CARACTERIZAÇÃO FÍSICO-QUÍMICA DA POLPA DE … · aumentar a sua vida útil e minimizar ......
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UNIVERSIDADE FEDERAL DE SÃO JOÃO DEL REI
JANAINA GONÇALVES FERNANDES
CARACTERIZAÇÃO FÍSICO-QUÍMICA DA POLPA DE CAGAITA ATOMIZADA
UTILIZANDO DIFERENTES AGENTES CARREADORES
Sete Lagoas
2017
JANAINA GONÇALVES FERNANDES
CARACTERIZAÇÃO FÍSICO-QUÍMICA DA POLPA DE CAGAITA ATOMIZADA
UTILIZANDO DIFERENTES AGENTES CARREADORES
Trabalho de Conclusão de Curso apresentado
ao curso de Bacharel Interdisciplinar em
Biossistemas da Universidade Federal de São
João del-Rei como requisito parcial para
obtenção do título de bacharel em Biossistemas.
Orientadora: Profa. Dra. Cintia Nanci Kobori
Sete Lagoas
2017
JANAINA GONÇALVES FENANDES
CARACTERIZAÇÃO FÍSICO-QUÍMICA DA POLPA DE CAGAITA
ATOMIZADA UTILIZANDO DIFERENTES AGENTES CARREADORES
Trabalho de Conclusão de Curso
apresentado ao curso de Bacharel
Interdisciplinar em Biossistemas da
Universidade Federal de São João del Rei
como requisito parcial para obtenção do
título de bacharel em Biossistemas.
Sete Lagoas, 15 de fevereiro de 2017.
Banca Examinadora:
_________________________________________________
Cintia Nanci Kobori (UFSJ)
_________________________________________________
Janaina Miranda Barbosa (UFSJ)
_________________________________________________
Kassílio José Guedes (UFSJ)
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AGRADECIMENTOS
A Deus, por me dar sabedoria, oportunidade de viver, paciência e fôlego de vida a cada
amanhecer.
Aos meus pais Osvaldo e Mêrces, pela força, incentivo a lutar pelos meus ideais, carinho
e muito amor que me deram durante toda a minha vida pessoal e acadêmica.
À minha irmã Jaqueline, pelo apoio e incentivo, por estar sempre disposta a me ajudar
em todas as horas.
Ao meu namorado Nélio, pelo carinho e cumplicidade, por ter sido um bom ouvinte e
conselheiro.
À minha orientadora Cintia Nanci Kobori, obrigada pela atenção, esforço e paciencia. Foi
um pivilégio ter sido orientada por uma profissional tão competente, educada e sempre
bem humorada como você.
Aos demais integrantes da banca: professora Janaina e o professor Kassílio.
À minha amiga Naiara, sempre disposta a ajudar a todos os momentos, tanto na vida
pessoal quanto acadêmica. Obrigada pela paciencia e companheirismo nesses ultimos
anos da graduação.
À minha amiga Jovana pela grande amizade durante todos esses anos na faculdade, e toda
sua família pelo carinho e afeto.
Às minhas colegas Raíssa, Fernanda, Milla e Karen pelas conversas, auxilios e carinho.
À todos os professores e funcionários da UFSJ, sempre prestativos e atenciosos.
Muito obrigada a todos!
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“Se quiseres conhecer uma pessoa,
Não lhe pergunte o que pensa,
Mas sim o que ama”.
(Santo Agostinho)
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RESUMO
A cagaita é um fruto do Cerrado cuja polpa contém alto teor de vitamina C e
folatos, que apresenta alta atividade metabólica, após a colheita, sendo assim é
considerada muito perecível. Uma alternativa para aumentar a vida útil da polpa de frutos
é a atomização. Este trabalho teve por objetivo desenvolver polpa de cagaita
microencapsulada por spray-drying utilizando diferentes materiais de parede (amido
modificado Capsul®, goma arábica ou maltodextrina) e caracterizar as microcápsulas.
Foram realizadas análises de rendimento, densidade aparente, umidade, solubilidade e
higroscopicidade nas microcápsulas. Todas as amostras apresentaram baixa umidade
(1,87 a 2,53%), alta solubilidade (92,77 a 98,42%) e boa densidade aparente (0,41 a
0,62g/100g), mas possuíam alta higroscopicidade (19,76 a 25,47g/100g). Considerando
as características das microcápsulas, o Capsul® parece conferir as melhores propriedades
para o produto, pois apresentou a maior solubilidade e a menor higroscopicidade.
Palavras-chave: Atomização. Cagaita. Amido modificado. Maltodextrina. Goma
arábica.
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ABSTRACT
Cagaita is a fruit of the Cerrado whose pulp contains high content of vitamin C
and folate, the fruit has a high metabolic activity, so is considered very perishable. An
alternative to increase fruit pulp life is the atomization. This work aimed to develop
cagaita pulps microencapsulated by spray-drying with different wall materials (modified
starch Capsul®, gum arabic and maltodextrin) and characterize the microcapsules and
their reconstituted juices. The analysis of yield, bulk density, moisture, solubility and
hygroscopicity were performed in microcapsules samples. All samples showed low
humidity (1,87 a 2,53%), high solubility (92,77 a 98,42%) and good bulk density (0,41
a 0,62g/100g), but have high hygroscopicity (19,76 a 25,47g/100g). Considering the
characteristics of the microcapsules, Capsul® appears to give the best properties for the
product.
Keywords: Spray-drying. Cagaita. Modified starch. Maltodextrin. Gum arabic
7
SUMÁRIO
1 INTRODUÇÃO ............................................................................................................. 8
2 MATERIAIS E MÉTODOS ........................................................................................ 12
2.1 Local de estudo ..................................................................................................... 12
2.2 Material ................................................................................................................. 12
2.3 Produção da polpa de cagaita microencapsulada ................................................. 13
2.4 Caracterização da polpa de cagaita microencapsuladas ....................................... 14
2.5 Análises estatísticas dos resultados ...................................................................... 14
3 RESULTADOS E DISCUSSÕES ............................................................................... 14
3.1 Rendimento/recuperação do processo de microencapsulação .............................. 14
3.2 Caracterização da polpa de cagaita microencapsulada ......................................... 15
4 CONCLUSÃO ............................................................................................................. 17
5 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ........................................................................ 18
8
1 INTRODUÇÃO
O Cerrado é o segundo maior bioma do Brasil e da América do Sul, estendendo-
se pelos estados de Minas Gerais, Goiás, Mato Grosso, Mato Grosso do Sul, Tocantins,
Bahia, Piauí, Maranhão e Distrito Federal. Em extensão, perde apenas para a Floresta
Amazônica. Abrange cerca de 22%, em área, do território brasileiro. (PROENÇA et al.,
2000). Sua biodiversidade vegetal é utilizada de diversas formas, sendo muito importante
para as populações rurais locais e para o manejo sustentável. Porém, a cobertura original
desse bioma tem reduzido devido à expansão agrícola do Brasil, desprezando as espécies
nativas do Cerrado. (FONSECA; SANO, 2003)
Muitas árvores nativas do Cerrado produzem frutos com características sensoriais
muito apreciadas pela população, além de serem uma ótima fonte de nutrientes. Esses
frutos são de extrema importância para a geração de renda das famílias pertencentes aos
grupos de classe baixa. Entretanto, devido a produção ser sazonal, essas pessoas precisam
buscar outras atividades durante a entressafra para garantir a suas subsistências
(RIBEIRO, 2000).
Dentre os frutos do Cerrado temos a cagaita (Eugenia dysenterica DC.), que é
uma ótima fonte de vitamina C (18,28 mg/ 100 g), superando algumas frutas
convencionalmente cultivadas, como a maçã Argentina (5,9 mg/ 100g) e a banana madura
(6,4 mg/ 100g) (FRANCO, 1992). Aproximadamente 90% do seu peso corresponde a
polpa, que apresenta sabor acidulado e bastante suculenta. Ela possui um formato
globuloso e achatado, coloração amarelo-claro e casca fina (Figura 1) (BEDETTI et al.,
2013). Entretanto, a cagaita possui um baixo consumo em relação a outros frutos do
Cerrado, que pode ser explicado pelo seu efeito laxativo, pois quando são consumidas
quentes ou em excesso podem causar diarreia e embriagues (RIBEIRO et al., 1986).
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Figura 1: Imagem da cagaita madura.
Fonte: Flickr (2008).
Os produtos processados a partir da cagaita está praticamente restrito ao mercado
da região central do Brasil. A fabricação de refrescos e sorvetes a partir da cagaita já vem
sendo explorada por algumas pequenas indústrias alimentícias. Os mercados regionais
produzem também outros alimentos com a cagaita, como por exemplo pudim, compota e
geleia (MARTINOTTO, et al., 2008).
Como a maioria das frutas, a cagaita é um alimento que apresenta alta atividade
metabólica após a colheita, sendo assim é considerada muito perecível. Logo, para
aumentar a sua vida útil e minimizar o desperdício, é comum utilizar métodos para a sua
conservação, como o congelamento e secagem (SANTOS, 2015).
No congelamento, o estado físico de parte da água do alimento sofre mudança,
assim a atividade de água do alimento é reduzida, retardando as as reações físico-químicas
e bioquímicas que provocam a deterioração dos alimentos, aumentando assim a vida útil
do produto. Todavia, mesmo estando congelado, o alimento vai sofrer mudanças na sua
qualidade sensorial, porém de forma mais lenta (RAHMAN; RUIZ, 2007).
A secagem é a eliminação da água do material através da evaporação. Diversas
são as vantagens de se utilizar esse processo, dentre elas: redução do seu peso; economia
de energia por não necessitar de refrigeração e aumento da vida de prateleira e maior
disponibilidade de produto sazonais (PARK et al., 2001).
A microencapsulação (spray-drying) é um dos métodos de secagem mais
utilizados na indústria alimentícia para a transformação de liquido em pó, que por sua vez
é um processo econômico, contínuo e flexível. Nesse processo, o liquido ou pasta é
rapidamente seco quando entra em contato com uma corrente de ar quente no interior de
uma câmara de secagem. Embora a temperatura em que as gotículas do líquido são
10
submetidas seja elevada, a temperatura no interior da gotícula permanece baixa, devido
ao curto tempo de secagem. Dessa forma, as características organolépticas e nutricionais
do produto são conservadas (ALMEIDA, 2012). A Figura 2 apresenta um esquema
ilustrando o equipamento (spray-dryer) utilizado para atomização.
Figura 2: Ilustração do equipamento Spray-dryer.
Fonte: TONON, 2010
A tecnologia de microencapsulação pode ser definida como o processo de recobrir
partículas ou pequenas gotas de material líquido ou gasoso, formando minúsculas
cápsulas, as quais tendem a liberar seu conteúdo em taxas controladas e/ou sob condições
específicas. As microcápsulas podem apresentar tamanho na faixa de frações de mícron
até vários milímetros, e dependendo dos materiais e métodos utilizados em sua
preparação, apresentam diferentes formas. O material externo é denominado agente
encapsulante ou material de parede, enquanto o ingrediente interno é o material ativo ou
recheio (MENEZES et al., 2012).
11
A Figura 3 ilustra a estrutura de uma microesfera (A) e de uma microcápsula (B).
Na microesfera, o agente ativo está distribuído em uma matriz polimérica e na
microcápsula, o agente está envolvido pelo agente encapsulante (polímero).
Figura 3: Ilustração da microesfera e da microcápsula
Fonte: (SUAVE, 2006).
Inúmeras são as aplicações da microencapsulação no setor alimentício, pode-se
utilizar na encapsulação de polpas de frutas. A aplicação dessa tecnologia estende-se à
incorporação de corantes, temperos, acidulantes, vitaminas e minerais. A técnica de
microencapsulação protege esses ingredientes contra perdas nutricionais e preserva ou
mascara cor e sabor (inibindo a reação com outros materiais), além de incorporar aos
alimentos mecanismos de controle de liberação de certos componentes (SUAVE et al.,
2006).
A seleção do material encapsulante é de grande relevância, uma vez que sua
natureza irá influenciar na estabilidade do produto encapsulado. Uma série de fatores deve
ser levado em consideração na escolha do material a ser utilizado, como: propriedades
físicas e químicas do núcleo (porosidade, solubilidade, etc.) e da parede (viscosidade,
propriedades mecânicas, transição vítrea, capacidade de formação de filme, etc.),
compatibilidade do núcleo com a parede, mecanismo de controle e fatores econômicos
(AZEREDO, 2005).
O Capsul® é um amido modificado desenvolvido, pela National Starch and
Chemical Corporation dos Estados Unidos. A modificação consiste no acréscimo de um
componente lipofílico – succinato de octanil – que aumenta a capacidade de estabilidade
das emulsões nas formulações. A produção de amidos modificados é uma alternativa para
aumentar a utilidade e aplicabilidade deste polímero pelas indústrias. O Capsul® oferece
ótima propriedade emulsificante para óleos essenciais e cítricos e uma grande variedade
12
de misturas com voláteis, estabilizando-os para a secagem por atomização. O amido de
milho modificado custa em média 3 vezes menos que a goma arábica e algumas proteínas,
por isso tem se tornado um bom substituto das mesmas (REIS, 2009).
A goma arábica é um material heterogêneo, cerca de 70% dela é composta por
uma cadeia de polissacarídeos com pouca ou nenhuma proteína, já a outra fração possui
proteínas como parte de sua estrutura e contém moléculas de maior massa molecular
(SOUZA et al., 2015). A goma arábica tem diversas aplicações na indústria alimentícia
como estabilizante e emulsificante, destaca-se pelo sabor insípido, ou seja, não
influenciando na palatabilidade quando introduzida em alimentos. Além disso, possui
capacidade de diminuir as concentrações séricas de colesterol e triacilgliceróis, devido a
completa fermentação no cólon humano (MELO et al., 2008).
A maltodextrina é um produto da hidrólise do amido e representa o agente
carreador mais comum na secagem de sucos de frutas, por ser um material inodoro, de
baixo custo e possuir baixa viscosidade em altas concentrações (OLIVEIRA et al., 2013).
O objetivo desse trabalho foi verificar as características físico-químicas da polpa
de cagaita atomizada utilizando diferentes materiais de parede (goma arábica,
maltodextrina e amido modificado Capsul®).
2 MATERIAIS E MÉTODOS
2.1 Local de estudo
O experimento foi executado no Laboratório de Tecnologia de Óleos e
Gorduras/Desenvolvimento de Novos Produtos, Laboratório de Análise de Alimentos,
Laboratório de Química de Alimentos e Laboratório de Análise Sensorial da
Universidade Federal de São João del-Rei (UFSJ), Campus Sete Lagoas, Departamento
de Engenharia de Alimentos.
2.2 Material
A polpa de cagaita congelada foi obtida da Cooperativa Grande Sertão de Montes
Claros, Minas Gerais, Brasil. Os agentes encapsulantes utilizados foram: goma arábica
da Nexira Brasil Comercial (Rouen, França), maltodextrina de 20 dextrose equivalente
13
(DE) e amido de milho modificado com octenilsuccinato (Capsul®), ambos fornecidos
pela Corn Products/Ingredion Brasil (Mogi-Guaçu, Brasil).
2.3 Produção da polpa de cagaita microencapsulada
As soluções foram preparadas com as seguintes proporções do material
encapsulante: 30% de maltodextrina, 30% de amido modificado (Capsul®) e 20% de
goma arábica. Os materiais de parede foram adicionados à polpa de cagaita previamente
descongelada e foram homogeneizados por um agitador mecânico da marca Marconi –
MA 1039/E (Piracicaba, Brasil) durante 10 minutos a 1400 rpm (KOBORI, 2010). A
Figura 4 mostra um esquema ilustrado do processo para obtenção das microcápsulas de
cagaita por spray-dryer.
Figura 4: Esquema ilustrado da preparação das soluções de alimentação para a obtenção
das microcápsulas de cagaita.
A microencapsulação por atomização foi realizada em mini spray-dryer, modelo
MSD 3.0, marca LM - Labmag do Brasil LTDA (Ribeirão Preto, Brasil). As condições
operacionais foram programadas para: a temperatura de entrada de 150ºC para
maltodextrina e amido modificado e 175°C para goma arábica; 3 bar de pressão no bico
atomizador; 3,0 m3/h de vazão média do ar de secagem; 1,25 L/h de vazão média de
alimentação e foi utilizado bico atomizador de 1,2 mm (KOBORI, 2010).
O rendimento em pó do processo de microencapsulação por spray dryer foi calculado
pela Equação 1.
Rendimento (%) = 100 – (Quantidade Esperada−Quantidade Real
Quantidade Esperada x 100) Equação 1
14
Sendo que a quantidade esperada é o peso do material de parede adicionado (g) mais o
peso da polpa de cagaita em matéria seca e a quantidade real é o peso do pó obtido aferido em
balança (g).
2.4 Caracterização da polpa de cagaita microencapsuladas
Densidade aparente: a densidade aparente das microcápsulas foi determinada pela
medida do volume ocupado por 2 g da amostra em pó em uma proveta graduada de 10
mL (CARNEIRO et al., 2011).
Sólidos totais: o teor de sólidos totais das amostras foi determinado por gravimetria,
baseado na perda de umidade em estufa a vácuo a 60 °C até peso constante (AOAC, 1997)
para a polpa de cagaita e por diferença de umidade analisada em balança determinadora
de umidade por infravermelho (Marte, modelo ID 200) para as microcápsulas.
Solubilidade: a solubilidade foi determinada pela diferença de peso após a
solubilização das amostras em água destilada, centrifugação e secagem, conforme o
método descrito por Cano-Chauca et al. (2005).
Higroscopicidade: para determinação da higroscopicidade, pesou-se cerca de 2 g de
cada amostra e transferiu-se para um dessecador contendo solução saturada de NaCl a
temperatura ambiente (75% de URE). A higroscopicidade foi expressa como o conteúdo
de água absorvida por 100 g de pó em base seca.
2.5 Análises estatísticas dos resultados
Todas as análises foram realizadas em triplicata e os resultados foram submetidos
à análise de variância (ANOVA) e as médias foram comparadas pelo Teste de Tukey ao
nível de 5% de significância (p<0,05), com auxílio do programa estatístico Assistat beta,
versão 7.7 (Statistical Assistance, 2016).
3 RESULTADOS E DISCUSSÕES
3.1 Rendimento/recuperação do processo de microencapsulação
As médias do rendimento em pó (recuperação) da polpa de cagaita
microencapsulada com os difrentes materiais encapsulantes foram: 64,25% para
Capsul®, 55,44% para goma arábica e 50,41% para maltodextrina. Em estudo sobre
15
secagem por atomização de polpa de caju contendo 15% de goma arábica a 150°C,
Moraes (2014) observou que o rendimento foi de 83,61%, valor consideravelmente mais
elevado que o obtido neste estudo utilizado a concentração de 20% de goma arábica a
175°C.
Apesar de Shrestha et al. (2007) reportarem que o aumento da quantidade de
maltodextrina pode melhorar a recuperação do produto atomizado, o rendimento obtido
neste estudo utilizando 30% de maltodextrina a 150°C foi inferior ao reportado no estudo
de Almeida (2012), que obteve um rendimento de 82%, utilizando 10% de maltodextrina
em suco probiótico de abacaxi na mesma temperatura. Porém, outros fatores podem
interferir no rendimento do processo como as características físico-químicas das polpas
das frutas e o modelo do equipamento utilizado.
3.2 Caracterização da polpa de cagaita microencapsulada
A caracterização físico-química da polpa de cagaita microencapsulada com os
diferentes materiais encapsulantes pode ser observada na Tabela 1.
Tabela 1 - Caracterização das microcápsulas de polpa de cagaita com diferentes materiais
de parede.
Parâmetros * Capsul® Goma Arábica Maltodextrina
Densidade aparente (g/cm³) 0,41 ± 0,04 c 0,62 ± 0,05 a 0,52 ± 0,01 b
Umidade (%) 2,53 ± 0,23 a 2,17 ± 0,21 ab 1,87 ± 0,12 b
Solubilidade (%) 98,42 ± 0,62 a 92,77 ± 1,91 b 97,44 ± 1,95 a
Higroscopicidade (g/100g) 19,76 ± 0,34 b 25,47 ± 0,96 a 21,23 ± 0,85 b
* Médias ± desvios padrão seguidos pela mesma letra minúscula na linha não diferem estatisticamente entre
si pelo teste de Tukey a 5% de significância.
As densidades aparentes das três amostras diferiram significativamente entre si,
sendo que o Capsul® foi o material que apresentou menor valor (0,41 g/cm³), seguido da
maltodextrina (0,52 g/cm³) e goma arábica (0,62 g/cm³). Tonon et al. (2013) encontraram
valores menores para goma arábica (0,38 g/cm³) e maltodextrina (0,37 g/cm³) em polpa
de açaí atomizada. Já Oliveira et al. (2013) encontraram resultados maiores para polpa de
morango atomizada com Capsul® (0,52 g/cm³) e menores para goma arábica (0,47 g/cm³)
e maltodextrina (0,40 g/cm³). Partículas com maior densidade aparente ocupam menos
16
espaço, podendo ser estocadas em maior quantidade, em menor volume, facilitando e
reduzindo o custo de embalagem e transporte.
Em relação à umidade, a variação foi de 1,87% a 2,53%, as microcápsulas com
Capsul® e maltodextrina diferiram entre si e ambas foram estatisticamente iguais à goma
arábica. Oliveira et al. (2013), em estudo da estabilidade da polpa de morango atomizada,
reportou valores semelhantes: 1,73% para Capsul®, 2,45% para goma arábica e 1,85%
para maltodextrina.
Todos os materiais de parede estudados apresentaram alta solubilidade, sendo os
mais solúveis a polpa microencapsulada com Capsul® (98,4%) e maltodextrina (97,4%).
A goma arábica obteve 92,8% de solubilidade, resultado similar ao encontrado para polpa
de caju amarelo desidratada com 15% de goma arábica (95,5%) (MOARES, 2014).
Barbosa (2010) obteve resultados semelhantes ao secar a 165°C uma mistura de polpas
de frutas (cajá, manga e mamão) em spray-dryer com 21% de maltodextrina (96,47). A
elevada solubilidade da polpa de cagaita microencapsulada é uma boa característica para
sua reconstituição no preparo de sucos.
O material de parede que apresentou maior higroscopicidade foi a goma arábica
(25,47%), valor semelhante ao encontrado por Santos (2015) para a polpa de cagaita
atomizada utilizando 10% do mesmo material encapsulante (22,13%). Barbosa (2010)
reportou um valor superior ao encontrado neste trabalho (21,23%) para microcápsulas de
suco de frutas com maltodextrina (24,20%). Entre os três materiais encapsulantes
estudados, o Capsul® foi o que obteve a menor higroscopicidade (19,76%), esta é uma
propriedade importante para a conservação de produtos com baixa atividade de água.
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4 CONCLUSÃO
O processo de microencapsulação por spray-drying pode aumentar a vida de
prateleira da polpa de cagaita, pois resulta em produtos com baixa umidade, alta
solubilidade e boa densidade aparente (características desejáveis para uma polpa em pó),
apesar do baixo rendimento e da alta higroscopicidade.
Considerando as características das microcápsulas avaliadas, o Capsul® parece
ser o melhor material de parede, pois apresentou a maior solubilidade e a menor
higroscopicidade. Porém, a avaliação do efeito da combinação destes materiais
encapsulantes numa mesma formulação ainda pode ser estudada em trabalhos futuros.
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