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Emulsão x Denaturação

A denaturação corresponde à precipitação irreversível de uma proteína, causada pela ação do calor, ácidos ou bases fortes de uma força mecânica - emulsão.


  • As variações nas propriedades termodinâmicas que resultam na denaturação de proteínas são interessantes de se examinar...


Denaturação proteica é um processo que se dá em moléculas biológicas, principalmente nas proteínas, expostas a condições diferentes àquelas em que foram produzidas, como variações de temperatura, mudanças de pH, força iônica, força mecânica que empregamos durante o processo de emulsificação entre outras forças. A denaturação protéica ocorre quando a proteína perde sua estrutura secundária e/ou terciária, ou seja, o arranjo tridimensional da cadeia polipeptídica é rompido, fazendo com que, quase sempre, perca sua atividade biológica característica. Algumas proteínas desnaturadas , ao serem devolvidas para o seu meio original, podem recuperar a sua configuração espacial normal, renaturando-se. Entretanto , quando a denaturação ocorre por elevações extremas de temperatura ou alterações muito intensas do pH , as modificações, geralmente, são irreversíveis.


  • Na prática da Charcuterie Artesanal é preciso ter em mente que precisamos de uma forma mecânica para colocar a água(gelo) na proteína, misturar e manter essa mistura estável, é claro que existem os aditivos que fazem esse papel, são chamados de emulsificantes e auxiliam na denaturação proteica.



Quando as proteínas sofrem a denaturação não ocorre rompimento de ligações covalentes do esqueleto da cadeia polipeptídica, preservando a seqüência de aminoácidos característica da proteína (estrutura primária).



Os fatores que causam a desnaturação, são

  1. Aumento de temperatura (cada proteína suporta certa temperatura máxima, se esse limite é ultrapassado ela desnatura)

  2. Extremos de pH, solventes orgânicos miscíveis com a água (etanol e acetona)

  3. Solutos como a uréia

  4. Exposição da proteína a detergentes

  5. Agitação vigorosa da solução proteica


Dois exemplos simples de desnaturação ocorrem

  • Ao pingar gotas de limão no leite, o pH é alterado, causando a desnaturação das proteínas, que se precipitam na forma de coalho.

  • Ao cozinhar um ovo, o calor modifica irreversivelmente a clara, que é formada pela proteína albumina e água.

A denaturação também atinge enzimas, que realizam funções vitais no corpo. Por isso que os médicos preocupam-se antes em baixar a febre do que descobrir a causa, pois a alta temperatura pode destruir enzimas de funções vitais, como as enzimas que auxiliam no processo respiratório (transporte de substância via hemoglobina).


Experimentos que demonstram a reversibilidade da denaturação, ajudam a provar que a estrutura terciária de uma proteína globular é determinada pela sua sequência de aminoácidos, as proteínas denaturadas retomam sua estrutura nativa e sua atividade biológica assim que sua conformação natural de estabilidade é atingida novamente. Renaturação é o nome que se dá a esse processo. Por exemplo, uma ribonuclease purificada pode ser denaturada pela presença de um agente redutor em solução concentrada de ureia, através da clivagem de quatro de suas oito ligações dissulfureto a resíduos de cisteína e pela desestabilização das interações hidrofóbicas causada pela ureia. A denaturação da ribonuclease é acompanhada por uma completa perda de sua atividade catalítica. Removidos o agente redutor e a ureia, a ribonuclease desnaturada retoma sua estrutura terciária correta, dobrando-se espontaneamente, com restauração completa de sua atividade catalítica. As ligações dissulfureto são refeitas nas mesmas posições anteriores.


Agente caotrópico

Um agente caotrópico é uma molécula que, em solução aquosa, é capaz de romper a trama de ligações de hidrogênio entre moléculas de água. Isso afeta a estabilidade  da sua formação original/nativa de outras moléculas na solução, principalmente macromoléculas (proteínas, ácidos nucleicos), enfraquecendo o efeito hidrofóbico. Por exemplo, um agente caotrópico reduz a ordem na estrutura formada pela proteína e moléculas de água tanto no corpo quanto nas conchas de hidratação em volta de aminoácidos hidrofóbicos e pode causar a denaturação. De forma recíproca, um agente anticaotrópico é uma molécula que, em solução aquosa, aumenta o efeito hidrofóbico dentro da mesma. Sais anticaotrópicos como sulfato de amônia podem ser usados para precipitar substâncias de uma mistura impura. Isso é utilizado no processo de purificação proteica.


Conceito

Um agente caotrópico é uma substância que interfere com a estrutura e denatura, macromoléculas como proteínas e ácidos nucleicos exː DNA e RNA). Os solutos caotrópicos aumentam a entropia do sistema interferindo com interações intramoleculares mediadas por forças não covalentes, tais comos ligações de hidrogênio, as famosas, forças de Van Der Waals e o efeito hidrofóbico.


A estrutura macromolecular depende da soma dessas forças. Sendo assim, o aumento de solutos caotrópicos em um sistema biológico leva a denaturação de macromoléculas, redução de atividade enzimática e indução de stress celular. A conformação terciária proteica é dependente do caratar de  hidrofobicidade dos aminoácidos que compõe sua sequência throughout the sequence of the protein. Os solutos caotrópicos diminuem o efeito hidrofóbico "líquido" das regiões hidrofóbicas, devido ao desordenamento das moléculas de água em volta da proteína. Isso torna a região hidrofóbica solúvel, o que leva à denaturação proteica. Isso é também diretamente aplicável à regi̴ão hidrofóbica em bicapas lipídicas; se a concentração de soluto caotrópico atinge uma concentração crítica (na região hidrofóbica), a integridade de membrana fica comprometida, levando à lise da célula. Sais caotrópicos que dissociam-se em solução exercem seus efeitos caotrópicos por diferentes mecanismos.  Enquanto compostos como etanol interferem com as interações moleculares não-covalentes como descrito acima, sais podem adquirir propriedades caotrópicas através da blindagem de cargas, impedindo a estabilização de pontes salinas.


A ligação de hidrogênio é mais forte em meios não-polares,  e o aumento da polaridade química do solvente por sais pode também desestabilizar ligações de hidrogênio. Isso ocorre porque não há moléculas de água em quantidade suficiente para solvatar os íons. Isso pode resultar em interações do tipo íon-dipolo entre os sais e as espécies que fazem ligação de hidrogênio que são mais favoráveis que ligações de hidrogênio normais.


Emulsão

Basicamente, emulsão é a mistura entre dois líquidos imiscíveis em que um deles (a fase dispersa) encontra-se na forma de finos glóbulos no seio do outro líquido (a fase contínua), formando uma mistura estável. Exemplos de emulsões incluem manteiga, margarina, maionese, e na Charcuterie temos a mortadela e as sausages em geral.


As emulsões mais conhecidas consistem de água e óleo, e via de regra são compostas por gotículas da fase interna dispersas na fase externa. Quando a fase interna é oleosa e a fase externa aquosa, denominamos emulsão óleo em água (O/A). Ao contrário, quando a fase interna é aquosa e a externa oleosa, denominamos emulsão água em óleo (A/O). Elas são instáveis termodinamicamente e, portanto não se formam espontaneamente, sendo necessário fornecer energia para formá-las através de agitação, de homogeneizadores, ou de processos de spray. Com o tempo, as emulsões tendem a retornar para o estado estável de óleo separado da água.


Os agentes emulsificantes (ou surfactantes) são substâncias adicionadas às emulsões para aumentar a sua estabilidade cinética tornando-as razoavelmente estáveis e homogêneas. Um exemplo de alimento emulsionado é a maionese, na qual a gema de ovo contém o fosfolipídeo lecitina que estabiliza a emulsão do azeite na água.

A estabilidade de uma emulsão depende essencialmente de três fenômenos: cremação ou sedimentação, floculação e quebra da emulsão devido a coalescência das gotículas dispersas.


Cremação e sedimentação são fenômenos resultantes de uma diferença de densidade entre as duas fases e consiste na migração de uma das substâncias para o topo da emulsão, na cremação, ou para o fundo, na sedimentação, não sendo necessariamente acompanhada de floculação das gotas. As colisões entre as gotas podem resultar em floculação, quando os glóbulos se agregam, sem o rompimento do filme interfacial que os separa. Por fim, a coalescência resulta da agregação dos glóbulos com o rompimento do filme interfacial, resultando em glóbulos maiores. Eventualmente, a fase dispersa pode se tornar a fase contínua, separada da dispersão média por uma única interface. O tempo levado para tal separação de fases pode ser de segundos ou até anos, dependendo da formulação da emulsão. Para aumentar a estabilidade cinética das emulsões tornando-as razoavelmente estáveis, um terceiro componente, o agente emulsificante, pode ser adicionado. Os materiais mais eficientes como agentes emulsificantes são os tensoativos, alguns materiais naturais e certos sólidos finamente divididos. Esses materiais formam um filme adsorvido ao redor das gotas dispersas e ajudam a prevenir a floculação e a coalescência.


Os seguintes fatores favorecem a estabilidade de emulsões

  1. Tensão superficial baixa: a adsorção de surfactantes nas interfaces óleo-água diminui a energia interfacil, facilitando o desenvolvimento e aumentando a estabilidade das grandes áreas interfaciais associadas com as emulsões.

  2. Filme interfacial mecanicamente forte e elástico: a estabilidade das emulsões é favorecida pela proteção mecânica dada pelo filme adsorvido ao redor da gota. A elasticidade do filme também é importante para permitir a recuperação após distúrbios locais.

  3. Repulsão das duplas camadas elétricas: a repulsão entre as partículas diminui os choques evitando a floculação. Quando agentes emulsificantes iônicos são usados, a repulsão da dupla camada elétrica lateral pode prevenir a formação de filmes compactos. O efeito de expansão dos filmes pode ser minimizado usando uma mistura de um filme iônico com um não-iônico e/ou aumentando a concentração eletrolíticana fase aquosa.

  4. Volume pequeno da fase dispersa: favorece a formação de gotículas pequenas.

  5. Gotículas pequenas: gotas grandes são menos estáveis devido a sua menor razão de área/volume, que aumentam a tendência da gota crescer.

  6. Viscosidade alta: diminui as colisões retardando a floculação e sedimentação.


  • O tipo de emulsão formada quando dois líquidos imiscíveis são homogeneizados depende dos volumes relativos das duas fases e da natureza do agente emulsificante. Quanto maior for o volume da fase, maior é a probabilidade do líquido se tornar a fase contínua. Sabões de metais alcalinos favorecem a formação de emulsões óleo em água, enquanto que sabões de metais pesados favorecem a formação de emulsões água em óleo. Além disso, a fase na qual o agente emulsificante é mais solúvel tende a ser a fase contínua. Essa generalização é conhecida como regra de Bancroft, devido a seu formulador Wilder Dwight Bancroft.


Mortadela Artesanal

Para o produtor artesanal fazer a emulsão da sua "mortadela artesanal" é preciso ter em mente que a mistura básica é composta de CARNE, GORDURA E ÁGUA que usamos na forma de GELO para manter a temperatura da massa controlada. A carne e a gordura não gostam de se misturar com água pois existe a polaridade dos líquidos, então é preciso forçar a ligação dessa água para ser possível misturar esses elementos - nós precisamos de força mecânica que é provocar essa mistura de forma estável!


Existem os aditivos (emulsificantes) que auxiliam na denaturação proteica da sua mortadela.


É importante lembrar que as ligações dos aminoácidos são tridimensionais, então quando você aquece, reduz o pH e provoca o atrito na massa com a força mecânica você denatura essa proteína deixando ela mais linear para produção da sua mortadela artesanal de forma homogênea e lisa.


A indústria usa um equipamento refrigerado que se chama Cutter para fazer as mortadelas que compramos no dia a dia no Brasil.



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