Turbidez em suco de caju clarificado: gelatina e interações polifenol-proteína, Notas de aula de Metodologia

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DAMASCENO, Leandro Fernandes ñ Estudo das interaÁıes polifenol-proteÌna e das reaÁıes de escurecimento n„o-enzim·tico para o processamento de cajuÌna. DissertaÁ„o de Mestrado, UFRN, Programa de PÛs GraduaÁ„o em Engenharia QuÌmica, ¡rea de ConcentraÁ„o: Engenharia de Processos, Sub-·rea de ConcentraÁ„o: Alimentos e Biotecnologia, Natal/RN, Brasil. Orientadora: Prof. a^ Dr. a^ Margarida Maria dos Anjos Magalh„es Co-orientador : Dr. Edy Sousa de Brito

Resumo

O caju, frutÌfera origin·ria do Nordeste brasileiro È utilizado para produÁ„o de suco devido ao seu sabor e ser rico em vitamina C. Entretanto, sua aceitaÁ„o È limitada devido a sua adstringÍncia. Um produto bastante apreciado pelo seu sabor caracterÌstico, refrescante e n„o adstringente, devido ‡ remoÁ„o dos taninos, È a cajuÌna. A cajuÌna È uma bebida elaborada a partir do suco de caju clarificado e esterilizada no interior de garrafas, apresentando uma coloraÁ„o amarelo-‚mbar. Ela diferencia-se dos sucos de caju integral e concentrado por meio das etapas de clarificaÁ„o e tratamento tÈrmico. Uma sÈrie de problemas como turvaÁ„o e escurecimento excessivo do produto, pode aparecer se estas etapas n„o forem bem controladas. O objetivo deste trabalho foi dividido em duas etapas, mas com o mesmo propÛsito de fornecer subsÌdios que possibilitem o controle do processo de maneira a se obter um produto de qualidade, com caracterÌsticas mais uniformes (em termos sensoriais e nutricionais). Na clarificaÁ„o, por se tratar de um processo empÌrico, buscou-se o entendimento das interaÁıes polifenol-proteÌna para fornecer valores adequados de soluÁ„o de clarificante (gelatina) necess·ria para promover a clarificaÁ„o completa do suco. Realizaram- se ensaios de clarificaÁ„o com suco de caju diluÌdo nas proporÁıes 1:2 e 1:10 e avaliou-se a influÍncia da adiÁ„o de metabissulfito e ·cido t‚nico ao suco. Pelas tÈcnicas utilizadas n„o foi possÌvel determinar um ponto de clarificaÁ„o completa do suco de caju. O metabissulfito n„o influenciou o processo de clarificaÁ„o enquanto que adiÁ„o de ·cido t‚nico deslocou o ponto de clarificaÁ„o, mostrando a dificuldade da observaÁ„o deste ponto pelo operador. O efeito do tratamento tÈrmico no suco clarificado foi estudado nas temperaturas de 88, 100, 111 e 121 ∞C. Para avaliar o escurecimento n„o-enzim·tico, a variaÁ„o de vitamina C, 5- hidroximetilfurfural (5-HMF) e aÁ˙cares foram correlacionados com par‚metros

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colorimÈtricos (espectro de reflect‚ncia, diferenÁa de cor e CIELAB). Modelos cinÈticos foram obtidos para a mudanÁa no espectro de reflect‚ncia, ·cido ascÛrbico e 5-HMF. A formaÁ„o de 5-HMF seguiu dois mecanismos cinÈticos: taxa cinÈtica de primeira ordem no comeÁo do tratamento tÈrmico e taxa cinÈtica de ordem zero em um perÌodo mais avanÁado do processo. Observou-se correlaÁ„o inversa da absorb‚ncia a 420 nm e a perda de ·cido ascÛrbico, o que indica que o ·cido ascÛrbico pode ser o fator principal que causa o escurecimento da cajuÌna. A concentraÁ„o constante dos aÁ˙cares mostrou que eles n„o influenciaram diretamente o escurecimento n„o-enzim·tico. TÈcnicas de otimizaÁ„o mostraram que para se obter uma cajuÌna com concentraÁ„o elevada de vitamina C e baixo teor de 5-HMF, o tratamento tÈrmico deve ser realizado a 120 ∫C. No caso da utilizaÁ„o de banho-maria para o tratamento tÈrmico, a temperatura de 90 ∞C promove uma menor degradaÁ„o de ·cido ascÛrbico ‡ custa de um Ìndice de 5-HMF mais elevado.

Palavras-chave: interaÁ„o polifenol-proteÌna, escurecimento n„o-enzim·tico, otimizaÁ„o, caju, cajuÌna.

BANCA EXAMINADORA: Presidente: Prof. a^ Dr. a^ Margarida Maria dos Anjos Magalh„es (DEQ/UFRN) Membros: Dr. Edy Sousa de Brito (pesquisador - EMBRAPA/CE) Prof. Dr. Fabiano AndrÈ Narciso Fernandes (DEQ/UFC) Prof. a^ Dr. a^ Roberta Targino Pinto Correia (DEQ/UFRN) Prof. Dr. Jackson Ara˙jo de Oliveira (Dept∫ Agropecu·ria/UFRN)

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Key-words: polyphenol-protein interaction, non-enzymatic browning, optimization, cashew, cajuÌna.

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DedicatÛria

A minha orientadora Prof.™ Dr.™ Margarida Maria dos Anjos Magalh„es e ao meu co-orientador Dr. Edy Sousa de Brito.

¿ comunidade acadÍmica, professores, pesquisadores e alunos, como referÍncia para trabalhos futuros.

"… graÁa divina comeÁar bem. GraÁa maior persistir na caminhada certa. Mas a graÁa das graÁas È n„o desistir nunca.î

(Dom HÈlder C‚mara)

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... aos amigos de Engenharia de Alimentos, Ana AmÈlia, Ana Paula Souza, Daniela Vieira, F·bio Cruz, Gilnei Pereira, Herbert Castro, Joana GonÁalves, Lerysse C‚mara, Lucilene GonÁalves e Tereza Roberta, com os quais sempre foi muito bom estudar.

... aos amigos da UECE (a manezada) e dos cursos de italiano e espanhol pelo apoio.

... aos amigos Fernando Abreu, Manoel Alves, KÍnya Mendes, …rica Hard, Arthur Souza e Marcos AndrÈ, da Embrapa Agroind˙stria Tropical, pela colaboraÁ„o, principalmente intelectual, e paciÍncia para a realizaÁ„o dos experimentos.

... aos pesquisadores da Embrapa Agroind˙stria Tropical, Dr™ Henriette Azeredo, Dr™ DÈborah Garruti e Dr. Gustavo Saavedra, pelo incentivo e atenÁ„o sempre dispensada.

... ao professor Dr. Fabiano AndrÈ Narciso Fernandes, pelo aprendizado e colaboraÁ„o fundamental nesta dissertaÁ„o.

... aos professores Dr. a^ Roberta Targino Pinto Correia e Dr. Jackson Ara˙jo de Oliveira, integrantes da banca, pelas consideraÁıes sempre bem vindas.

... aos professores da graduaÁ„o e do mestrado pelo conhecimento adquirido.

... ao Sr. Fernando Furlani pelas amostras de cajuÌna fornecidas.

... ‡ secret·ria do PPGEQ, Mazinha, e ao Medeiros pela paciÍncia e atenÁ„o sempre dispensada.

... ‡ Embrapa Agroind˙stria Tropical, pelo est·gio e pelas instalaÁıes essenciais para a realizaÁ„o de todos os experimentos e aos estagi·rios desta instituiÁ„o, que de alguma forma contribuÌram para esta dissertaÁ„o.

... ‡ CAPES, pelo incentivo financeiro para realizaÁ„o deste trabalho.

... ao Banco do nordeste, pelo suporte financeiro ‡ realizaÁ„o dos experimentos.

... ao Fortaleza Esporte Clube e aos meus amigos de Flamengo Frecheirinha (FF) pelo lazer proporcionado.

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Sum·rio

Resumo .............................................................................................................. ii

Abstract............................................................................................................. iv

DedicatÛria........................................................................................................ vi

Agradecimentos ............................................................................................... vii

Sum·rio............................................................................................................. ix

Lista de figuras................................................................................................. xii

Lista de tabelas................................................................................................ xiv

Nomenclatura ................................................................................................... xv

CapÌtulo 1. IntroduÁ„o ....................................................................................... 1

CapÌtulo 2. Aspectos teÛricos e Estado da arte ................................................... 5

2.1. Processamento da cajuÌna ............................................................................ 6

2.2. ClarificaÁ„o ................................................................................................. 7

2.2.1. Taninos ................................................................................................. 8

2.2.2. InteraÁ„o polifenol-proteÌna .................................................................. 9

2.3. FiltraÁ„o .................................................................................................... 12

2.4. Tratamento tÈrmico ................................................................................... 13

2.4.1. Escurecimento n„o-enzim·tico ............................................................ 13

2.4.1.1. ReaÁ„o de Maillard ....................................................................... 15

2.4.1.2. CaramelizaÁ„o............................................................................... 17

2.4.1.3. OxidaÁ„o da vitamina C ................................................................ 18

2.4.1.4. Fatores que influenciam o escurecimento n„o-enzim·tico............. 19

CapÌtulo 3. Metodologia experimental.............................................................. 21

• 3.1. MatÈria-prima............................................................................................
• 3.2. Procedimento experimental
• 3.3. ClarificaÁ„o
  • 3.3.1. ObtenÁ„o do suco de caju
  • 3.3.2. OtimizaÁ„o do processo de clarificaÁ„o...............................................
  • 3.3.3. An·lises fÌsicas e quÌmicas
    • 3.3.3.1. Taninos
    • 3.3.3.2. Nefelometria
  • 3.3.4. InfluÍncia do metabissulfito e do ·cido t‚nico
• 3.4. Tratamento tÈrmico
  • 3.4.1. ObtenÁ„o do suco clarificado
  • 3.4.2. Tratamento tÈrmico das amostras
  • 3.4.3. An·lises fÌsicas e quÌmicas
    • 3.4.3.1. pH.................................................................................................
    • 3.4.3.2. Acidez total titul·vel
    • 3.4.3.3. SÛlidos sol˙veis
    • 3.4.3.4. Vitamina C....................................................................................
    • 3.4.3.5. AldeÌdos fur‚nicos
    • 3.4.3.6. DeterminaÁ„o de aÁ˙cares.............................................................
    • 3.4.3.7. Par‚metros colorimÈtricos.............................................................
  • 3.4.4. Modelagem matem·tica
  • 3.4.5. OtimizaÁ„o do processamento tÈrmico
• CapÌtulo 4. Resultados e discuss„o
• 4.1. ClarificaÁ„o
• 4.2. Tratamento tÈrmico xi
  • 4.2.1. Par‚metros de cor................................................................................
  • 4.2.2. OtimizaÁ„o do processo.......................................................................
• CapÌtulo 5. Conclusıes.....................................................................................
• CapÌtulo 6. ReferÍncias bibliogr·ficas
• Anexos

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Lista de figuras

Figura 2.1. Fluxograma geral de produÁ„o (Abreu, 2006)....................................................... 6

Figura 2.2. InteraÁ„o polifenÛis-gelatina durante a clarificaÁ„o do suco de caju...................... 7

Figura 2.3. Estrutura b·sica do tanino condensado copiado de Bennick (2002).........................

Figura 2.4. ConcepÁ„o do mecanismo de interaÁ„o polifenol-proteÌna de acordo com Siebert, Troukhanova, Lynn (1996)..................................................................................................... 9

Figura 2.5. ReaÁ„o de Maillard (Ara˙jo, 1999)..................................................................... 17

Figura 2.6. ReaÁ„o de CaramelizaÁ„o (Ara˙jo, 1999) ........................................................... 18

Figura 2.7. ReaÁ„o de degradaÁ„o do ·cido ascÛrbico (Ara˙jo, 1999)................................... 20

Figura 3.1. Ped˙nculo do clone de cajueiro CCP 76 ............................................................. 23

Figura 3.2. Fluxograma do procedimento experimental ........................................................ 23

Figura 3.3. Fluxograma ilustrativo das etapas realizadas pelo programa computacional........ 29

Figura 4.1. EvoluÁ„o da turbidez (UNT) de suco de caju diluÌdo (1:10) com adiÁ„o de soluÁ„o de gelatina a 1% (mL) .......................................................................................................... 32

Figura 4.2. EvoluÁ„o da turbidez (UNT) de suco de caju diluÌdo (1:2) com adiÁ„o de gelatina a 5% (mL)............................................................................................................................ 33

Figura 4.3. ClarificaÁ„o do suco de caju diluÌdo (1:2) utilizando soluÁ„o de a 5% (mL) ....... 34

Figura 4.4. Comportamento da concentraÁ„o de taninos condensados apÛs adiÁ„o de soluÁ„o de gelatina a 1% (mL) .......................................................................................................... 35

Figura 4.5. Comportamento da concentraÁ„o de polifenÛis apÛs adiÁ„o de soluÁ„o de gelatina a 1%. a) polifenÛis dispersos; b) interaÁıes ploifenol-proteÌna; c) sedimentaÁ„o dos complexos polifenol-proteÌna (adaptado de Siebert, Troukhanova, Lynn (1996)) ................. 36

Figura 4.6. EvoluÁ„o da turbidez (UNT) de suco de caju diluÌdo (1:10), com e sem adiÁ„o de metabissulfito, clarificado com soluÁ„o de gelatina a 1% (mL)............................................. 37

Figura 4.7. EvoluÁ„o da turbidez (UNT) de suco de caju diluÌdo (1:10), com adiÁ„o de ·cido t‚nico, clarificado com soluÁ„o de gelatina a 1% (mL) ......................................................... 38

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Lista de tabelas

Tabela 3.1. ComposiÁ„o dos tubos de ensaio (mL) ............................................................... 24

Tabela 4.1. CaracterÌsticas fÌsico-quÌmicas do suco de caju clarificado................................. 39

Tabela 4.2. Tempo de processamento Ûtimo, vitamina C e 5-HMF para diferentes temperaturas ........................................................................................................................ 49

Tabela 4.3. ComposiÁ„o quÌmica de cajuÌnas comerciais (mÈdia ± desvio padr„o) ............... 51

Tabela A.1. CaracterÌsticas fÌsico-quÌmicas da cajuÌna a 88 ∫C ............................................. 66

Tabela A.2. CaracterÌsticas fÌsico-quÌmicas da cajuÌna a 100 ∫C ........................................... 67

Tabela A.3. CaracterÌsticas fÌsico-quÌmicas da cajuÌna a 111 ∫C ........................................... 68

Tabela A.4. CaracterÌsticas fÌsico-quÌmicas da cajuÌna a 121 ∫C ........................................... 69

Tabela A.5. ConcentraÁ„o dos aÁ˙cares das cajuÌnas processadas a 88, 100 e 111 ∞C ........... 70

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Nomenclatura

A 420 Absorb‚ncia a 420 nm A 4200 Absorb‚ncia inicial a 420 nm (t = 0) AA ConcentraÁ„o de ·cido ascÛrbico [mg.L -1^ ] AA^0 ConcentraÁ„o inicial de ·cido ascÛrbico (t = 0) [mg.L-1^ ] C Vari·vel do processo C 0 Valores iniciais da vari·vel do processo 5-HMF 5-hidroximetilfurfural [mg.L -1^ ] HMF^0 ConcentraÁ„o inicial de 5-HMF (t = 0) [mg.L -1^ ] HMF 20 ConcentraÁ„o inicial de 5-HMF no inÌcio do segundo perÌodo cinÈtico [mg.L -1^ ] k 0 Taxa de constante cinÈtica de ordem zero da vari·vel do processo k 1 Taxa de constante cinÈtica de primeira ordem da vari·vel do processo k 420 Taxa de constante cinÈtica da absorb‚ncia [min -1^ ] k (^) AA Taxa de constante cinÈtica da degradaÁ„o do ·cido ascÛrbico [min-1^ ] k (^) HMF Taxa de constante cinÈtica de primeira ordem da formaÁ„o do 5-HMF (primeiro perÌodo cinÈtico) [min-1^ ] k (^) HMF,2 Taxa de constante cinÈtica de ordem zero da formaÁ„o de 5-HMF (segundo perÌodo cinÈtico) [min-1^ ] t Tempo [min] t (^) TR Tempo de transiÁ„o entre o primeiro e o segundo perÌodo cinÈtico do mecanismo de formaÁ„o do 5-HMF [min] T Temperatura [K] ∆a* Vermelho ∆b* Amarelo ∆L* Luminosidade ∆E* DiferenÁa de cor UNT Unidade nefelomÈtrica de turbidez

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IntroduÁ„o_

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Leandro Fernandes Damasceno, junho/

A partir do cajueiro ( Anacardium occidentale L) podem ser obtidas a castanha de caju, a fruta real, e o ped˙nculo da fruta, o pseudofruto. Este ˙ltimo, chamado simplesmente de caju, foi descoberto pelos nativos destas terras, que o utilizavam das mais diversas formas, seja como fruto in natura , seja como suco extraÌdo por prensagem manual ou como uma bebida fermentada (caoi ou caoim), a qual era utilizada em comemoraÁıes e em ocasiıes especiais (Abreu, 2006).

Atualmente a cajucultura ocupa uma ·rea de 700 mil hectares nos estados produtores da regi„o Nordeste (Paiva et al, 2005). No Cear·, particularmente, vale a pena considerar o imenso potencial da cultura do caju, pois o suco obtido deste, considerando seu alto valor nutritivo, representa uma matÈria-prima de excelentes perspectivas para a elaboraÁ„o de novas bebidas. O caju pode ser usado para produÁ„o de sucos, doces e outros produtos e seu aproveitamento, atualmente, se d· tanto, em escala industrial como em escala domÈstica. O suco de caju tem um sabor agrad·vel e È rico em vitamina C. Entretanto, sua aceitaÁ„o por novos consumidores È limitada devido a sua adstringÍncia.

AtravÈs do processamento do suco obtÈm-se a cajuÌna, que nas regiıes produtoras de caju - Cear·, PiauÌ e Rio Grande do Norte - È um produto bastante apreciado pelo seu sabor bastante caracterÌstico e por ser uma bebida refrescante que deve ser consumida de preferÍncia gelada (Abreu, 2006). Segundo a InstruÁ„o Normativa n∫. 12 do MinistÈrio da Agricultura e do Abastecimento (Brasil, 1999), suco de caju clarificado (cajuÌna) È a bebida n„o fermentada e n„o diluÌda, obtida da parte comestÌvel do ped˙nculo do caju, atravÈs de processo tecnolÛgico adequado. Este suco dever· obedecer ‡s seguintes caracterÌsticas: cor variando do incolor ao amarelado transl˙cido, sabor: prÛprio, levemente ·cido e adstringente e aroma prÛprio. Sua composiÁ„o dever· ter um teor mÌnimo de sÛlidos sol˙veis de 10 ∞Brix, a 20 ∫C, acidez total expressa em ·cido cÌtrico de 0,25 g.100g-1^ , ·cido ascÛrbico de 60, mg.100g-1^ e teor m·ximo de aÁ˙cares totais, naturais do caju, de 15,00 g.100g-1^. Diferencia-se do suco de caju simples e do concentrado, por meio das etapas de clarificaÁ„o e do tratamento tÈrmico (Nascimento et al, 2003).

A possibilidade da cajuÌna ser aceita pelas pessoas como um suco de fruta clarificado industrializado, pode levar as grandes ind˙strias a entrarem no mercado. Embora o acesso ‡ matÈria-prima seja muito f·cil, os produtores de cajuÌna precisam investir em tecnologia para ganharem espaÁo no mercado de sucos clarificados. Alguns produtores de cajuÌna que est„o no mercado atualmente, comeÁaram fazendo a cajuÌna artesanalmente. Aos poucos foram

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IntroduÁ„o_

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Leandro Fernandes Damasceno, junho/

aumentando a produÁ„o e passaram a vender o produto, ampliando gradativamente a estrutura fÌsica do local da produÁ„o. Por outro lado, os grandes produtores de outros tipos de sucos clarificados j· comeÁam com um objetivo definido, com o real conhecimento da concorrÍncia e do mercado. Eles investem no maquin·rio a ser utilizado na produÁ„o do suco e na estrutura de logÌstica.

A cor È uma caracterÌstica de grande import‚ncia no processo da cajuÌna, n„o sÛ pelo aspecto visual, mas tambÈm pelo aspecto nutricional do produto. O processo de clarificaÁ„o do suco de caju È feito empiricamente, n„o existindo dados a respeito dos mecanismos envolvidos. Assim, torna-se importante o entendimento das interaÁıes entre os compostos, uma vez que o uso incorreto do agente clarificante na fase de clarificaÁ„o pode promover uma turvaÁ„o no produto final.

Outra etapa crÌtica do processamento È o tratamento tÈrmico, que È uma das operaÁıes unit·rias da fabricaÁ„o da cajuÌna usado para a preservaÁ„o do produto e respons·vel pela mudanÁa de suas caracterÌsticas fÌsico-quÌmicas. Durante esta etapa os aÁ˙cares, vitamina C e amino·cidos podem sofrer degradaÁ„o resultando em compostos de coloraÁ„o escura que impactam na qualidade sensorial e nutricional do produto final. A partir de dados experimentais e industriais, sabe-se que o efeito de escurecimento da cajuÌna depende da temperatura e do tempo de processamento. Por esse motivo, o conhecimento da din‚mica do processo tÈrmico È fundamental no controle da coloraÁ„o ‚mbar tÌpico da cajuÌna. A falta de uniformidade na sua cor È umas das caracterÌsticas sensoriais mais marcantes, constituindo-se entrave ‡ padronizaÁ„o do seu processo de fabricaÁ„o e na qualidade do produto final. Atualmente a cajuÌna È feita em processo tipo batelada e os fabricantes n„o tÍm procedimento padronizado visando um produto com caracterÌsticas semelhantes a cada batelada.

O objetivo deste trabalho foi dividido em duas etapas, ambas com o propÛsito de fornecer subsÌdios que possibilitem o controle do processo de maneira a se produzir um produto de qualidade com caracterÌsticas mais uniformes (em termos sensoriais e nutricionais).

Na primeira etapa buscou-se fornecer valores quantitativos de soluÁ„o de gelatina necess·ria para promover a clarificaÁ„o completa do suco de caju, sendo preciso para isto o entendimento das interaÁıes entre taninos e proteÌnas. Na segunda etapa objetivou-se construir um modelo matem·tico do processo, onde a concentraÁ„o de aÁ˙cares redutores, quantidade de sÛlidos sol˙veis e concentraÁ„o de vitamina C foram correlacionados aos