a partir de gorduras interesterificadas de soja - SBOG · Formulação de gorduras zero trans a...

Formulação de gorduras zero trans

a partir de gorduras

interesterificadas de soja

Jane Mara BlockUniversidade Federal de Santa Catarina

Universidade de [email protected]

Redução de Trans em Alimentos

Processos e Matérias-primas alternativas

Interesterificação, Fracionamento,

Hidrogenação Total

Reformulação de gorduras para diferentes aplicações

InteresterificaInteresterificaçãçãoo

-- RedistribuiRedistribuiçãção dos o dos áácidos graxos doscidos graxos dostriacilglicertriacilgliceróóisis

-- MudanMudançças na consistas na consistêência e ponto de fusncia e ponto de fusãão o sem formasem formaçãção de transo de trans

-- Processo menos flexProcesso menos flexíívelvel

-- MatMatéériasrias--primas com alto teor de saturados primas com alto teor de saturados

InteresterificaInteresterificaçãçãoo

Gordura de Palma

- Teor de sólidos a diferentes temperaturas

- Flutuação de preços

Soja no Brasil

• Brasil – maior exportador e segundo maior produtor de soja

• Safra 2007/2008 exportação de 2,5 milhões toneladas e o consumo interno 3,6 milhões toneladas

• crescimento na área plantada entre 2,6 e 4,2%de 21.728.400 hectares para 22.283.100 e 22.648.100 hectares

• Esmagamento está previsto em 32,0 milhões de toneladas resultando em um consumo total de 36,4 milhões de toneladas.

(ABIOVE, 2008; BARBOSA et al, 2008; CONAB, 2008)

Consumo de gorduras no Brasil 500.000 toneladas

LOW TRANS

Gorduras para frituras e margarinasGorduras para frituras e margarinas

(BLOCK, 2009)(BLOCK, 2009)

79%

21%

Antes

Oleo de soja

Oleo de algodão

Depois

35%

17%

48%Oleo de soja

Oleo de algodão

Oleo de palma

Funcionalidade de óleos e gorduras

Formulação (Blending) e processamento

Formulação

Matérias-primas e produto

final

Solid Fat Content

Ponto de fusão

Formulação de gorduras - Blending

Margarines and Shortenings

Blends

Animal fats and its fractions

Tropical oils and its fractions

Liquid oils

Interesterified fats and oils

Hydrogenated fats

SFCMelting PointPerformance

•• ConteConteúúdo de gordura sdo de gordura sóólidalidaPlasticidade e Performance Plasticidade e Performance -- RMN RMN

•• ComposiComposiçãçãoo TriglicerTrigliceríídicadica

•• CristalizaCristalizaçãção:o: materiasmaterias--primas e processamento primas e processamento

FormulaFormulaçãção de Gorduraso de Gorduras

αα ββ’’ ββ

Processamento de Margarinas e Shortenings

- Condições de cristalização controladas para

performance adequada

- Aparência, textura, uniformidade,

funcionalidade, estabilidade,

reprodutibilidade

Plasticidade e consistência

• Quantidade, tamanho, forma e distribuição da gordura sólida

• Desenvolvimento de núcleos de cristais

• Desenvolvimento de uma rede de cristais tri-dimensional que, a nível macroscópico, determina a plasticidade


- Duas fases (uma sólida e uma líquida)

- Fase sólida finamente dispersa

- Proporções adequadas das fases líquida e sólida

- Fase sólida capaz de reter a fase líquida


1. Composição do blending

2. Tamanho dos cristais e forma polimórfica (superesfriamento e trabalho mecânico)

3. Incorporação de gás

4. Descanso

5. Temperagem


1. Composição do blendingExcesso fase líquida: separação do óleoExcesso sólidos: gordura quebradiça)

5% SFC – gorduras começam a ter estrutura40% - 50% SFC – gorduras começam a se tornarrígidas e perder elasticidade

Gordura uso geral: SFC entre 15 e 25%


2. Tamanho dos cristais e forma polimórfica

αα ββ’’ ββ

superesfriamento e trabalho mecânico


Supercooling

consistência e ponto de fusão

- Resfriamento rápido: cristais pequenos (gorduras mais firmes)

-Cristalização em condições estáticas: cristais grandes e visíveis (gorduras mais moles)

Em margarinas e shortenings:

- 5 to 9 µm - cristais β’ – plasticidade adequada

- > 20 µm – cristais β - arenosidade


Superesfriamento – SSHE (Scraped Surface Heath Exchange)

- Nucleação ocorre pelo choque térmico no cilindro de resfriamento

- Nesta etapa a gordura deve ser resfriada de 45-55oC para 20oC em 30 a 90 segundos

Plasticidade e consistencia

Trabalho mecânico

- Tubos de trabalho

- Agitação: 125 rpm – 3 min.

- Cristais são quebrados em pequenas partículas

- Cristalizacão adequada e induzida pela trabalho mecânico e pelo tempo de residência na unidade de cristalização

Consistência adequada, ampla faixa de plasticidade

maciez, aparência uniforme


3. Incorporação de gás

- Aparência clara e cremosa

- Superfície brilhante

- Produto menos denso, fácil de manusear

- Melhor textura

- Homogeneidade

- Aumento do volume

- Redução de calorias e gordura saturada por porção

Processamento de margarinas e shortenings

METZROTH (2005).

Gorduras para Massa Folhada

• plasticidade e firmeza

• com estabilização na forma β’

Formação de camadas contínuas e inquebráveisresponsável pela estrutura quebradiça do produto final.

Mistura de gorduras com ponto de fusão relativamente alto e gorduras mais líquidas que contribuirão com as características de plasticidade por uma ampla faixa de temperatura (CHRYSAM, 1985; BLOCK, 1997; REDDY e JEYARANI, 2001).

Aplicação de redes neurais para formular gorduras zero trans a partir de gorduras

interesterificadas

Comparar as gorduras formuladas pela rede com gorduras comerciais

Comparar performance das gorduras formuladas e das gorduras comerciais nos produtos finais

Margarina de mesa, margarina para massa folhada e gordura para bolos

Projeto UNICAMP-UFSC

3 dissertações de mestrado

Rita de Kássia GarciaBruna MattioniBruna Scaranto

Formulação de gorduras zero trans para

massa folhada

• Programa Mix – redes neurais (Barrera-Arellano et al., 2005; Gandra, 2009)

• Gorduras interesterificadas de soja: 2 bases

• Óleo de Soja

� Obtenção de formulações para aplicação em margarinas, margarinas para massa folhada e gorduras para bolo zero trans através de características de gorduras comerciais (SFC)

� Elaboração e caracterização dos “blends” propostos pela rede neural

� Comparação das amostras comerciais padrão e das formulações propostas(SFC, ponto de fusão, composição em ácidos graxos e triacilglicerólica, isoterma de

cristalização a 25°C)

� Produção em escala piloto de duas margarinas de mesa tipo dura e duas margarinas para massa folhada, a partir da gordura padrão e um “blend” sugerido pelo programa

� Comparar performance no produto final

- Avaliação das margarinas de mesa quanto à consistência, sabor, espalhabilidade e estabilidade da emulsão

- Avaliação das margarinas para massa folhada quanto ao v consistência, sabor, espalhabilidade e estabilidade da emulsão

Operação da Rede

1) Treinamento rede com diferentes formulacões

2) Solicitacao de formulacao baseadas no perfil de sólidos e ponto de fusão de gorduras comerciais

3) Seleção e formulação a partir das respostas obtidas

Margarinas de Mesa Margarinas de Mesa -- 4 Gorduras padrão

Gordura Padrão 1(perfil solicitado) (%)

Temperaturas (°C)10 20 25 30 35 37,5 45 PF (°C)

43,47 27,18 19,35 12,44 7,34 5,02 0 39,00

Soluções

Formulação (%)Gordura A Gordura B Óleo

Temperaturas (°C)10 20 25 30 35 37,5 45 PF

#1 8,6 68,83 22,57 21,36 20,35 17,50 12,63 9,12 7,05 3,48 46,99

(*) 20,27 19,3 18,34 12,55 8,89 7,16 3,07 44,10

#2 14,96 50,51 34,53 20,47 19,26 15,64 11,61 8,60 6,67 3,31 46,39

(*) 19,71 19,16 16,01 11,78 8,41 6,92 3,13 44,51

#3 9,7 45,14 45,16 15,73 14,44 11,50 8,58 6,30 4,94 2,41 45,39

(*) 15,63 14,79 11,63 8,5 6,11 4,89 2,41 43,10

#4 9,90 62,88 27,22 20,42 19,41 16,25 11,81 8,59 6,64 3,27 46,58

#5 12,64 60,31 27,05 21,52 20,44 17,07 12,49 9,15 7,09 3,51 46,71

#6 11,96 61,56 26,48 21,40 20,34 17,04 12,44 9,09 7,04 3,48 46,72

#1 #2 #3 = Soluções selecionadas e formuladas para as seguintes etapas (*) = dados determinados experimentalmente

Gordura Padrão 1



51,44 32,09 22,23 14,56 9,33 6,59 0,47 40,00

Soluções



#1 3,91 89,01 7,08 22,90 21,55 20,71 14,63 10,26 7,95 3,93 47,60

(*) 25,07 24,33 20,59 14,60 10,60 8,52 4,09 45,60

#2 13,78 70,22 16,00 24,83 23,54 20,79 15,10 10,97 8,56 4,24 47,76

(*) 26,46 25,75 21,24 15,80 11,33 9,10 4,72 45,72

#3 8,23 80,18 11,59 23,36 22,12 20,28 14,49 10,33 8,03 3,97 47,57

(*) 23,77 22,73 21,50 14,90 10,68 8,85 4,26 45,85

#4 7,74 82,41 9,85 23,76 22,43 20,89 14,90 10,59 8,25 4,08 47,67

#5 7,14 82,74 10,13 23,45 22,16 20,63 14,69 10,43 8,11 4,01 47,62

#6 5,73 84,61 9,66 22,99 21,72 20,36 14,45 10,22 7,93 3,92 47,60


Gordura Padrão 2



63,81 43,56 32,63 22,24 13,84 10,02 0,39 43,00

Soluções



#1 39,89 48,68 11,43 37,19 34,49 30,51 23,25 17,28 14,08 7,08 49,70

(*) 36,40 34,55 31,00 23,98 17,71 15,11 7,57 47,90

#2 31,32 64,15 4,53 34,83 32,19 29,71 22,18 16,25 13,17 6,58 49,47

(*) 35,22 31,39 30,18 23,26 16,93 14,45 7,00 47,53

#3 35,48 54,81 9,71 35,28 32,78 29,25 22,08 16,33 13,23 6,62 49,46

(*) 34,97 31,87 29,95 23,20 16,73 14,49 6,88 47,23

#3 32,10 61,79 6,02 35,09 32,46 29,73 22,26 16,35 13,26 6,63 49,45

#4 35,01 56,77 8,22 35,76 33,13 29,87 22,51 16,62 13,49 6,75 49,47

#1 35,98 54,35 9,67 35,80 33,22 29,68 22,43 16,60 13.47 6,75 49,42

Gordura Padrão 3



Temperaturas (°C)10 20 25 30 35 37,5 45 PF (°C)57,53 38,92 28,93 19,02 10,42 7,30 1,36 42,00

Soluções



#1 21,54 71,69 6,77 29,98 27,99 25,86 18,95 13,78 10,97 5,45 48,74

(*) 30,80 27,00 26,11 19,87 14,01 12,00 5,80 46,90

#2 24,47 68,38 7,15 31,70 29,52 27,11 20,03 14,63 11,72 5,83 48,99

(*) 30,70 27,94 26,81 20,44 14,89 12,65 5,96 47,10

#3 28,97 60,45 10,58 32,42 30,28 27,01 20,17 14,87 11,92 5,94 49,04

(*) 31,63 29,54 27,46 21,09 15,13 12,95 5,77 47,99

#4 23,67 69,63 6,69 31,21 29,07 26,80 19,75 14,40 11,51 5,73 48,81

#5 21,23 71,99 6,78 30,13 28,12 26,01 19,07 13,86 11,05 5,49 48,64

#6 22,25 69,73 8,02 30,27 28,28 25,91 19,05 13,89 11,06 5,50 48,60

Gordura Padrão 4


- Curvas de fusão e cristalização (DSC) das Gorduras padrão e “BIends” formulados

Gordura padrGordura padrãão 1 o 1 ““blendblend”” 1A1A

(b)(a)Gordura PadrGordura Padrãão 2 o 2 ““blendblend”” 2C2C

Gordura PadrGordura Padrãão 3o 3

Gordura PadrGordura Padrãão 4o 4

““blendblend”” 3B3B

““blendblend”” 4B4B

Isotermas de cristalizaIsotermas de cristalizaçãção (RMN)o (RMN)

-5

0

5

10

15

20

25

0 10 20 30 40 50 60

Tempo (min)

SF

C (

%) Padrão 4

4A

4B

4C

-5

0

5

10

15

20

25

0 10 20 30 40 50 60

Tempo (min)

SF

C (

%) Padrão 3

3A

3B

3C

-2

0

2

4

6

8

10

12

14

16

0 10 20 30 40 50 60

Padrão 2

2A

2B

2C

-2

0

2

4

6

8

10

12

14

16

0 10 20 30 40 50

Tempo (min)

SF

C(%

) Padrão 1

1A

1B

1C

ConsistConsistêência dos ncia dos BlendsBlends e Gorduras Padre Gorduras Padrããoo

0

1000

2000

3000

4000

5000

6000

7000

8000

10 20 25 30 35 40 45

Temperatura (°C)

gf/c

m2

Gordura 4

4A

4B

4C

0

1000

2000

3000

4000

5000

6000

10 20 25 30 35 40 45

Temperatura (°C)

gf/c

m2

Gordura 1

1A

1B

1C

0

1000

2000

3000

4000

5000

6000

7000

8000

10 20 25 30 35 40 45

Temperatura (°C)

gf/c

m2

Gordura 3

3A

3B

3C

0

1000

2000

3000

4000

5000

6000

10 20 25 30 35 40 45

Temperatura (°C)

gf/c

m2

Gordura 2

2A

2B

2C

Elaboração de margarinas em planta piloto – Gordura 1(Margarinas de mesa tipo Dura)

Gordura comercial “Blend” sugerido pelo Mix

Margarina Controle Margarina Teste

Mistura

Emulsificação

Cristalização

Envase

Fase Aquosa Fase Oleosa

Temperatura (°C)

Margarina Controle (gf/cm 2)

Margarina Teste

(gf/cm 2)

10 1325,37a 950,65b

20 379,04a 345,20a

25 305,01a 272,72a

30 139,20a 126,44a

35 0 0

ConsistConsistêência ncia das margarinasdas margarinas

0

200

400

600

800

1000

1200

1400

0 10 20 30 40

Temperatura (°C)C

on

sist

ên

cia

(g

f/cm

2)

Margarina Controle

Margarina Teste

SFC das gorduras utilizadas na elaboração das margarinas

0

10

20

30

40

50

0 10 20 30 40 50

Temperatura (°C)

Só

lido

s (%

)

Gordura 1

1A

Margarina Margarina TesteTeste Margarina Margarina ControleControle

Espalhabilidade

Margarina Teste Margarina Controle

24 horas a 35°C - 1° Ciclização

48 horas a 35°C – 2° Ciclização

Margarina Teste Margarina Controle

Valores de gordura total, trans e saturada PorValores de gordura total, trans e saturada Porçãção de 10go de 10g

Quantidade por porção Margarina Controle Margarina Te ste

Total de lipídios (g) 6,7 6,7

Gordura Trans (g) 0,12 (zero trans) 0,07 (zero trans)

Gordura Saturada (g) 3,3 2,6

Margarina para massa folhada

SFC (%)

10 ºC 20 ºC 25 ºC 30 ºC 35ºC 37,5 ºC 40 ºC 45 ºC 50 ºC PF

Gordura A 65,2 57,75 54,39 46,15 34,95 30,92 27,07 19,64 12,94 56,8

Gordura B 29,02 27,06 22,83 18,03 13,88 12,07 10,51 7,22 4,25 50,4

Óleo 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0

Padrão 55,34 43,52 36,39 29,26 22,78 20,1 17,34 11,29 3,95 50,00

Mattioni, 2010

Perfil de sólidos

0

10

20

30

40

50

60

70

10 20 25 30 35 37,5 40 45 50 55

ºC

%S

FC

G. A. G. B. Óleo G.P.

Soluções apresentadas pela rede,

ordenadas pelo erro. %

Erro G A GB Óleo

Solução 1 2,38 54,71 38,94 6,36

Solução 2 2,40 61,00 26,27 12,73

Solução 3 2,45 49,47 50,53 0,00

Solução 4 2,52 74,48 0,00 25,52

Solução 5 2,61 64,66 21,27 14,07

Solução 6 2,63 70,36 9,76 19,88

Solução 7 2,88 53,38 46,62 0,00

Mattioni, 2010

Perfil de sólidos e Ponto de Fusão das soluções

encontradas pela redes ordenadas pelo erro.

%

10 ºC 20 ºC 25 ºC 30 ºC 35ºC 37,5 ºC 40 ºC 45 ºC 50 ºC PF

Gordura

Padrão 55,34 43,52 36,39 29,26 22,78 20,1 17,34 11,29 3,95 55,34

Tolerância 5 5 5 5 5 5 5 5 5 3

Solução 1 47,15 42,31 37,71 30,14 23,55 20,74 18,04 12,95 8,2 54,15

Solução 2 47,43 42,3 37,72 30,16 23,55 20,74 18,06 12,96 8,22 54,14

Solução 3 47,96 42,64 38,03 30,41 23,77 20,94 18,2 13,06 8,27 54,22

Solução 4 47,59 42,54 38,01 30,46 23,73 20,91 18,26 13,11 8,34 54,2

Solução 5 48,25 43,02 38,47 30,82 24,04 21,18 18,47 13,27 8,43 54,3

Solução 6 48,17 43 38,46 30,84 24,03 21,18 18,48 13,28 8,45 54,3

Solução 7 49,35 43,84 39,28 31,5 24,59 21,69 18,86 13,57 8,62 54,48

Mattioni, 2010

Tabela do perfil de sólidos e ponto de fusão previsto

(P) e determinado experimentalmente (D)

%SFC

10 ºC 20 ºC 25 ºC 30 ºC 35ºC 37,5 ºC 40 ºC 45 ºC 50 ºC 55 ºC 60 ºC

PF

(°C)

P F1 47,15 42,31 37,71 30,14 23,55 20,74 18,04 12,95 8,20 - - 54,15

D F1 47,07 42,08 37,18 29,91 23,32 20,56 17,95 12,78 8,00 3,19 0,39 54,00

P F2 47,43 42,3 37,72 30,16 23,55 20,74 18,06 12,96 8,22 - - 42,30

D F2 46,11 41,11 37,53 30,11 23,32 20,66 17,73 12,95 8,07 3,24 0,43 54,10

P F3 48,17 43,00 38,46 30,84 24,03 21,18 18,48 13,28 8,45 - - 54,30

D F3 46,81 41,65 38,05 30,57 23,85 20,99 18,24 12,89 8,25 3,26 0,41 54,10

Mattioni, 2010

Perfil de sólidos previsto pela rede (P), determinado

experimentalmente e da gordura padrão (GP)

Mattioni, 2010

Isotermas de cristalização a 25°C das

formulações e da margarina padrao

Mattioni, 2010

Elaboração de margarinas para massa folhada

em planta piloto

Gordura comercial “Blend” sugerido pelo Mix

Margarina Padrao Margarina Teste

Mistura

Emulsificação

Cristalização

Envase

Fase Aquosa Fase Oleosa

Margarinas processadas em planta piloto (sistema

Gerstenberg e Agger) – Danisco

Mattioni, 2010

Massas folhadas após forneamento

Mattioni, 2010

Volume específico e altura para massa folhada

confeccionadas com diferentes margarinas após o

forneamento.

Volume específico

(cm3/g)

Altura (cm) Textura (N) Textura (Kgf)

MCP* 4,3 + 0,2 3,7 + 0,3 93,12 + 14,00 9,49 + 1,42

GP 3,8 + 0,6 3,7 + 0,2 71,09 + 9,41 7,25 + 0,96

F3 4,5 + 0,6 4,0 + 0,2 69,39 + 19,13 7,07 + 1,95

* MCP = Margarina Comercial Padrão. GP = Gordura base padrão. Valor da média + desvio padrão. Letras diferentes indicam diferença significativa (p<0,05) de acordo com teste de Tukey

Conclusões

- Diferentes proporções de matéria-prima resultaram em formulações com perfis de sólidos semelhantes as as gorduras padrão

- Formulações realizadas pela rede baseadas em soja apresentaram performance adequada

- Redes neurais podem ser usadas comoferramento util para formulacao de gorduras com características especiais

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