Avaliação estatística do comportamento térmico dos

Os resultados obtidos para a temperatura inicial de cristalização dos organogéis foram avaliados estatisticamente. Com base nisso, foram calculados os coeficientes de regressão múltipla, sendo estes demonstrados na Equação 2. Os coeficientes não significativos (p>0,05) foram eliminados.

O ajuste que mais se adequou aos dados avaliados foi o modelo cúbico, sendo necessária, neste caso a realização de algumas adequações para este modelo, no qual foi excluída a interação entre as três variáveis, a fim de diminuir o erro padrão (3,78) e o resíduo (15,29) obtidos, de forma que após isto, os valores obtidos foram 3,52 para o erro puro e 13,35 para os resíduos. Estes dois fatores foram levados em consideração, uma vez que quando se obtém um valor de R² baixo, possivelmente isto ocorre devido à falta de ajuste do modelo, ou porque o erro padrão apresenta valor elevado, indicando neste caso que houve falta de repetibilidade do processo. Além disso, o resíduo indica o quanto a regressão se afasta do modelo utilizado, de forma que quanto maior este, menor é a regressão (Rodrigues e Iemma, 2014).

-60 -40 -20 0 20 40 60 80 100 Temperatura (°C) A1 A2 A3 A4 A5 A6 A7 A8 A9 A10 End o té rm ico

y=β1x1+ β2x2+ β3x3- β12x1x2- β13x1x3- β23x2x3 Equação 2 (codificada) R² = 0,8479 y=45,85*x1+52,47*x2+31,23*x3- 22,73*x1*x2-0,44*x1*x3-0,49*x2*x3 Equação 2 (com os coeficientes do modelo) Onde:

y = Temperatura inicial de cristalização (°C) β = Coeficientes gerados por regressão múltipla x = Proporção de estruturantes (conforme Tabela 1)

As respostas obtidas através da análise dos coeficientes possibilitam verificar a influência dos estruturantes no início do processo de cristalização dos organogéis formulados. Isoladamente, todos os estruturantes tiveram contribuição significativa no comportamento inicial de cristalização, contudo, verifica-se mínimo sinergismo entre os mesmos, sendo que principalmente nas interações ternárias, o estruturante presente em maior proporção, mostrou maior influência sobre o processo de cristalização. Tais observações são confirmadas ao avaliar o diagrama triangular obtido, que é representado na Figura 9, no qual se verifica que o HS é o estruturante que apresenta o comportamento mais distinto, com maior tempo para início de cristalização, enquanto que as maiores temperaturas de início de cristalização foram obtidas com o MAG e a CC, respectivamente. Ainda neste aspecto, verifica-se que o HS é o maior agente retardante do processo de cristalização, e que o MAG é o estruturante que mais mostrou influência dos outros componentes, sendo sua rápida cristalização negativamente influenciada pelos demais estruturantes.

Figura 9. Diagrama triangular da temperatura inicial de cristalização dos organogéis.

O modelo estatístico proposto também foi avaliado através da análise de variância (ANOVA) e teste F, para validação do mesmo. Avaliando os valores de F, foi obtido para Fcalculado o valor de 4,45 e para Ftabelado 5,19, de forma que 4,45<5,19, demonstra que o modelo utilizado não foi estatisticamente significativo para os dados avaliados (Rodrigues e Iemma, 2014).

Os resultados de temperatura final de fusão também foram submetidos à análise estatística, sendo os coeficientes de regressão múltipla calculados para esses dados, demonstrados na Equação 3.

O ajuste mais adequado para os dados avaliados também foi o modelo cúbico, conforme observado na avaliação estatística dos dados de temperatura inicial de cristalização, mesmo com as adequações realizadas no modelo, ainda assim, obteve-se um baixo valor para R².

y=β1x1+ β2x2+ β3x3- β13x1x3+ βx2x3+ β123x1x2x3 Equação 3 (codificada) R² = 0,8351 y=4,23*x1+62,93*x2+65,34*x3- 44,91*x1*x3+6,77*x2*x3+1042,28*x1*x2*x3 Equação 3 (com os coeficientes do modelo) Onde:

y = Temperatura inicial de cristalização (°C) β = Coeficientes gerados por regressão múltipla x = Proporção de estruturantes (conforme Tabela 1)

Com base na avaliação das respostas obtidas com os coeficientes de regressão, e com o diagrama triangular representado na Figura 10, é possível observar que os estruturantes apresentaram efeitos distintos, de forma que o comportamento destes isoladamente é o que confere a característica dos organogéis. Nas amostras em que a CC está presente em maiores proporções, nota-se as que a fusão completa dos mesmos ocorre primeiro, enquanto que, no caso dos organogéis contendo MAG, a finalização da fusão ocorreu mais tardiamente. Mesmo nas amostras em que se buscou entender as interações binárias e ternárias, observa-se que o comportamento de fusão é diretamente influenciado pelo perfil isolado de algum dos estruturantes que compõe a amostra, sendo que o MAG e o HS destacaram-se neste ponto, demonstrando assim que para o parâmetro de temperatura final de fusão (TFF), há pouca influência da interação sinérgica entre os estruturantes na resposta

Figura 10. Diagrama triangular de temperatura final de fusão dos organogéis.

Novamente o modelo estatístico proposto foi avaliado através da análise de variância (ANOVA) e teste F, para validação do mesmo. Em relação aos valores de F, foi obtido para Fcalculado o valor de 2,53 e para Ftabelado 5,19, de forma que 2,53<5,19, demonstra que o modelo utilizado não foi estatisticamente significativo para os dados avaliados (Rodrigues e Iemma, 2014).

5.3.2. Teor de sólidos

As propriedades mecânicas que uma gordura apresenta podem ser influenciadas por uma série de fatores, dentre eles há um grande destaque para o teor de sólidos. A fração de sólidos em dada temperatura é capaz de fornecer uma indicação físico-química básica dos atributos estruturais que os sistemas lipídicos irão apresentar em formulações (Danthine e Droanne, 2006; Oliveira et al., 2015a).

Na Figura 11 são apresentados os resultados do teor de sólidos dos organogéis. É importante salientar que a fração sólida que compõe todas as amostras de organogéis refere-se à concentração de 6% de estruturantes incorporados ao óleo

de soja, sendo que este isoladamente não apresenta contribuição de sólidos nas temperaturas de avaliação em que esta análise foi realizada.

A1 – 6%CC; A2 – 6%MAG; A3 – 6%HS; A4 – 3%CC/3%MAG; A5 – 3%CC/3%HS; A6 – 3%MAG/3%HS; A7 – 2%CC+2%MAG+2%HS; A8 – 4%CC/1%MAG/1%HS; A9 – 1%CC/4%MAG/1%HS; A10 – 1%CC/1%MAG/4%HS.

Figura 11. Teor de sólidos apresentado pelos organogéis, avaliados no intervalo de temperatura de 10° a 50°C.

Os resultados obtidos indicam que cada estruturante desempenhou um papel diferente no perfil de sólidos dos organogéis avaliados. A CC foi o estruturante que demonstrou maior solubilidade na fase lipídica (OS), sendo observado nas amostras em que esta era o principal agente estruturante (A1, e A8), teor de sólidos ligeiramente abaixo e/ou na faixa de 6%. O efeito de solubilidade entre a CC e o óleo de soja, já havia sido evidenciado anteriormente ao avaliar-se o comportamento térmico destas amostras, e pode ser confirmado através destes resultados complementares. Além disso, também pode ser correlacionado com a dureza que estas amostras apresentaram, estando diretamente ligados com maior miscibilidade da CC com a fase orgânica.

O MAG, por sua vez, mostrou efeitos diferentes nas amostras. Nos organogéis em que foi utilizado em proporção igual ou acima de 3% (A2, A4, A6 e A9), observou-se principalmente a fusão incompleta dos mesmos nas temperaturas mais altas (≥40°). Esses resultados estão diretamente relacionados com o comportamento

0,0 1,0 2,0 3,0 4,0 5,0 6,0 7,0 8,0 9,0 10,0 10 15 20 25 30 35 40 45 50 S FC (%) Temperatura (°C) A1 A2 A3 A4 A5 A6 A7 A8 A9 A10

de fusão do MAG isolado, bem como pelo comportamento de fusão característico destes organogéis, em que se verificou a finalização da fusão destas amostras em temperatura igual ou superior a 69°C.

Embora o MAG contribua com um leve aumento na porcentagem de sólidos, verifica-se que este estruturante tende a formar sistemas monotéticos, onde obtém-se uma solução sólida parcial (Danthine e Droanne, 2006), conforme observado principalmente nas amostras A2, A6 e A9. Contudo, quando o MAG é utilizado em proporção igualitária com a CC (A4), observou-se que o teor de sólidos desta amostra foi completamente influenciado pela CC. Resultados semelhantes foram reportados por Toro-Vasquez et al., (2013), indicando que ocorre uma interação muito limitada ou praticamente inexistente entre estes dois estruturantes durante o processo de gelificação.

Em relação ao HS, como já elucidado anteriormente, este é classificado como um estruturante que apresenta comportamento do tipo partícula de cristal (Dassanayke et al., 2011), de forma que este mecanismo influenciou diretamente o perfil de sólidos das amostras contendo este estruturante (A3, A6 e A10), que contribuiu para o aumento da porcentagem de sólidos dos organogéis, sobretudo nas menores temperaturas de análise.

Os TAGs de alto ponto de fusão que compõe o HS tendem a formar núcleos cristalinos prévios, que favorecem a co-cristalização deste estruturante com os outros triacilgliceróis da fase lipídica, acelerando o início do processo de cristalização do sistema como um todo. Alguns estudos indicam que matrizes lipídicas que contenham componentes com composição química e estrutura molecular semelhantes, são passíveis de co-cristalização, com consequente aumento na porcentagem de sólidos do produto final (Oliveira et al., 2015a; Marangoni, 2005). Contudo, este efeito é mais efetivo quando o comprimento de cadeia do estruturante e da gordura base são similares; entretanto, este efeito pode diminuir moderadamente quando a diferença de comprimento é muito grande entre um e outro (Smith et al., 2011; Oliveira et al., 2015a). Neste contexto, verifica-se na amostra A3, formulada apenas com OS e HS, mostra a ocorrência mais exacerbada deste efeito de co-cristalização. Apesar de serem produtos provenientes da mesma fonte, estes apresentam pesos moleculares distintos devido ao processo de modificação ao qual o HS é submetido, resultando, desta forma, na baixa solubilidade entre estes componentes, que consequentemente promoveu separação de fases após curto período de tempo, além de que tal fato pode

impactar diretamente numa percepção de cerosidade exacerbada devido à separação do HS da fase lipídica.

Apesar de não ter sido obtido um bom resultado com uso do HS isoladamente, alguns estudos reportaram interação positiva com a utilização de triacilgliceróis de alto ponto de fusão concomitante à CC, semelhante à formulação da amostra A5. Neste aspecto, os autores indicaram que o efeito de co-cristalização proporcionado foi associado à melhoria na elasticidade dos organogéis formulados e aumento na fase sólida, que proporcionou efeito de estruturação adicional ao sistema, sendo a interação entre estes componentes desejável quando objetiva-se o desenvolvimento de gorduras plásticas com propriedades termodinâmicas e estabilidade necessária para aplicação em produtos alimentícios (Ramirez-Gomez et al., 2016; Toro-Vasquez et al., 2009).

5.3.2.1. Análise estatística dos teores de sólidos a 25°C

Os resultados de teores de sólidos foram avaliados estatisticamente para validação dos mesmos, sendo selecionados os dados de teor de sólidos a 25°C para análise estatística. Foram calculados os coeficientes de regressão múltipla, os quais se encontram descritos na Equação 4. Os coeficientes não significativos (p>0,05) foram eliminados.

A análise de regressão foi melhor ajustada utilizando-se o modelo cúbico, o qual permitiu avaliar a interação ocorrida entre as variáveis. Verificou-se a forte influência do HS no aumento da porcentagem de sólidos apresentada pelos organogéis, seguido pelo MAG, e a CC sendo o estruturante com menor contribuição de sólidos para o sistema.

y=β1x1+ β2x2+ β3x3- β12x1x2- β13x1x3- β23x2x3+ β123x1x2x3 Equação 4 (codificada) R² = 0,9116 y=4,70*x1+5,58*x2+6,85*x3-0,22*x1*x2- 1,37*x1*x3-1,54*x2*x3+4,91*x1*x2*x3 Equação 4 (com os coeficientes do modelo) Onde: y = Dureza à 25°C (N)

x = Proporção de estruturantes (conforme Tabela 1)

Na Figura 12, o modelo estatístico utilizado está representado através de um diagrama triangular para os dados de teor de sólido a 25°C. As curvas de contorno da imagem indicam o conteúdo de sólidos que os organogéis apresentaram de acordo com as quantidades de estruturantes adicionadas. Assim como demonstrado anteriormente, o HS foi o estruturante que apresentou maior influência no aumento do teor de sólidos dos organogéis, tanto nas amostras binárias bem como nas ternárias. A CC foi o estruturante com o comportamento menor efeito em termos de ganho de sólidos, sendo mais afetada na interação com o HS do que com MAG, quando estes foram incorporados em conjunto. As interações ternárias indicaram forte influência dos estruturantes que apresentaram maior porcentagem de sólidos isoladamente, ou seja, HS e MAG, respectivamente.

Importante salientar que no caso desta análise não há o efeito térmico de fusão dos estruturantes a 25°C, sendo que nesta temperatura as amostras encontram- se no estado sólido ou semi-sólido. Conforme, observado através dos resultados de DSC, os estruturantes iniciam sua fusão em temperaturas superiores à 50°C.

Além disso, também foi realizada a análise de variância (ANOVA) e teste F, para validação do modelo utilizado. Com base no teste F, obteve-se o valor de Fcalculado de 5,15 e Ftabelado de 4,76, de modo que 5,15>4,76, sendo assim, considera-se que o modelo empregado foi estatisticamente significativo para os dados avaliados (Rodrigues e Iemma, 2014).

5.3.3. Cinética de cristalização

A cinética de cristalização é um parâmetro que pode influenciar diretamente na estrutura final de uma gordura e no direcionamento de sua aplicação, sendo intrinsecamente relacionada com a reologia e propriedades plásticas que a mesma apresenta (Foubert et al., 2006). Os principais parâmetros obtidos através desta aplicação correspondem ao período de indução (τSFC), que diz respeito ao início da formação dos cristais, além do conteúdo de sólidos máximo (SFCmax), o qual é obtido

após a estabilização isotérmica da amostra lipídica (Ribeiro et al., 2015). Estes parâmetros estão descritos na Tabela 10 para os organogéis avaliados.

Tabela 10. Parâmetros de cinética de cristalização a 25°C para as amostras de organogéis.

A1 A2 A3 A4 A5 A6 A7 A8 A9 A10

τSFC(min) 4 3 9 5 7 5 6 5 3 8

SFCmax (%) 5,0 5,8 6,9 5,2 5,4 5,5 5,3 5,4 5,3 6,2

τSFC – Período de indução (minutos); SFCmax – conteúdo de gorduras sólidas máximo

(%); A1 – 6%CC; A2 – 6%MAG; A3 – 6%HS; A4 – 3%CC/3%MAG; A5 – 3%CC/3%HS; A6 – 3%MAG/3%HS; A7 – 2%CC+2%MAG+2%HS; A8 – 4%CC/1%MAG/1%HS; A9 – 1%CC/4%MAG/1%HS; A10 – 1%CC/1%MAG/4%HS.

Com base nos resultados obtidos, é possível verificar que o MAG foi o estruturante que proporcionou a indução cristalina mais rapidamente, com destaque para as amostras A2 e A9. Este resultado pode ser observado também em estudo realizado por Valoppi e colaboradores (2017), em que foram formulados organogéis à base de diferentes tipos de óleos, contendo 10% de MAG como estruturante. Demonstrou-se o rápido efeito de indução proporcionado pelo MAG, sendo que a média de resultados para as oito amostras avaliadas ficou entre 75 a 97 segundos.

Estes resultados correlacionam-se diretamente com o comportamento térmico característico do MAG, e que foi detalhado no item 5.2.2.1 (Tabela 6), de forma a evidenciar o papel primordial que o MAG desempenha na aceleração do processo de cristalização, sendo esta característica bastante pertinente para a aplicação de organogéis estruturados com MAG em produtos que requerem rápida cristalização, como por exemplo, gordura para de recheios de biscoito do tipo sanduíche e waffer.

Na sequência observa-se que na amostra em que a CC é o componente estruturante principal (A1), também se visualiza rápida cristalização, sendo o resultado de período de indução (τSFC), ligeiramente inferior do que para as amostras com MAG. Além disso, conforme identificado nos resultados de SFC, observa-se que devido ao fato da CC apresentar boa solubilidade com o óleo de soja, esta contribui com menor teor de sólidos para o organogel, sendo os menores valores de SFCmax

encontrados para as amostras em que predomina a CC como estruturante.

Em relação ao HS, quando utilizado isoladamente ou em conjunto com os demais estruturantes, este apresentou efeito negativo na cristalização das amostras, de forma que é possível visualizar através dos resultados de τSFC das amostras A3 e A10, retardo no início do processo de cristalização, sendo este efeito também detectado no comportamento térmico apresentado por estas amostras. Ainda sobre a amostra A10, mesmo com a presença dos estruturantes, nota-se que estes pouco influenciaram seu comportamento de cristalização, sendo o HS o mandatório neste caso. Além disso, o HS contribuiu para o aumento no teor de sólidos, conforme identificado previamente na análise de SFC.

Quando se avalia a interação binária entre os estruturantes, é possível observar as seguintes situações: a CC apresenta um efeito que sobressai ao do MAG (amostra A4) atrasando ligeiramente o início da cristalização, além de que o MAG, pouco contribui com o aumento de sólidos deste sistema, reforçando a hipótese levantada por Toro-Vasquez et al., (2013), de que há pouca interação entre estes dois estruturantes. Contudo, na amostra A5, verifica-se que o HS foi capaz de influenciar negativamente o tempo de indução da CC, causando retardo no início da cristalização, além de contribuir para o aumento do SFCmax. Mas quando se observa o perfil da

amostra A6, verifica-se uma interação positiva entre o MAG e o HS, mesmo este último proporcionando um leve atraso na cristalização da amostra, ainda assim, é possível identificar que estes possuem certo sinergismo, de modo que um não anula o efeito do outro.

Para as amostras em que se buscou avaliar a interação ternária entre os estruturantes, nota-se que quando os mesmos são adicionados em proporções iguais (amostra A7), não há uma boa interação sinérgica, de modo que não há tendência definida para o comportamento de nenhum estruturante em específico, sendo que esta apresenta resultados intermediários de τSFC e SFCmax, em relação às demais

amostras avaliadas. Entretanto, quando é avaliado o comportamento cinético das amostras A8, A9 e A10, verifica-se que o estruturante presente em maior quantidade dita o comportamento do organogel em questão, para os parâmetros de cinética de cristalização.

5.3.4. Microestrutura

O comportamento microestrutural de óleos e gorduras é uma característica que pode influenciar diretamente nos atributos físicos e sensoriais de produtos de base lipídica, tais como aparência, textura, plasticidade e reologia. O processo de cristalização é o fator mais importante a ser levado em conta neste caso, de forma que a distribuição, tamanho, tipo de cristal, polimorfismo e a rede cristalina formada são fatores determinantes que ditam os atributos físicos e a qualidade de produtos de base lipídica (Silva et al., 2016).

O nível de estrutura de uma rede cristalina típica é definido quando a gordura se cristaliza após ser fundida completamente (Ribeiro et al., 2015). Do ponto de vista microestrutural, a rede cristalina formada compreende elementos que crescem no intervalo de comprimento entre 0,5μm à 200μm, os que se formam nas faixas de comprimento mais baixas correspondem à cristalitos isolados, enquanto que em faixas maiores geralmente caracterizam agregados cristalinos (clusters) ou até mesmo cristais instáveis isolados (Narine e Marangoni, 1999; Ribeiro et al.,2015). Além disso, o crescimento cristalino pode ocorrer em até três dimensões, sendo estes encontrados nos formatos de cristais agulha, discos, plaquetas e esferulítos (McGauley and Marangoni, 2002).

Na Figura 13 são apresentadas as imagens da microestrutura dos organogéis obtidos por microscopia sob luz polarizada. É possível observar que os estruturantes isoladamente apresentam características morfológicas distintas, sendo que estas ditam as principais diferenças no comportamento microestrutural da rede cristalina formada.

Na imagem A1 é possível observar a característica proporcionada pela CC na formação da rede cristalina. Esta se associa com a formação de uma rede rígida e coesa, decorrente da organização por auto-associação proporcionada pela CC, a qual leva a formação de pequenos cristais do tipo microplaquetas, que se organizam para formar a estrutura tridimensional característica desta rede (Toro-Vasquez et al., 2007). Os cristais do tipo microplaqueta caracterizam-se por serem partículas lineares e muito finas, sendo a formação destas partículas atribuída principalmente à alta proporção de hidrocarbonetos (n-alcanos) que compõe este estruturante (Patel et al., 2015).

Figura 13. Imagens de microscopia sob luz polarizada dos organogéis, no aumento de 40x, sendo estas estabilizados a 25°C por 3 horas e analisadas a 25°C.

A estruturação proporcionada pelo MAG (imagem A2), apresenta características bastante distintas das encontradas para a CC. A rede formada é composta por cristais maiores e esparsos, sendo que o MAG demonstra tendência à formação de cristais do tipo agulha; contudo, conforme descrito por Valoppi et al. (2017), o óleo utilizado para formular o organogel pode influenciar no tipo de cristal formado, podendo nestes casos, também ser encontrada a formação de cristais do tipo esferulito ou rosetas. Após estabilização dos organogéis estruturados pelo MAG, observa-se que os cristais agulha são propensos a se agregar formando uma rede cristalina emaranhada, que se auto-organiza em uma fase lamelar inversa, retendo, desta forma, o óleo que se encontra na fase líquida (Sintang et al., 2017; Valoppi et al., 2017).

Quanto às características da rede formada pelo HS, é possível observar na imagem A3, que este estruturante apresenta um comportamento de cristalização considerado convencional, ou seja, iniciando pela nucleação, crescimento cristalino e agregação dos mesmos que posteriormente dão origem a rede cristalina. Os triacilgliceróis, de uma forma geral, formam cristais do tipo esferulito, que se aglomeram e crescem radialmente (Ribeiro et al., 2015). A triestearina (SSS), principal triacilglicerol encontrado no HS, apresenta a característica de formar grandes cristais esferulitos, de forma que a presença do HS isoladamente como estruturante pode impactar em atributos de textura indesejável devido ao tamanho dos cristais formados (Ribeiro et al., 2009b).

Nas amostras em que se buscou a avaliação da interação binária entre os estruturantes, verifica-se nas imagens A4 e A5, que a CC influenciou diretamente na característica das redes, em que se observa predominância da formação de cristais do tipo microplaquetas. Na amostra A5, verificou-se a formação de um agregado cristalino, que indica que parte do HS cristalizou-se independente do sistema formado em conjunto com a CC, contudo, ainda assim é possível constatar que a CC foi capaz de modificar a forma cristalina bem como o tamanho dos cristais do HS, sendo este mesmo fato também observado no estudo de Ramirez-Gomez et al. (2016). Na