Análise de amidos: propriedades, composição e extração, Teses (TCC) de Química

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FERNANDA HELENA GON Ç ALVES PERONI

CARACTERÍSTICAS ESTRUTURAIS E FÍSICO-

QUÍMICAS DE AMIDOS OBTIDOS DE DIFERENTES

FONTES BOTÂNICAS

São José do Rio Preto Junho-

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FERNANDA HELENA GON Ç ALVES PERONI

CARACTERÍSTICAS ESTRUTURAIS E FÍSICO-QUÍMICAS

DE AMIDOS OBTIDOS DE DIFERENTES FONTES

BOTÂNICAS

Dissertação apresentada ao Instituto de

Biociências Letras e Ciências Exatas da

Universidade Estadual Paulista “Júlio de

Mesquita Filho” Campus de São José do Rio

Preto, para a obtenção do título de Mestre em

Engenharia e Ciência de Alimentos (Área de

Concentração: Ciência e Tecnologia de

Alimentos).

Orientador: Profª. Drª. Célia Maria Landi Franco

São José do Rio Preto Junho-

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FERNANDA HELENA GON Ç ALVES PERONI

CARACTERÍSTICAS ESTRUTURAIS E FÍSICO-QUÍMICAS

DE AMIDOS OBTIDOS DE DIFERENTES FONTES

BOTÂNICAS

COMISSÃO EXAMINADORA

DISSERTA Ç ÃO PARA OBTEN Ç ÃO DO GRAU DE MESTRE

Presidente e Orientador: Profª. Drª. Célia Maria Landi Franco

2º Examinador: Profª. Drª. Marney Pascoli Cereda

3º Examinador: Profª. Drª. Silene Bruder S. Sarmento

Data da Realização: 30 de junho de 2003.

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Dedico este trabalho à minha família, em especial

aos meus pais, Vitor e Lúcia, pelo amor,

compreensão e apoio em todos os

momentos de minha vida.

Ao meu namorado Alex, pelo amor incondicional,

amizade, compreensão e auxílio

durante todos esses anos.

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A todas as colegas de trabalho do Laboratório de Cereais, Polyana, Talita, Ana Paula, Carolina, Renata, Thaís e Suzy pela amizade, em especial à Érika, à Cristina e à Taís R. por todo auxílio prestado em todos os momentos, além da grande amizade. Aos todos os amigos da pós-graduação pela amizade, ensinamentos, auxílio, pelos bons momentos compartilhados, em especial à Erika, ao Alan, à Daniella, à Giani, à Riana, à Polyana e ao Marcelo. Aos meus irmãos Hugo Leonardo e Carlos Henrique pela paciência e auxílio prestados com os conhecimentos de informática, os quais foram muito úteis para confecção deste trabalho. Aos meus pais, Vitor e Lúcia, por todo esforço e dedicação que tiveram pela minha formação. À minha avó, Amália, que mesmo não estando mais presente em minha vida, tenho certeza que sempre estará olhando por mim. A todos aqueles, que de alguma forma, direta ou indiretamente, contribuíram para a realização deste trabalho.

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SUMÁRIO

LISTA DE FIGURAS ........................................................................................... iv LISTA DE TABELAS .......................................................................................... vi RESUMO .............................................................................................................. vii ABSTRACT ............................................................................................................ ix

1. INTRODU Ç ÃO .................................................................................................. **1

2. OBJETIVOS** ....................................................................................................... **4
3. REVISÃO DE LITERATURA** ......................................................................... 5 3.1. Introdução...................................................................................................... 5 3.2. Fontes de Amidos Tropicais........................................................................... 7 3.3. Propriedades Químicas dos Amidos............................................................ 10 3.3.1. Composição...................................................................................... 10 3.3.2. Amilose............................................................................................ 11 3.3.3. Amilopectina.................................................................................... 13 3.3.4. Material Intermediário...................................................................... 15 3.3.5. Constituintes Menores...................................................................... 15 3.4. Organização dos Grânulos de Amidos......................................................... 17 3.5. Características Estruturais dos Grânulos de Amidos................................... 20 3.5.1. Teor de Amilose............................................................................... 21 3.5.2. Estrutura Fina da Amilopectina........................................................ 25 3.5.3. Teor de Lipídios e Fósforo............................................................... 30 3.6. Propriedades Funcionais dos Amidos.......................................................... 33

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 - 3.6.1. Propriedades de Pasta....................................................................... - 3.6.2. Poder de Inchamento e Solubilidade................................................ - 3.6.3. Propriedades Térmicas..................................................................... 

• 4. MATERIAIS E MÉTODOS
  • 4.1. Materiais....................................................................................................
  • 4.2. Métodos.....................................................................................................
    • 4.2.1. Extração dos Amidos........................................................................
    • 4.2.2. Caracterização dos Amidos..............................................................
      • 4.2.2.1. Teor de Umidade.......................................................................
      • 4.2.2.2. Teor de Lipídios........................................................................
      • 4.2.2.3. Teor de Nitrogênio....................................................................
      • 4.2.2.4. Teor de Cinzas...........................................................................
      • 4.2.2.5. Teor de Fósforo.........................................................................
      • 4.2.2.6. Distribuição de Peso Molecular dos Amidos............................
        • da Amilopectina....................................................................... 4.2.2.7. Distribuição de Comprimentos de Cadeias Ramificadas
      • 4.2.2.8. Afinidade com Iodo e Teor de Amilose....................................
      • 4.2.2.9. Propriedades de Pasta................................................................
      • 4.2.2.10. Poder de Inchamento e Solubilidade.......................................
      • 4.2.2.11. Propriedades Térmicas............................................................
• 5. RESULTADOS E DISCUSSÕES
  • 5.1. Composição Química dos Amidos............................................................
  • 5.2. Características Estruturais dos Grânulos de Amido.................................. - de Permeação em Gel....................................................................... 5.2.1. Distribuição do Peso Molecular de Amidos por Cromatografia - da Amilopectina............................................................................... 5.2.2. Distribuição do Comprimento de Cadeias Ramificadas
    • 5.2.3. Teor de Amilose...............................................................................
  • 5.3. Propriedades Funcionais do Amido..........................................................
    • 5.3.1. Propriedades de Pasta.......................................................................
    • 5.3.2. Poder de Inchamento e Solubilidade................................................
    • 5.3.3. Propriedades Térmicas.....................................................................
      • 5.3.3.1. Gelificação................................................................................
      • 5.3.3.2. Retrogradação...........................................................................
  • 5.4. Considerações finais................................................................................
• 6. CONCLUSÕES
• 7. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

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LISTA DE FIGURAS

Figura 1 – Molécula de glicose.............................................................................. 10 Figura 2 – Ligações α(1-4) da molécula de amilose............................................. 12 Figura 3 – Ligações α(1-4) e α(1-6) da molécula de amilopectina..................... 13 Figura 4 – Representação esquemática dos três tipos de cadeias presentes na estrutura ramificada da amilopectina: A: cadeias curtas deamilose sem grupos OH no C com um ou mais grupos OH no C^6 comprometidos; B: cadeias 6 comprometidos; C: cadeia com grupo redutor................................................................................ 14 Figura 5 – Representação da variação de viscosidade, em UnidadesBrabender (BU), em função de mudanças granulares de amidos em suspensões aquosas aquecidas e agitadas....................................... 35 Figura 6 – Curva de empastamento típica de RVA apresentando os parâmetros comumente medidos e viscosidade em unidade RVU......................... 36 Figura 7 – Fluxograma do processo de extração dos amidos obtidos no CERAT, em Botucatu/SP.................................................................. 50 Figura 8 - Fluxograma do processo de extração dos amidos obtidos noLaboratório de Cereais, Raízes e Tubérculos da UNESP de São José do Rio Preto/SP....................................................................... 51 Figura 9 – Perfil de eluição dos amidos de A: Mandioca; B: Batata-doce; C: Sepharose CL-2B...................……..............……...........………...….. Araruta através de cromatografia de permeação em gel 67

Figura 10 – Perfil de eluição dos amidos de A: Taro; B: Mandioquinha-salsa; C: Inhame através de cromatografia de permeação em gel Sepharose CL-2B……..............................................………………. 68 Figura 11 – Perfil de eluição dos amidos de A: Biri; B: Açafrão; C: Gengibre através de cromatografia de permeação em gel Sepharose CL-2B...................................................……………….... 69 Figura 12 – Perfil de eluição dos amidos hidrolisados de A: Mandioca; B: Batata-doce; C: Araruta através de cromatografia de permeação em gel Bio -Gel P-6......................................................... 73

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LISTA DE TABELAS

Tabela 1 – Nomes científicos e locais de cultivo das espécies estudadas neste trabalho....................................................................................... 48 Tabela 2 – Composição química de amidos obtidos de diferentes fontes botânicas, além de dados literários do amido demilho que foi citado apenas para comparação..................................... 62

Tabela 3 – Distribuição dos comprimentos de cadeias ramificadas das amilopectinas de amidos obtidos de diferentes fontes botânicas.................................................................................... 72 Tabela 4 – Afinidade por iodo e teor de amilose dos amidos obtidos de diferentes fontes botânicas e seus respectivos valores segundo a literatura............................................................................................. 79 Tabela 5 – Propriedades de pasta de amidos de diferentes fontes botânicas......... 82 Tabela 6 – Poder de inchamento e solubilidade, a 60 e 70ºC, de amidos de diferentes fontes botânicas................................................................... 91 Tabela 7 – Poder de inchamento e solubilidade, a 80, 90 e 95°C, de amidos de diferentes fontes botânicas.............................................................. 91 Tabela 8 – Propriedades de gelificação de amidos de diferentes fontes botânicas.................................................................................... 96 Tabela 9 – Propriedades de retrogradação de amidos de diferentes fontes botânicas.................................................................................. 101

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RESUMO

Características estruturais e físico-químicas de amidos estão relacionadas a sua fonte botânica. Países tropicais como o Brasil, possuem uma grande variedade de espécies amiláceas que poderiam substituir amidos modificados em alimentos processados. Neste trabalho, amidos isolados de nove espécies diferentes (mandioca, batata-doce, araruta, mandioquinha-salsa, biri, inhame, taro, açafrão, gengibre) foram analisados. Distribuições de peso molecular dos amidos e comprimentos de cadeias ramificadas da amilopectina foram analisadas por cromatografia de permeação em gel (GPC) usando Sepharose CL-2B e Bio gel P- 6, respectivamente. Teores de fósforo e de amilose foram determinados por método colorimétrico e medida da afinidade com iodo, respectivamente. As propriedades de pasta e térmicas dos amidos foram determinadas usando-se um Rápido Visco Analisador (RVA) e um Calorímetro Diferencial de Varredura (DSC), respectivamente. O poder de inchamento e solubilidade dos amidos foram determinados a temperaturas entre 60-90ºC, com exceção do amido de gengibre que foi também determinado a 95ºC. Os resultados mostraram diferentes padrões de distribuições de comprimentos de cadeias ramificadas da amilopectina para os diferentes amidos. Através de Bio gel P-6, os cromatogramas mostraram cadeias ramificadas longas da amilopectina com DP (grau de polimerização) variando de 21 a 38, e cadeias ramificadas curtas com DP variando de 7 a 19. Os amidos de biri e açafrão mostraram altas proporções de cadeias muito longas da amilopectina enquanto que o amido de taro mostrou altas proporções de cadeias curtas com alto

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ABSTRACT

Structural and physicochemical characteristics of starches are related to their botanical sources. Tropical countries have a great variety of starchy species that could replace modified starches in processed foods. In this work, starch samples isolated from nine different species (cassava, sweet potato, arrowroot, Perurian carrot, canna, yam, taro, curcuma, ginger) were analyzed. Molecular weight distributions of the starches and branch chains lengths of debranched amylopectins were analyzed by gel permeation chromatography (GPC) by using Sepharose CL-2B and Bio gel P-6, respectively. Phosphorous and amylose contents were determined by a colorimetric method and measuring iodine affinity, respectively. Pasting and thermal properties of the starches were determined using Rapid Visco Analyzer (RVA) and Differential Scanning Calorimetry (DSC), respectively. Swelling power and solubility of the starches were determined at temperatures between 60-90ºC, with exception of the ginger starch swelling power that was also determined at 95ºC. The results showed different patterns of amylopectin branch chains length distributions for different starches. From Bio gel P-6 GPC, chromatograms displayed long branch chains of amylopectin with DP (polimerization degree) varying from 21 to 38, and short branch chains with DP varying from 7 to 19. The canna and curcuma starches displayed higher proportions of very long chains of amylopectin whereas the taro starch showed higher proportions of short chains with a higher degree of branching. From Sepharose CL-2B, it was observed that the sweet potato, arrowroot and taro

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starches displayed amylose molecules with higher molecular weight, whereas the curcuma starch showed the lowest. The curcuma, yam, and canna starches displayed higher amylose contents (45.1, 35.0, and 33.7%, respectively) whereas the taro starch showed the lowest (10.2%). Phosphorous content varied from 0.007 to 0.031% for the cassava and canna starches, respectively. From RVA, peak viscosity varied from 78 for the ginger starch to 506 (RVU) for the curcuma starch and the pasting temperature varied from 61.2 to 95.0ºC for the Perurian carrot and ginger starches, respectively. Amylographic patterns showed desirable characteristics as good thermal stability to the yam, ginger, and curcuma starches, whereas the Perurian carrot starch proved easier to cook. Onset gelatinization temperatures (To) varied from 58.08 to 81.77ºC, for the Perurian carrot and ginger starches, respectively. The cassava starch showed the lowest retrogradation rate (4.89%), whereas the curcuma starch displayed the highest (94.53%). The pasting and thermal properties and the swelling power of starches were deeply affected by the branch chain length of amylopectin, amylose content and phosphorous content.

Keyword: starch, structure, physicochemical properties.

contribuem para que estas medidas sejam tomadas são proteção ao consumidor, proteção ao meio ambiente e economia nos custos de produção. Para o autor, isto explica a baixa quantidade de derivados de amidos surgidos nos últimos 40 anos para usos alimentares. Faz-se necessário, então, que as empresas processadoras de amido busquem novos produtos capazes de atender tanto as novas exigências dos consumidores quanto às necessidades das indústrias de alimentos, encontrando amidos naturais de fontes alternativas, com propriedades funcionais específicas que possam ser utilizados nos mais diferentes processamentos de alimentos, podendo vir a substituir amidos modificados quimicamente. Os países tropicais, como o Brasil, possuem grande quantidade de espécies amiláceas pouco estudadas e cujas características poderiam atender a determinados usos alimentares. O conhecimento da estrutura dos grânulos de amido dessas espécies é importante para o entendimento de suas propriedades físico-químicas, as quais determinam o seu comportamento nos mais diversos processos industriais. Características estruturais tais como teor de amilose, distribuição de comprimento de cadeias ramificadas da amilopectina, teores de monoesterfosfato, fosfolipídeos e lipídeos, distribuição do tamanho dos grânulos e estruturas cristalinas afetam profundamente as propriedades térmicas, propriedades de pasta e poder de inchamento dos amidos que basicamente determinam sua utilização nos alimentos processados. O objetivo do presente trabalho foi o de estudar e correlacionar as características estruturais e físico-químicas de amidos obtidos de diferentes

fontes botânicas visando obter e disponibilizar mais informações sobre sua caracterização.