada a diversos tratamentos de pressão (0,1- 800MPa) e temperatura (10-64oC) foi também estudada em tampão a pH 5.6. Com os dados cinéticos obtidos para a fracção lábil da enzima, construiu-se um diagrama P-T de inactivação da enzima, onde se verificou um efeito antagonista na inactivação a P £ 300MPa e T > 54oC. A actividade da enzima purificada foi igualmente estudada sob pressão e temperatura (0,1-600MPa e 18-65oC), na presença de pectina a pH 5,6. Observou-se um óptimo de actividade a condições de pressão e temperatura moderadas (200MPa, 55oC). Adicionalmente, utilizou-se um modelo polinomial do 3º grau (derivado de um modelo termodinâmico) para descrever quer a dependência da constante cinética de inactivação da fracção lábil da enzima PME, quer a dependência da taxa de produção de metanol pela enzima, nas diferentes condições de pressão e temperatura estudadas. Por último, estudou-se o efeito de tratamentos de pressão e temperatura, isoladamente e em combinação, na textura do pimento. Entre 75oC e 95oC, a cinética de degradação da textura do pimento verde obedeceu a um modelo de conversão fraccional. A 90oC, a degradação da textura do pimento foi substancialmente retardada, quando o pimento foi submetido a prétratamentos moderados de temperatura (55oC, 60min) ou de pressão (200MPa, 25oC, 15min). A combinação destes tratamentos com imersão em cálcio (CaCl2, 0,50% (w/v)) retardou ainda mais a degradação de textura. A congelação desviada por pressão (“high pressure shift freezing” - HPSF) não alterou a firmeza dos pimentos pré-tratados (P > 0.05), enquanto que a congelação convencional à pressão atmosférica diminuiu significativamente (P < 0.05) a firmeza de pimentos quando submetidos aos mesmos prétratamentos. Dos pimentos congelados por congelação desviada por alta pressão, os pré-tratados por alta pressão apresentam uma firmeza substancialmente melhor, que os pré-tratados por temperatura, após conservação a –18oC durante 2,5 meses. Estes resultados mostram claramente a vantagem dos pré-tratamentos para melhorar a textura do pimento verde, e da congelação desviada por pressão, para manter a textura do pimento verde durante a congelação e a conservação a –18oC, comparada com a congelação à pressão atmosférica. Os tratamentos de pressão e temperatura aplicados não foram suficientes para causar a inactivação completa da enzima PME, ao pH natural dos pimentos, enquanto que os tratamentos moderados, economicamente mais vantajosos, parecem ter um efeito favorável na activação da enzima e, por conseguinte, na melhoria da textura. A congelação com recurso a pressão permite ainda obter pimentos pré-processados com melhor textura face à congelação convencional à pressão atmosférica. Os resultados deste trabalho ilustram claramente o potencial dos tratamentos de pressão e de pressão combinados com temperatura, para in(activar) a PME de pimento, adicionando um valor acrescentado à alta pressão como tecnologia de (pre-)processamento, na melhoria da qualidade do pimento verde processado, no que diz respeito às suas propriedades texturais.

Among several food preservation methods, thermal processing is the most commonly used. However, high pressure technology is gaining interest since it inactivates vegetative microorganisms and some food quality related enzymes, while quality attributes (colour, flavour, vitamins) are maintained. Moreover, the application of pressure at sub-zero temperatures is also a technology that is becoming of interest regarding the freezing processing, since freezing causes irreversible texture losses in fruits and vegetables. Industrially, peppers are frozen after thermal blanching, in order to be consumed raw in salads. Considered as one of the most important quality attributes in peppers, texture is mostly affected by changes that occur during thermal treatments, like changes in pectins, caused by chemical conversions and/or by the action of endogenous enzymes, such as pectin methylesterase (PME). Pressure treatments of 100 and 200MPa were studied as a possible alternative to thermal blanching of peppers. The results revealed that pressurized peppers presented, in general, better quality in several parameters, namely soluble protein, ascorbic acid content and texture (firmness). Peppers treated by pressure also presented better texture after freezing/thawing than thermally blanched peppers. Since PME activity was only detected in green peppers (PME was not found red peppers), green peppers were used to study the characteristics of PME upon several pressure and temperature conditions. Pepper PME from green bell pepper was purified through a single-step affinity chromatography and biochemically characterized. The enzyme presented two bands on SDS-PAGE, with 33 and 37 kDa, an optimum pH of 7.5 for PME activity, and its optimum temperature at neutral pH was between 52.5 and 55.0oC. Isothermal inactivation of purified pepper PME could be described by a fractional conversion model (55-57oC, pH 7.5) and a biphasic model (58-70oC, pH 7.5; 62-76oC, pH 5.6). At acidic pH, purified enzyme presented a higher thermal stability. In the crude extract (pH 5.6), the isothermal inactivation was also described by a biphasic model, between 62oC and 76oC. These results indicate the presence of several isoforms, with different thermal stabilities. The enzyme in these two systems still showed a rather stable behaviour towards several pressure-temperature treatments at both pHs. When pepper pieces and puree were submitted to pressure and mild temperatures (25oC, 40oC), an increase in PME activity was observed, which might be related with an increase in PME extractability, probably due to changes in the cell wall structure. The enzyme in pepper puree samples revealed to be very pressure stable. The stability of purified pepper PME to pressure (0.1-800MPa) and temperature (10 to 64oC) was also studied in buffer at pH 5.6. With kinetic data obtained for the labile fraction of the enzyme, a pressure-temperature inactivation diagram was constructed, where an antagonistic effect was observed in the inactivation at P £ 300MPa and T > 54oC. Purified pepper PME activity was also considered under combined high-pressure/temperature treatments (18-65oC, 0.1-600MPa) in the presence of pectin at pH 5.6. An optimum in the activity at mild pressure-temperature conditions (200MPa, 55oC) was observed. Moreover, a third-degree polynomial model (derived from a thermodynamic model) was successfully applied to describe the temperature/pressure dependence of the inactivation rate constants of the labile pepper PME fraction as well as the heat-pressure dependence of the initial rates of purified pepper PME-catalyzed methanol formation. Finally, the effect of several pressure and temperature treatments, separately and combined, on pepper texture was also evaluated. Between 75oC to 95oC, the texture degradation kinetics of green pepper could be accurately described by a fractional conversion model. At 90oC, texture degradation of pepper was substantially retarded when pepper was submitted to pre-treatments of temperature (55oC, 60min) and pressure (200MPa, 25oC, 15min). The combination of these treatments with calcium (CaCl2, 0.50% (w/v)) immersion retarded even more the texture degradation. High pressure shift freezing (HPSF) did not change the firmness of pretreated peppers (P > 0.05), while conventional freezing at atmospheric pressure decreased (P < 0.05) the firmness of peppers submitted to the same pre-treatments. From the peppers frozen by HPSF, those pre-treated by high pressure showed a firmness substantially better than the ones thermally treated, after freezing storage at -18oC during 2.5 months. These results clearly showed the advantage of pre-treatments to improve green pepper texture, and of HPSF to maintain the texture of green pepper during freezing and storage at -18oC, when compared to freezing at atmospheric pressure. The applied pressure/temperature treatments revealed to be insufficient to cause fully PME inactivation at the natural pH of peppers, while mild treatments, economically more advantageous, seemed to have beneficial effect in the activation of PME and, as a consequence, in the improvement of texture. HPSF also considerably improves the texture of pre-processed peppers, when compared to conventional freezing at atmospheric pressure. The results of this work clearly illustrate the potential of pressure and pressure combined with temperature treatments to (in)activate PME, giving to high pressure an addvalue as a (pre-)processing technology, in the improvement of the quality of processed green bell pepper, regarding its textural properties.
description: Doutoramento em Bioquímica
URI: http://hdl.handle.net/10773/3197
appears in collectionsUA - Teses de doutoramento
DQ - Teses de doutoramento

files in this item

file sizeformat
2008001702.pdf4.11 MBAdobe PDFview/open
statistics

Items in DSpace are protected by copyright, with all rights reserved, unless otherwise indicated.

 

Valid XHTML 1.0! RCAAP OpenAIRE DeGóis
ria-repositorio@ua.pt - Copyright ©   Universidade de Aveiro - RIA Statistics - Powered by MIT's DSpace software, Version 1.6.2