Desarrollo de procesos alternativos para la detoxificación de subproductos de soja

En el presente trabajo de tesis se planteó el desarrollo de un proceso de detoxificación no-destructivo de harinas de soja que permitiera extraer dos de sus principales factores antinutricionales, los inhibidores de proteasas y los oligosacáridos indigeribles, preservando la calidad nutricional y propiedades bioactivas del material tratado. Se evaluó la posibilidad de recuperar simultáneamente isoflavonas de soja como otro subproducto del proceso, junto a los mencionados antinutrientes. Se emplearon, como potenciales extractantes, sistemas micelares acuosos formados por los alcoholes alifáticos etoxilados Genapol X-080 (GX), Tergitol 15-S-7 (Tg7) y Tergitol 15-S-9 (Tg9), todos ellos surfactantes no-tóxicos y biodegradables. Como punto de partida se caracterizaron fisicoquímicamente los sistemas micelares propuestos determinando parámetros y patrones de comportamiento vinculados a su organización supramolecular tales como la concentración micelar crítica (CMC), el tamaño y morfología micelar y las curvas de coexistencia de fases, ya que estos están vinculados al poder tensoactivo, al comportamiento hidrodinámico y a la capacidad solubilizante de los mencionados sistemas. Los valores de CMC resultaron del orden de 10-3 % m/m, evidenciando la formación de micelas y por ende propiedades extractivas a concentraciones muy inferiores a aquellas correspondientes a otros alcoholes etoxilados alquilfenólicos. Los puntos de turbidez de 46, 39 y 61 °C, obtenidos para sistemas acuosos al 1 % m/m de GX, Tg7 y Tg9 respectivamente, se mostraron sensibles a la presencia de citrato de sodio (NaCit 50-200 mM) descendiendo alrededor de 10 °C y mejorando las condiciones para la recuperación de moléculas lábiles. En relación con el tamaño y morfología micelar, analizando en forma comparativa los sistemas, se observó que el ensamblado de GX y Tg7 se resolvió en micelas más asimétricas y de mayor tamaño (mayores masa, diámetro hidrodinámico y número de agregación) que el Tg9 bajo las mismas condiciones (1 % m/m a 25 °C) pudiendo establecerse vínculos entre sus características estructurales y la configuración adoptada. El seguimiento y valoración del proceso extractivo aplicado sobre harina de soja se realizó cuantificando las isoflavonas y los antinutrientes (oligosacáridos de la familia de la rafinosa -RFOs- e inhibidores de tripsina) extraídos y evaluando en paralelo en dicho extracto y en el material tratado, el contenido y bioactividad proteicos (actividades antioxidante y antihipertensiva obtenidas en un sistema de simulación gastrointestinal in-vitro). Particularmente, para la determinación de los inhibidores de tripsina, se desarrolló una metodología continua, basada en la inhibición de la actividad tríptica frente a un sustrato cromogénico específico, con ventajas comparativas que la hacen más adecuada para el seguimiento de procesos industriales que el método tradicionalmente utilizado. La misma no requiere de clarificación ni elaboración de blancos de reactivos, implica una drástica reducción del tiempo y volúmenes de reacción, y permite expresar sus resultados en las mismas unidades que el método tradicional a los fines comparativos interlaboratorio. Se demostró que los tres surfactantes ensayados exhiben buenas cualidades extractivas de isoflavonas de soja en comparación a otros tensoactivos e inclusive en relación a solventes orgánicos tradicionales, destacándose el desempeño del GX. Preliminarmente, mediante un adecuado diseño experimental y su riguroso análisis con las herramientas estadísticas correctas, desarrollado sobre una matriz más simple, se logró identificar y optimizar las variables que afectan al proceso (GX 11 % m/m, pH 4,5; temperatura 54°C y tiempo 60 min). Una extrapolación de dichas condiciones, permitió recuperar a partir de harina de soja una cantidad de isoflavonas tres veces superior a la lograda por metanol, bajo idénticas condiciones. En relación a la extracción de los antinutrientes, un diseño del tipo Box-Behnken con aplicación de la función deseabilidad de Derringer fue utilizado para determinar las condiciones óptimas que conjuntamente maximizan la extracción de los inhibidores de tripsina y de isoflavonas, y minimizan la extracción de material proteico nutricional. Se estableció, entonces, la condición óptima de 5% m/m de surfactante en solución acuosa de citrato de sodio 50 mM pH 4,5, a 45 °C durante 45 min, común a los tres surfactantes empleados. Aplicando las condiciones optimizadas precedentemente, se diseñó y llevó a cabo un proceso de detoxificación consistente en una primera etapa extractiva con sistemas micelares, aplicada sobre harina de soja durante 45 min a 45 °C, seguida de la separación de fases del extracto por incubación a temperaturas por encima de los correspondientes puntos de turbidez por 15 min. Paralelamente, como referencia, se utilizó el método ácido clásico de producción de concentrado proteico de soja. A partir del proceso propuesto se extrajeron diferentes cantidades de isoflavonas según el sistema micelar aplicado, pero siempre superiores (34 - 55%) a lo obtenido con la metodología clásica de concentrado. Para GX las isoflavonas totales extraídas rondaron 1,581 mg/g de harina, mientras que con Tg7 y Tg9 se lograron 1,363 mg/g y 1,067 mg/g respectivamente. Si bien GX fue más eficiente que los tergitoles en la cantidad total extraída de isoflavonas, los rendimientos alcanzados en la fase micelar, luego de la segunda etapa de separación de fases, fueron similares para los tres surfactantes y próximos al 60 - 64%. Con respecto a los oligosacáridos no-digeribles, ningún sistema micelar se diferenció de los otros, pero todos fueron mejores que la metodología clásica, extrayendo entre 26 - 35% más de estos azúcares. Luego de la separación de fases, el 79-85 % de este antinutriente fue recuperado en la fase acuosa, separándose de las isoflavonas. Finalmente, luego de la extracción con sistemas micelares se obtuvieron concentrados proteicos de soja con más de 50% de proteína y una actividad de inhibición de tripsina reducida en aproximadamente un 90%, valores similares a los obtenidos en el concentrado clásico. La simulación gastrointestinal in-vitro de estos productos generó actividades antioxidante y antihipertensiva comparables. Esto permite afirmar que los procesos con sistemas micelares acuosos son una interesante alternativa de detoxificación de derivados de soja, tales como las harinas/sémolas, y de producción de concentrados proteicos. La metodología propuesta, por un lado, es superadora de los procesos físicos de detoxificación destructivos, al permitir simultáneamente tanto la recuperación de inhibidores de tripsina en su estado nativo, los cuales son valorados como alternativas terapéuticas en dolencias graves como las oncológicas, así como la reducción en el producto final de otros factores antinutricionales, los RFOs, que enfoques clásicos como el tostado, no consiguen eliminar. Por otro lado, esta propuesta aventaja al concentrado clásico con una mayor eliminación no-destructiva de factores antinutricionales, así como la recuperación de mayor cantidad de isoflavonas y una purificación y concentración de las mismas.