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Preparação de amostras
Separação de proteínas da farinha de grão-de-bico (FC)
Grão-de-bico Kabuli (Cicer arietinum L.), colhido durante a temporada de crescimento de 2025 e proveniente do sudeste da Turquia, foi processado usando um sistema de moagem por classificador de ar baseado em impacto, no qual as partículas foram submetidas a forças centrífugas e impactos repetidos contra o disco de moagem e a engrenagem anelar. Após uma etapa inicial de pré-moagem, os grãos grossos eram ainda mais moídos para produzir CF usando um moinho classificador a ar. Durante a fresagem por impacto, foram aplicadas uma vazão de ar de 40-45m 3/h, uma velocidade de classificador de 7.000-8.000 rpm e uma taxa de avanço de 200 kg/h, de acordo com as condições operacionais previamente relatadas e um protocolo de otimização interno, conforme descrito na literatura8.
Frações finas ricas em proteínas foram posteriormente obtidas a partir da FC por classificação do ar à temperatura ambiente, utilizando o mesmo sistema de classificação de ar. A velocidade das rodas do classificador foi ajustada para 10.000 rpm, enquanto a taxa de avanço foi mantida em aproximadamente 200 kg/h e o fluxo de ar em 52 m³/h, conforme descritoanteriormente 8. Essa etapa de separação enriqueceu seletivamente a fração proteica com base em diferenças no tamanho das partículas, densidade e propriedades aerodinâmicas.
Após a classificação do ar, o pó resultante apresentou uma distribuição fina do tamanho das partículas (d(0,9) = 20-22 μm); portanto, nenhum passo de peneira foi aplicado para evitar perda de material e estresse mecânico desnecessário. A fração enriquecida com proteína foi embalada diretamente em sacos de polietileno lavado a gás de 25 kg e armazenada a 4 °C para minimizar a absorção de umidade e preservar propriedades funcionais até o processamento posterior.
Preparação por nanoemulsão
O CPC foi usado como o único agente emulsionante para preparar NEs de óleo em água (O/W) com alvo de uma concentração ativa de proteína de 3,0% w/v na formulação final. Essa concentração foi selecionada com base em triagens preliminares de 1,0% v/v, 2,0% p/v e 3,0% p/v CPC, que indicaram que 3,0% proporcionaram a redução mais eficaz do tamanho das gotículas e a maior estabilidade física de curto prazo. Com base no teor proteico medido do pó CPC (44,8% p/w), a concentração necessária em pó foi calculada em 6,67% p/v. O CPC funcionou como emulsionante na fase aquosa contínua, enquanto o óleo de triglicerídeos de cadeia média (MCT) foi usado exclusivamente como fase oleosa dispersa em concentração fixa de 5,0% v/v, correspondendo a 5,0 mL de óleo por formulação de 100 mL. Nenhum surfactante de baixo peso molecular foi utilizado em nenhumaformulação 9.
A dispersão aquosa do CPC foi preparada dissolvendo a quantidade calculada de pó de CPC em água ultrapura sob agitação magnética contínua a 800 rpm por 1.800 s para garantir hidratação completa e dispersão homogênea das proteínas. A hidratação completa foi confirmada pela ausência de partículas ou sedimentos visíveis.
A fase oleosa foi então adicionada lentamente à solução hidratada de CPC sob agitação contínua, seguida por homogeneização de alta cisalhamento a 12.000 rpm por 240 s, produzindo uma emulsão grosseira (convencional), visualmente identificada por uma aparência uniforme e opaca sem separação visível do óleo. Essas condições foram selecionadas para evitar a agregação de proteínas, garantindo uma perturbação suficiente das gotículas.
As NEs foram posteriormente obtidas por sonda da emulsão grossa em amplitude de 30% durante 180 s, realizada em banho de água gelada para manter a temperatura da amostra abaixo de 30 °C e evitar a agregação de proteínas. A temperatura era monitorada intermitentemente durante a sonicação. Experimentos preliminares de otimização (dados não mostrados) avaliaram tempos de sonicação de 60 s, 120 s e 180 s, e 180 s foi selecionado como condição ideal com base na formação reprodutível de NEs com diâmetros de gotículas abaixo de 200 nm e baixo PDI. Portanto, todos os NEs relatados neste estudo foram preparados usando o tempo otimizado de sonicação de 180 s.
A formação bem-sucedida do NE foi apoiada pelo aparecimento de uma dispersão estável, ligeiramente opalescente, sem separação de fases após 1.800 s de parada. Amostras com cremação visível ou separação de fases foram excluídas de análises adicionais. Todas as amostras foram equilibradas à temperatura ambiente (25 ± 2 °C) antes da caracterizaçãofisicoquímica 9.
ATENÇÃO: O manuseio de equipamentos de alta energia (homogeneizador e sonicador) foi realizado de acordo com os procedimentos institucionais de segurança laboratorial. Proteção auditiva e proteção contra respingos eram usados durante a sonicação. Nenhum ácido ou base foi usado durante a preparação da emulsão; portanto, não foram necessárias medidas de neutralização química ou descarte de resíduos perigosos.
Caracterização nutricional e fisicoquímica da farinha de grão-de-bico (FC) e do concentrado de proteína de grão-de-bico (CPC)
Análise Composicional
A composição nutricional das amostras de FQ e CPC foi determinada usando Métodos Oficiais de Análise da Association of Official Analytical Chemists (AOAC). A fibra bruta foi analisada segundo AOAC 991,43, a cinza total segundo AOAC 923,03, a gordura bruta segundo AOAC 920,39 e a proteína bruta segundo AOAC 984,13, utilizando um fator de conversão de nitrogênio para proteína de N × 6,25. O teor total de carboidratos de todas as amostras foi determinado pela diferença, subtraindo a soma dos percentuais de umidade, proteína, gordura e cinzas de 100%3.
Análise de cor
Os parâmetros de cor das amostras foram medidos usando um colorímetro de bancada operando em modo de refletância. Antes da medição, o instrumento era padronizado usando os padrões de calibração em preto e branco fornecidos pelo fabricante. Para garantir medições uniformes e reprodutíveis, 5,0 g de amostra em pó foram cuidadosamente carregados em uma cubeta de vidro redonda (64,0 mm de diâmetro interno) para criar uma superfície lisa e homogênea. Uma espessura de camada suficiente (≥ 50,0 mm) foi aplicada para minimizar a influência dos efeitos do substrato e do fundo e tornar o pó translúcido efetivamente opaco sob condições de refletância. Todas as medições foram realizadas em modo de refletância à temperatura ambiente.
As coordenadas de cor foram expressas no espaço de cores CIELAB, onde L* representa a claridade (0 = preto, 100 = branco), a* representa o eixo vermelho-verde e b* representa o eixo amarelo-azul. Parâmetros adicionais de cor, incluindo diferença total de cor (ΔE*), croma (C*), ângulo de matiz (H°) e índice de cor (CI), foram calculados de acordo com as equações descritas em11 (Eqs. 1–4) da seguinte forma:
(Eq. 1)
(Eq. 2)
(Eq. 3)
(Eq. 4)
Análise de pH
O pH das amostras de CF e CPC foi determinado usando um medidor digital de pH equipado com um eletrodo de vidro, inserindo o eletrodo diretamente na dispersão da amostra a 25,0 ± 2,0 °C. Antes da medição, o medidor de pH era calibrado usando soluções tampão padrão (pH 4,0 e 7,0). Todas as medições foram realizadas em triplicado (n = 3) para garantir a reprodutibilidade analítica.
Conteúdo de umidade
O teor residual de umidade das amostras de CF e CPC foi determinado usando um analisador rápido de umidade operado sob condições de aquecimento controladas. Todas as medições foram realizadas em triplicado (n = 3) para garantir a reprodutibilidade analítica.
Caracterização estrutural e funcional da CPC
Análise XRD
A análise XRD da CPC foi realizada usando um difractomômetro de raios X de laboratório equipado com radiação-Kα (λ = 1,5406 Å). Difractogramas foram registrados em uma faixa de 2θ de 10°-90° com uma taxa de varredura de 2,5° min-1, operando em 40 mA e 45 kV, seguindo um procedimento12 previamente relatado.
A identificação de picos, subtração de fundo e ajuste de curvas foram realizados usando software padrão de análise XRD. O grau de cristalinidade foi calculado como a razão entre a área integrada das reflexões cristalinas e a área total sob o difractograma, de acordo com o método descrito por13, conforme mostrado na Equação (5):
(Eq. 5)
O tamanho aparente do cristalito (D) foi estimado a partir dos dados da XRD usando a equação de Scherrer (Eq. 6), aplicada aos picos de difração mais intensos:
(Eq. 6)
onde D é o tamanho aparente do cristalito (nm), K é o fator de forma (assumido como 0,9), λ é o comprimento de onda dos raios X, β é a largura total a metade do máximo (FWHM, em radianos) do pico de difração selecionado, e θ é o ângulo de Bragg.
Análise de calorimetria diferencial de varredura (DSC)
A análise diferencial de calorimetria de varredura (DSC) de FQ e CPC foi realizada usando um calorímetro de varredura diferencial laboratorial. Aproximadamente 10,0 ± 0,1 mg de amostra foram pesados e selados com precisão em um cadinho de alumínio côncavo com tampa perfurada, enquanto um cadinho vazio de alumínio foi usado como referência. As medições foram realizadas sob uma atmosfera de nitrogênio (20 mL/min) para minimizar os efeitos oxidativos. As amostras foram aquecidas de 0 °C a 400 °C a uma taxa de aquecimento constante de 5 °C min-1 sob condições de varredura dinâmica. Calibrações de temperatura e sensibilidade foram realizadas antes da análise para garantir precisão e reprodutibilidade da medição.
As transições térmicas foram caracterizadas determinando a temperatura de início (To), temperatura de pico (Tp), temperatura de final (Te) e a variação da entalpia (ΔH) associada a cada transição. Além disso, a largura de pico endotérmica (EPW) e o índice de altura de pico (PHI) foram calculados de acordo com as Eqs. (7) e (8), respectivamente:
EPW= (Te−Tp) (Eq. 7)
PHI =ΔH/(Tp− Para) (Equ. 8)
Capacidade de espuma (FC) e estabilidade (FS)
A capacidade de espuma (FC) e a estabilidade da espuma (FS) de uma dispersão aquosa CPC (3,0 g/L) foram avaliadas no pH 7,0, ajustadas conforme necessário usando 0,1 N ácido clorídrico (HCl). Uma alíquota de 30 mL de dispersão proteica foi transferida para tubos centrífugas de polipropileno de 50 mL e homogeneizada usando um homogeneizador de alta velocidade operado a 11.000 rpm por 120 s para gerar espuma. A formação de espuma foi visualmente confirmada pelo rápido aumento do volume da amostra e pela formação de uma camada estável de espuma imediatamente após a homogeneização.
A FC foi calculada como o aumento percentual de volume imediatamente após a homogeneização, enquanto a FS foi determinada com base no volume de espuma retida após 600 s, 1.800 s, 3.600 s e 7.200 s. Todas as medições foram realizadas em triplicado (n = 3), e os valores de FC e FS foram calculados de acordo com Eqs. (9) e Equalizações. (10), respectivamente14:
(Eq. 9)
(Eq. 10)
ATENÇÃO: Ácido clorídrico diluído foi manuseado com as devidas precauções de segurança laboratoriais, incluindo luvas e proteção ocular. As soluções de resíduos foram descartadas conforme as diretrizes institucionais de segurança química.
Estabilidade fisicoquímica dos NEs baseados em CPC e CPC
Tamanho médio de partículas e distribuição do tamanho das partículas
A distribuição do tamanho das partículas e o diâmetro hidrodinâmico médio Z das amostras foram determinados usando espalhamento dinâmico da luz (DLS). O diâmetro hidrodinâmico médio Z e o índice de polidispersidade (PDI) foram registrados para caracterizar o tamanho médio das gotículas e a uniformidade da distribuição de tamanho,respectivamente 15,16.
Antes da medição, as amostras foram diluídas com água destilada na proporção de 1:100 (v/v) para minimizar os múltiplos efeitos de espalhamento e garantir medições confiáveis de espalhamento da luz. As análises foram realizadas a uma temperatura controlada de 25 ± 2 °C. A PDI foi usada como indicador da homogeneidade da distribuição de tamanho das gotas, com valores menores de PDI correspondentes a distribuições de tamanho mais estreitas. As medições foram realizadas no dia 0 (NEs recém-preparadas) e após 7 dias de armazenamento para avaliar a estabilidade física de curto prazo do sistemaNE 16. Amostras que apresentavam cremação visível, sedimentação ou separação de fases antes da medição foram excluídas da análise DLS.
ζ-potencial de partículas
O potencial ζ das amostras foi determinado para avaliar a carga líquida superficial e a estabilidade eletrostática das gotículas usando espalhamento eletroforético de luz (ELS), seguindo as metodologiasdescritos anteriormente 15,16. As medições foram realizadas a uma temperatura controlada de 25,0 ± 2 °C, e amostras não diluídas foram usadas para preservar o ambiente iônico original das NEs.
Os valores médios de potencial ζ e os desvios padrão correspondentes foram calculados para cada amostra a fim de avaliar as interações eletrostáticas e a estabilidade coloidal das emulsões. Todas as medições foram realizadas usando água como dispersante, de acordo com um estabelecimento
Procedimento Operacional PadrãoInterno 15. Amostras que mostravam separação de fases visível ou cremação antes da análise foram excluídas das medições de ζ-potencial.
Validação do método e resultados esperados
A validação do método foi alcançada avaliando parâmetros físico-químicos chave, incluindo diâmetro hidrodinâmico médio Z, PDI, potencial ζ e estabilidade física sob estresse. A execução bem-sucedida do protocolo foi apoiada pela formação reprodutível de NEs com tamanhos de gotículas abaixo de 200 nm e PDI ≤0,30. Para validar ainda mais a estabilidade além do simples armazenamento, foi realizado um teste de estresse de centrifugação a 4.000 rpm por 900 s. A ausência de separação de fases visível ou cremação após a centrifugação, aliada a perfis consistentes de potencial de ζ e pH ao longo de 7 dias de armazenamento, apoia coletivamente a robusta capacidade emulsificante do CPC e a reprodutibilidade do protocolo proposto.
Análise estatística
Medições composicionais e funcionais foram realizadas em triplicado (n=3), enquanto análises estruturais (XRD e DSC) foram realizadas como medições únicas, execuções representativas. Os resultados são apresentados como o valor médio ± desvio padrão (DS). Avaliações estatísticas foram realizadas usando análise unidirecional da variância (ANOVA) via software SPSS. Para todas as análises, um valor-p de < 0,05 foi considerado indicativo de significância estatística. Nos casos em que diferenças significativas foram identificadas, o teste pós-hoc de Diferença Honestamente Significativa (HSD) de Tukey foi utilizado para comparações múltiplas. Letras estatísticos de conexão (por exemplo, a, b, c) apresentadas nas tabelas e figuras foram derivadas dos resultados do teste de Tukey HSD; Os meios que compartilham a mesma letra não são significativamente diferentes no nível de significância de 5%.