Carbonilas e carboxilas

O peróxido de hidrogênio, do ponto de vista ambiental, é o mais favorável dos agentes oxidantes, no entanto requer tempo de reação longo e altas temperaturas (HAGE, LIENKE, 2006).

Na oxidação, de maneira geral, ocorre a formação do íon hidroperóxido, que em reações posteriores reage com o peróxido de hidrogênio, formando o radical hidroxil, radical hidroxiperóxido e ânion hidroxil. O ânion também forma complexos com os grupos carbonilas do substrato. No decorrer da reação as ligações de O-O são rompidas e os complexos são decompostos (DIAS, 2001).

A oxidação ocorre aleatoriamente em hidroxilas primárias (C-6), hidroxilas secundárias (C-2, C-3 e C-4), reduzindo grupos aldeídos (redutores) e os grupos glicol (clivagem das ligações C-2 – C-3). As propriedades de amidos podem ser afetadas principalmente pela oxidação nas posições C-2, C-3 e C-6 e por causa do grande número de hidroxilas nestas posições (KUAKPETOON E WANG, 2001, 2008). Os mesmos autores em estudos preliminares verificaram que a ocorrência de oxidação foi principalmente nas lamelas amorfas dos anéis de crescimento no semi- cristalino dos grânulos de amido.

Na Tabela 7 estão apresentados os teores de carbonila, carboxila e a sua soma nos amidos oxidados em diferentes tempos e concentrações de peróxido de hidrogênio. A formação dos grupos carbonila após a oxidação com peróxido de hidrogênio, não apresentou diferença em relação ao amido nativo, com exceção do tratamento com 0,5% de H2O2 e 4 horas de reação. Já a formação dos grupos carboxilas foi mais intensa que as carbonilas, apresentando diferenças em relação ao amido nativo, aumentando com o aumento do tempo de reação. No entanto não apresentou diferenças entre as concentrações com 1 (uma) hora de reação e com 8 horas de reação as concentrações de 1,0 e 1,5% não apresentaram diferenças entre si. Mesmo sendo pequenas concentrações de agente oxidante e tempos prolongados o somatório (carbonila + carboxila) apresentou um aumento com o aumento do tempo e das concentrações de peróxido de hidrogênio.

Matsuguma et al (2009) avaliou a modificação com peróxido de hidrogênio, utilizando FeSO4 como catalisador durante 15 minutos a 20 °C, a for mação dos

grupos carboxila em amido de três fontes de mandioquinha salsa de diferentes cultivos. Os autores observaram que somente nos amidos de dois cultivos o conteúdo de carboxila foi maior que o amido nativo.

Neste estudo, embora os amidos oxidados tenham valores mais elevados do que o nativo, estes valores foram baixos (Tabela 7). Os amidos oxidados devem ter alto teor de carboxila (mais que 1%) para produzir pastas de baixa viscosidade, ter menor peso molecular que os amidos nativos respectivos e ter baixa tendência a retrogradação, devido ao impedimento promovido pelos grandes grupos carboxílicos que substituem algumas hidroxilas (TAGGART, 2004).

Dias et al. (2011a) avaliaram os efeitos da oxidação com peróxido de hidrogênio em amido de mandioca fermentado e observaram que a temperatura, o pH e a concentração de peróxido de hidrogênio não tiveram efeito significativo sobre o conteúdo dos grupos carbonila e carboxila e sua soma. Os autores avaliaram também a formação de carbonilas e carboxilas em amido de mandioca secos em estufas e secos ao sol, e verificaram que o conteúdo de carbonila e carboxila no amido de mandioca fermentado oxidado com peróxido de hidrogênio em condições de reação foram maiores quando comparados com os amidos fermentados e secos em estufa, mas foram menores quando comparados aos do amido de mandioca fermentado e seco ao sol. Observaram também que os maiores valores de soma (carbonila + carboxila) ocorreram nas reações a 32,5 °C, com pH 5,0 e uma concentração de peróxido de hidrogênio de 1,5 (g.100g-1).

Sangseethong, Termvejsayanon e Sriroth (2010) avaliaram a oxidação de amido de mandioca com hipoclorito de sódio e peróxido de hidrogênio com 3% de agente oxidante em pH 10 a 30 °C, sendo que os temp os de reação foram 30, 60, 120 e 300 minutos. Após as oxidações, observaram que na oxidação com hipoclorito de sódio, o grupo funcional mais importante produzido foi a carboxila, aquele que aumenta progressivamente com o tempo de reação. Já em contraste com a oxidação com hipoclorito, o grupo funcional carbonila primária foi produzido nos amidos oxidados com peróxido enquanto que uma menor quantidade de grupos carboxila foi formada. Os autores afirmaram, então, que o peróxido de hidrogênio reagiu com o amido tão rapidamente que a maior parte do reagente foi consumida para a separação do hidrogênio, o que favoreceu a formação de grande quantidade de grupos carbonila durante o início da reação. Assim, uma quantidade menor de oxidante estava disponível para a oxidação da carbonila para grupos carboxilas.

Concluíram, então, que a oxidação dos grupos hidroxila nas moléculas de amido com o peróxido de hidrogênio estava quase concluída nos primeiros 30 minutos de reação.

Tabela 7 Quantidade de carbonila e carboxila formada após a oxidação do amido de pinhão em diferentes tempos de reação e concentrações de peróxido de hidrogênio

* Letras minúsculas diferentes, na mesma coluna, e letras maiúsculas diferentes, na mesma linha, diferem estatisticamente (p<0,05).

Segundo Tolvanen et al. (2009), que avaliaram a cinética de oxidação do amido usando peróxido de hidrogênio, a formação de carbonila apresenta um comportamento diferente em comparação com a formação de carboxila em função do pH (pH 8,4 para carbonila e carboxila e pH 10 para decomposição do H2O2). No decorrer da formação das carbonilas e das carboxilas observaram dois fenômenos distintos. No início da reação (0-240 min) os produtos são formados principalmente na superfície dos grânulos de amido, enquanto mais tarde (240-420 min) a

Tempo de reação (h) Concentração de peróxido de hidrogênio (g.100g -1 )* 0,5 1,0 1,5 Carbonila COH/100 GU Amido nativo 0,0408 bA 0,0408 aA 0,0408 aA 1 0,0435 abA 0,0436 aA 0,0471 aA 4 0,0552 aA 0,0499 aA 0,0450 aA 8 0,0429 abA 0,0410 aA 0,0358 aA Carboxila COOH/100 GU Amido nativo 0,0000 dA 0,0000 dA 0,0000 dA 1 0,0206 cA 0,0200 cA 0,0212 cA 4 0,0471 bC 0,0511 bB 0,0742 bA 8 0,0748 aB 0,0954 aA 0,0957 aA Soma COH+COOH Amido nativo 0,0408 dA 0,0408 dA 0,0408 dA 1 0,0640 cC 0,0636 cB 0,0684 cA 4 0,1030 bB 0,1050 bB 0,1190 bA 8 0,1180 aA 0,1360 aA 0,1300 aA

degradação parcial ocorre dentro do grânulo e a taxa de reação aumenta novamente. Os mecanismos de reação entre o peróxido de hidrogênio e o amido são muito complexos e podem ser alterados dependendo das condições da reação e o tipo de amido.

4.4.2 Poder de inchamento e solubilidade

Nas Figuras 14, 15 e 16 estão apresentadas as curvas de poder de inchamento (a) e de solubilidade (b) do amido de pinhão submetido à oxidação com diferentes concentrações de peróxido de hidrogênio (0,5, 1,0 e 1,5%) por 1, 4 e 8 horas de reação, respectivamente.

Figura 14 Efeito da oxidação com peróxido de hidrogênio em diferentes concentrações (0,5, 1,0 e 1,5 %) com 1 hora de reação, sobre o poder de inchamento (a) e a solubilidade (b) do amido de pinhão

Figura 15 Efeito da oxidação com peróxido de hidrogênio em diferentes concentrações (0,5, 1,0 e 1,5 %) com 4 horas de reação, sobre o poder de inchamento (a) e a solubilidade (b) do amido de pinhão

a

a

b

Figura 16 Efeito da oxidação com peróxido de hidrogênio em diferentes concentrações (0,5, 1,0 e 1,5 %) com 8 horas de reação, sobre o poder de inchamento (a) e a solubilidade (b) do amido de pinhão

O aumento da temperatura de 60 a 90 °C promoveu mud anças no poder de inchamento e na solubilidade de todos os amidos, promovendo um aumento significativo no poder de inchamento e solubilidade conforme aumentou a temperatura de análise. A oxidação com 1 hora de reação não afetou o poder de inchamento e a solubilidade para todas as concentrações de H2O2. A oxidação é o resultado do processo de despolimerização das cadeias de amilose e amilopectina, sendo que a amilose é mais suscetível a despolimerização devido à sua natureza mais acessível e à sua estrutura linear (WANG, WANG, 2003). Este fenômeno favorece o poder de inchamento e a solubilidade dos grânulos de amido. Por outro lado segundo Tester e Morrison (1990), amilopectina contribui para o inchamento e formação de pasta, enquanto que a amilose e os lipídios inibem o inchamento dos grânulos de amido.

Tem sido proposto, também, que as forças das ligações dentro dos grânulos de amido afetam o poder de inchamento (CARCEA et al., 1990). Logo os grânulos de amido com uma extensa área cristalina devem exibir maior resistência ao inchamento, enquanto que amidos com maiores áreas amorfas se hidratam progressivamente, apresentando maior poder de inchamento (OLAYINKA, ADEBOWALE, OWOLABI, 2011). A área cristalina e amorfa também está diretamente relacionada ao conteúdo de amilose e amilopectina (GUNARATNE, HOOVER, 2002).

No entanto, com 4 horas de reação de oxidação, foi possível verificar uma diminuição na solubilidade dos amidos modificados (Figura 15b). Nas reações com 8 horas de reação os amidos de pinhão oxidados apresentaram uma diminuição no

poder de inchamento em relação ao amido nativo a 80 °C (Figura 16a). Este fenômeno também foi verificado por Wang e Wang (2003) os quais relataram um menor poder de inchamento do amido de milho comum oxidado a 95 °C em comparação com o amido de milho comum nativo, e sugeriram que esse fenômeno ocorre devido à hidrólise das cadeias de amilopectina em altas temperaturas e à presença de uma esponja na estrutura do grânulo que é capaz de absorver água durante o aquecimento, mas não pode reter a água absorvida sob centrifugação. A solubilidade dos amidos oxidados com 4 e 8 horas de reação reduziu com o aumento da temperatura da análise, quando comparados ao amidos nativo (Figuras 15b, 16b).

O poder de inchamento e a solubilidade do amido de pinhão não sofreram alterações em relação à concentração do peróxido de hidrogênio. No poder de inchamento foi verificado o mesmo comportamento com 1 e 4 horas de reação. Enquanto que a solubilidade foi menor com o aumento do tempo de reação (4 e 8 h), mas não apresentaram diferenças entre as concentrações de oxidante.

Olayinka, Adebowale, Owolabi (2011) verificaram uma aumento no poder de inchamento de amido de sorgo branco oxidado com 6% NaOCl, e explicaram que a solubilização dos grânulos de amido é maior com o aumento do poder de inchamento. Estes autores relataram que este fenômeno é esperado porque os grânulos incham e as ligações intragranulares estão enfraquecidas ou mais afastadas. Com isso as moléculas de amido principalmente a amilose vazam para a fase contínua, ficando solúvel. Quando as moléculas de amido são aquecidas em excesso de água, a estrutura semicristalina é rompida e as moléculas de água formam pontes de hidrogênio com os grupos hidroxila da amilose e da amilopectina expostos, provocando um aumento no poder de inchamento e na solubilidade do grânulo. O grau de inchamento e a quantidade da fração solúvel também dependem da origem botânica do amido.

4.4.3 Propriedades viscoamilográficas

O amido não é solúvel em água a temperatura ambiente, as suas propriedades reológicas sofrem alterações significativas em temperaturas acima de 53 °C (LIU, 2005). Os amidos incham em elevadas tem peraturas formando pastas uniformes. Este processo é conhecido como gelatinização do amido (LIU, 2005).

Quando os amidos são gelatinizados, as ligações inter e intra-granulares como as pontes de hidrogênio, se rompem e inúmeras reações químicas podem ocorrer (ZHANG et al., 2009).

De acordo com Ribeiro e Seravalli (2004), as mudanças que ocorrem com a oxidação são explicadas pela presença de grupos carboxílicos na molécula, resulta na presença de cargas negativas e aumenta a repulsão entre cadeias de amilopectina e reduz assim a retrogradação.

A gelatinização dos grânulos de amido causada pela ação hidrotérmica, seguida pela ação mecânica, leva a uma desestruturação da molécula e, consequentemente, a uma perda da integridade do grânulo. A intensidade deste efeito depende da origem do amido, da temperatura, do corte mecânico e dos agentes químicos presentes durante a gelatinização (DIAS et al., 2011a). As propriedades viscoamilográficas dos amidos de pinhão nativo e oxidados com diferentes tempos de oxidação e concentrações de agente oxidantes estão apresentadas na Tabela 8.

A baixa viscosidade e a maior estabilidade da pasta de amido são características desejáveis quando se realiza a oxidação. Em geral, uma dispersão de amido nativo é propensa a associação intermolecular ou retrogradação mostrando um aumento da viscosidade de pasta durante o armazenamento. Além disso, a introdução de grupos funcionais, especialmente a carboxila, tem sido relatada como o fator responsável por minimizar a retrogradação, resultando em melhor estabilidade da dispersão de amido (SANGSEETHONG, TERMVEJSAYANON, SRIROTH, 2010).

A temperatura de pasta dos amidos oxidados não apresentou diferenças em relação ao amido nativo. A concentração de H2O2 e o tempode reação também não apresentaram diferenças entre si. A temperatura de pasta variou de 63,47 a 64,53. O pico de viscosidade dos amidos modificados não diferiu do amido nativo. As variações de concentrações e tempos de reações também não tiveram efeito sobre o pico de viscosidade (Tabela 8). Isso é possível, pois o peróxido de hidrogênio é um agente oxidante altamente volátil e também as concentrações de peróxido de hidrogênio utilizadas foram baixas.

Tabela 8 Propriedades de pasta do amido de pinhão nativo e oxidado com peróxido de hidrogênio com diferentes concentrações e tempos de reação

Propriedades Tempo Concentrações H2O2 (h) 0,5% 1,0% 1,5% Pico de viscosidade (RVU) Nativo 359,14 aA 359,14 aA 359,14 aA 1 359,12 aA 353,37 aA 351,98 aA 4 349,89 aA 356,37 aA 351,37 aA 8 354,03 aA 360,16 aA 360,25 aA Viscosidade mínima (RVU) Nativo 169,25 dA 169,25 Ac 169,25 dA 1 190,29 aA 180,16 Bb 175,83 Cc 4 173,79 cC 191,04 Aa 181,91 Bb 8 185,08 Ab 189,25 Aa 184,30 Aa Quebra (RVU) Nativo 191,58 aA 191,58 aA 191,58 aA 1 168,08 aA 163,21 aA 164,37 aA 4 172,62 aA 167,58 bA 174,29 aA 8 172,04 aA 169,04 aA 172,75 aA Viscosidade final (RVU) Nativo 256,12 bA 256,12 bA 256,12 cA 1 278,62 aB 282,25 aA 268,12 bC 4 274,25 aB 282,00 aA 289,37 aA 8 276,41 aB 277,71 aB 284,46 aA Retrogradação (RVU**) Nativo 86,87 cA 86,87 bA 86,87 cA 1 98,54 aC 98,41 aA 99,41 aB 4 99,41 aA 98,87 aA 100,50 aA 8 97,04 aA 95,42 aA 100,12 aA

* Letras minúsculas diferentes, na mesma coluna para cada propriedade, e letras maiúsculas diferentes, na mesma linha, diferem estatisticamente (p<0,05).

Figura 17 Efeito da oxidação em diferentes concentrações de peróxido de hidrogênio, com 1 hora de reação, sobre as propriedades viscoamilográficas do amido de pinhão

Figura 18 Efeito da oxidação em diferentes concentrações de peróxido de hidrogênio, com 4 horas de reação, sobre as propriedades viscoamilográficas do amido de pinhão

1h

Figura 19 Efeito da oxidação em diferentes concentrações de peróxido de hidrogênio, com 8 horas de reação, sobre as propriedades viscoamilográficas do amido de pinhão

O amido nativo apresentou viscosidade mínima de 169,25 RVU. Este parâmetro aumentou após a oxidação, comparados ao amido nativo (Tabela 8), apresentando valores de 173,79 a 191,04 RVU entre os amidos oxidados. A maior variação foi de 11,40%, em relação ao amido nativo, no tratamento com 1,0% de H2O2 e 4h de reação. A diferença menor que 15% pode ser atribuída ao baixo conteúdo de carboxilas formadas após a oxidação com peróxido de hidrogênio.

Kuakpetoon e Wang (2001) avaliaram a oxidação de amido de batata, milho e arroz e verificaram comportamentos distintos em cada amido. Os autores verificam que os amidos oxidados com 2% de NaOCl apresentaram menores valores de viscosidade. De acordo com estes autores a diminuição da temperatura de pasta e o aumento do pico de viscosidade sugerem que os grânulos de amidos oxidados incham mais facilmente, porque as forças de associação entre as moléculas de amido nativo são enfraquecidos por repulsão com os grupos carboxila, assim, permitindo a entrada de água nos grânulos de amido.

Sangseethong, Termvejsayanon e Sriroth (2010) avaliaram a reologia dos géis de amidos de mandioca oxidados com hipoclorito de sódio e com peróxido de hidrogênio em diferentes tempos de reação e verificaram que os amidos oxidados

com hipoclorito apresentaram menor tendência para a formação de gel. Ao utilizar hipoclorito de sódio a formação de gel foi verificada apenas nos amidos oxidados com o menor tempo de reação (30 min), enquanto que a utilização de peróxido de hidrogênio a formação do gel pode ser observada em todas as amostras oxidadas.

Além disso, o gel de amido oxidado com hipoclorito de sódio é mais fraco do que os géis dos amidos modificados com peróxido de hidrogênio. As diferenças nos comportamentos de geleificação observadas entre esses dois grupos de amidos oxidados podem ser devido à presença de quantidades elevadas de grupos carboxila nos amidos oxidados com hipoclorito.

A quebra na viscosidade dos amidos oxidados não apresentou diferença em relação ao amido nativo, sendo outro indicativo de que a oxidação foi insuficiente para alterar a estabilidade da pasta do amido de pinhão.

As diferentes concentrações de H2O2 afetaram a viscosidade final dos amidos, no entanto os diferentes tempos de reação não afetaram a viscosidade final dos amidos oxidados. Apenas na concentração 1,5 % o tempo de reação teve efeito na viscosidade final sendo a variação máxima de 11,50 % em relação ao amido nativo e o amido oxidado com 1,5% de H2O2 por 4h.

Esta variação pode ser considerada baixa, pois de acordo com Conto et al. (2011) que avaliaram a oxidação de amido de pinhão oxidado com hipoclorito de sódio com diferentes concentrações (0,5 até 4,0%) verificaram a formação de pasta apenas em dois tratamentos com 0,5% e 1,0% de agente oxidante. A tendência a retrogradarão também não foi influenciada pelas concentrações de H2O2 e pelo tempo de reação.

As Figuras 18 e 19 representam os perfis viscoamilográficos dos amidos de pinhão oxidados com peróxido de hidrogênio com diferentes tempos de reação (1, 4 e 8 horas).

Dias et al., (2011a) verificaram que os maiores valores de pico viscosidade foram obtidos quando o amido de mandioca fermentado foi oxidado em pH baixo ou com baixa concentração de peróxido de hidrogênio e alto pH. Tavares et al. (2010) verificaram que a oxidação com peróxido de hidrogênio reduziu a viscosidade da farinha de arroz. Estes autores relataram que a redução da viscosidade de pasta tornou-se maior com o aumento na concentração de peróxido de hidrogênio. O efeito da oxidação sobre o pico de viscosidade é dependente das condições e da intensidade da reação e da fonte de amido.

De acordo com Martínez-Bustos et al. (2007), os grupos carbonila e carboxila são mais volumosos do que os grupos hidroxila e tendem a manter as cadeias de amilose separadas, atrasando, assim, a retrogradação. Dias et al. (2011a) também verificaram que o amido de mandioca fermentado e seco ao sol apresenta pico de viscosidade mais baixo comparado ao amido de mandioca fermentado e seco em estufa, o qual não foi oxidado com peróxido de hidrogênio, devido à oxidação promovida pela luz UV durante a secagem ao sol.

4.4.4 Perfil de textura do gel

Na Tabela 9 pode-se observar a dureza, a flexibilidade, a coesividade e a gomosidade, dos géis de amido de pinhão oxidados com diferentes concentrações de H2O2 e tempos de reação.

As propriedades de textura e mecânicas dos géis de amido dependem, principalmente, as propriedades reológicas, conteúdo de amilose, volume e deformidade dos grânulos, e a interação entre as fases dispersa e contínua (CHOI, KERR, 2003).

A oxidação do amido de pinhão promoveu um aumento da dureza dos géis, em relação ao amido nativo. No entanto a variação na concentração do agente oxidante e no tempo de reação não influenciou na dureza dos géis (Tabela 9). Tran et al. (2007) também verificaram um aumento na dureza de gel de amidos de mandioca oxidados com 0,6% de carboxilas, quando comparados aos amidos nativos.

A dureza de gel é, principalmente, causada pela retrogradação do amido que é associada à perda de água (sinerese) e à cristalização da amilopectina, tornando o gel mais duro (SANDHU, SINGH, 2007). Amidos com maior teor de amilose e com cadeias de amilopectina mais longas apresentam géis mais duros (MUA, JACKSON, 1998).

Dias et al. (2011a) verificaram que as diferenças na geleificação podem ser explicadas não só pela intensidade de oxidação através da introdução de grupos carbonila e carboxila e a despolimerização, mas também pelo efeito diferente do peróxido de hidrogênio sobre a alteração das condições de reação, que agem em locais diferentes dos componentes das unidades básicas dos amidos. Esta reação

gera uma diversidade de produtos que interagem uns com os outros devido à gelatinização.

A flexibilidade corresponde à capacidade da amostra em retornar ao seu estado original após compressão (KALVIAINEN et al., 2000). Com base na Tabela 9 é possível verificar que a oxidação não afetou a flexibilidade dos amidos de pinhão. A coesividade é calculada como a razão entre a área do segundo pico pela área do primeiro pico avaliado pelo texturômetro. Observa-se que esta característica também não sofreu alterações em relação ao amido nativo (Tabela 9). Hou et al. (2007) avaliaram a oxidação de amido de batata em diferentes escalas (laboratorial e piloto) e compararam o perfil de texturas de amido nativo e amido comercial oxidado e verificaram que todos apresentaram menor dureza, adesividade e coesividade em relação ao amido nativo. No entanto o amido oxidado comercial apresentou a menor dureza, maior adesividade e a mesma coesividade quando comparado com outros amidos oxidados. Esses autores também afirmaram que diferentes processos de oxidação podem alterar a estrutura dos amidos de diferentes maneiras, resultando em características diferentes.

A gomosidade é considerada como a força necessária para desintegrar o material (KALVIAINEN et al., 2000). A oxidação aumentou a gomosidade do amido de pinhão em relação ao amido nativo, mas não apresentou variação entre os diferentes tempos de oxidação e concentrações de oxidante.

Os fatores propostos que podem contribuir para estas diferenças incluem a área de contato e o conteúdo do grupo carboxila (KUAKPETOON, WANG, 2001). Os mesmos autores atribuem o comportamento ao estudo realizado por Harn-by et al.