Interfacial and antioxidant activities of Sorghum protein extracts: protein-polyphenol complexes to stabilize lipid compounds

Abstract

Formulation of emulsions based on natural materials for stabilization of lipid compounds has been widely investigated in recent years; however, such systems are thermodynamically unstable, which causes a dependence on the use of agents that can help both in their formation and stabilization. There is an increasing demand for surface-active molecules derived from natural sources that present superficial activity and that can be used for this purpose. Proteins and polyphenols can interact with each other to compose supramolecular systems with interfacial activity. The presence of polyphenols may also impart a complementary antioxidant activity to these complexes. In this context, this work proposes to evaluate the potential use of the natural protein-polyphenol complexes found in sorghum cultivars rich in condensed tannins as emulsifier/antioxidant agents for stabilization of lipid compounds. In order to evidence the impact of condensed tannins on the functionality of sorghum protein extracts, non-tannin cultivars are assessed as well. The protein extracts obtained from the different sorghum cultivars showed not only high protein contents (50-67 wt.%, calculated N factor), but also substantial amounts of lipids (18.7-26 wt.%), mostly free fatty acids. As the protein extracts are not soluble in water, a pre-treatment by high pressure homogenization was applied to their aqueous suspensions, improving their dispersibility. Oil-water interfaces formed by sorghum protein extracts showed elastic or viscous behaviour, with great effect of protein concentration and the presence of fatty acids. The oil-in-water emulsions prepared with canola oil and stabilized by the different protein extracts showed physical stability for 28 days, presenting only minor flocculation. The oxidative stability of the emulsions was also assessed, showing lower levels of oxidation in the protein extracts rich in tannins, thus evidencing its potential use as a natural emulsifier and, at the same time, presenting a remarkable antioxidant capacity.

A formulação de emulsões baseadas em materiais naturais visando a estabilização de compostos lipídicos tem sido amplamente investigada, porém tais sistemas são termodinamicamente instáveis, o que causa uma dependência do uso de agentes que possam ajudar tanto em sua formação, quanto em sua estabilização. Há uma crescente demanda por moléculas derivadas de fontes naturais que apresentem atividade superficial e possam ser utilizadas para esse fim. Proteínas e polifenóis podem interagir entre si para compor sistemas supramoleculares com atividade interfacial e a presença de polifenóis pode, também, conferir atividade antioxidante complementar a esses complexos. Nesse contexto, este trabalho propõe avaliar o potencial do uso dos complexos naturais proteína-polifenol encontrados em cultivares de sorgo ricas em taninos condensados como agentes tensoativos/antioxidantes para a estabilização de compostos lipídicos. A fim de evidenciar o impacto dos taninos condensados na funcionalidade dos extratos proteicos de sorgo, cultivares sem taninos também foram avaliadas. Os extratos proteicos obtidos a partir das diferentes cultivares de sorgo apresentaram não somente altos teores de proteína (50-67%, fator N calculado), como, também, quantidades substanciais de lipídios (18.7-26%), em sua maioria ácidos graxos livres. Como os extratos proteicos não são solúveis em água, um pré-tratamento por homogeneização à alta pressão foi aplicado em suas suspensões aquosas, melhorando sua dispersibilidade. Interfaces óleo-água formadas pelos extratos proteicos de sorgo apresentaram comportamentos elásticos ou viscosos, com grande efeito da concentração proteica e da presença dos ácidos graxos. As emulsões óleo-em-água preparadas com óleo de canola e estabilizadas pelos diferentes extratos proteicos apresentaram estabilidade física durante 28 dias, mostrando pequenos problemas de floculação. A estabilidade oxidativa das emulsões também foi analisada, apresentando menores níveis de oxidação nos extratos proteicos ricos em taninos, evidenciando, assim, o seu potencial uso como emulsificante natural e, ao mesmo tempo, apresentando uma notável capacidade antioxidante.