UNIVERSIDADE DE TRÁS-OS-MONTES E ALTO DOURO
Isolamento e caracterização do amido de
castanha
Tese de Mestrado
2º Ciclo de Biotecnologia e Qualidade Alimentar
Bruno Tiago Rodrigues Cruz
UNIVERSIDADE DE TRÁS-OS-MONTES E ALTO DOURO
Isolamento e caracterização do amido de
castanha
Dissertação de Mestrado em Biotecnologia e Qualidade Alimentar
Bruno Tiago Rodrigues Cruz
Orientador: Professor Doutor Fernando Hermínio Ferreira Milheiro Nunes
Agradecimentos
A realização deste trabalho só foi possível devido à ajuda de algumas pessoas, por isso dirijo os meus sinceros agradecimentos:
Ao Prof Doutor Fernando Hermínio Ferreira Milheiro Nunes, que me orientou de uma forma exemplar, demonstrou sempre disponibilidade em todos os meus contactos, pelo apoio constante e por todo o conhecimento transmitido.
À Dona Paula Almeida Técnica de laboratório, por a sua ajuda e apoio para na experiencia calometria de varrimento diferencial e disponibilidade.
Ao Senhor Carlos Matos Técnico de laboratório, pelo material emprestado e a sua ajuda sempre que necessária.
À Lisete pela obtenção das várias fotografias no microscópio electrónico de varrrimento e na obtenção dos difractogramas de Raios-X.
Aos companheiros de laboratório pela companhia e ajuda, em especial ao André Lemos e à Ana Lordelo pela vossa amizade companheirismo e ajuda incansável.
Agradeço também as pessoas que me tem dado apoio durante a minha vida: Toda a minha família em principal ao meu Pai, aos meus avos e aos meus irmãos.
À Sara por estar sempre do meu lado em todos os momentos da minha vida e por todo o amor e carinho.
Índice
Resumo: ____________________________________________________________ Abstract _____________________________________________________________ 1- Introdução__________________________________________________________ 1 1.1– A Castanha _____________________________________________________ 2 1.1.1-Origem ______________________________________________________ 2 1.1.2- A importância da castanha em Portugal ____________________________ 3 1.1.3-Certificação (DOP) ____________________________________________ 6 1.1.4-Caracteristicas nutricionais ______________________________________ 7 1.1.5-Parâmetros de qualidade ________________________________________ 7 1.2-O amido ________________________________________________________ 9 1.2.1- Estrutura ___________________________________________________ 10 1.2.1.1-Amilose _________________________________________________ 10 1.2.1.2-Amilopectina _____________________________________________ 11 1.2.1.3-Material intermediário ______________________________________ 13 1.2.1.4-Estrutura granular _________________________________________ 13 1.2.2-Propriedades físico químicas ____________________________________ 16 1.2.2.1-Gelatinização _____________________________________________ 17 1.2.2.2- Retrogradação____________________________________________ 18 1.2.2.3-Amido resistente __________________________________________ 19 1.2.3- Amido como aditivo alimentar __________________________________ 21 1.2.4- O Amido da Castanha _________________________________________ 21 1.2.5- Métodos de Isolamento de Amido de Fontes Convencionais ___________ 24 1.3-Enquadramento do Trabalho e Objectivos: ____________________________ 26 2-Materiais e Métodos _________________________________________________ 29 2.1-Extracção e Purificação do Amido das Castanhas _______________________ 30 2.2- Caracterização Química do Amido Isolado e Purificado da Castanha. _______ 302.2.1 - Determinação do Teor de Humidade _____________________________ 31 2.2.2 - Determinação do Teor de Amido Total e Amido Danificado ____________ 31 2.2.2 - Determinação da Percentagem de Amilose Aparente e Amilose _________ 31 2.2.3 – Determinação do teor de proteína e fósforo. _______________________ 33 2.3 – Determinação da Morfologia e Dimensões dos Grânulos de Amido por Microscopia Electrónica de Varrimento (SEM). ___________________________ 33 2.4-Determinação da Cristalinidade dos grânulos de Amido por Difractometria de Raio- X ___________________________________________________________ 34 2.5-Estudo do Efeito do Teor de Humidade na Cristalinidade dos Grânulos de Amido. __________________________________________________________________ 35 2.6-Determinação das Características de Gelatinização por Calorimetria de Varrimento Diferencial _______________________________________________ 36 2.7 – Comportamento de Inchamento e Amido Solubilizado. _________________ 36 2.8 – Determinação dos Açúcares Totais pelo Método do Fenol-Ácido Sulfurico. _ 37 2.9 – Determinação da Amilose Lixiviada. _______________________________ 38 2.11-Determinação da Organização do Exterior dos grânulos de Amido por ATR-FTIR _____________________________________________________________ 39 2.12- Determinação do Perfil de Peso Molecular da Amilopectina e Amilose por Cromatografia de Exclusão Molecular ___________________________________ 40 2.13- Determinação do Perfil de Viscosidade durante a Gelatinização e Gelificação.41 2.13- Análise Estatística.______________________________________________ 42 3-Discução e Resultados ________________________________________________ 43 3.1-Rendimento e Composição Química do Amido Isolado das Diferentes Variedades de Castanha. _______________________________________________________ 44 3.2 – Morfologia dos Grânulos de Amido ________________________________ 51 3.3-Criatalinidade dos Grânulos de Amido, e Efeito do Teor de Água no Grau de Cristalinidade ______________________________________________________ 53 3.4 – Grau de Ordem nos Grânulos de Amido por Espectroscopia de Infravermelho com Transformadas de Fourier (FTIR). __________________________________ 59
3.4 - Determinação das características de gelatinização por calorimetria de varrimento diferencial (DSC) ___________________________________________________ 62 3.5 - Grau de Inchamento dos Grânulos de Amido e Lixiviação da Amilose _____ 66 3.6 – Perfil de peso molecular da amilopectina e amilose por cromatografia de exclusão molecular __________________________________________________ 78 3.7 - Determinação do Perfil Viscoamilográfico das Pastas de Amido de Castanha 84 4- Conclusões ________________________________________________________ 91 5-Bibliografia ________________________________________________________ 98
Resumo:
Neste trabalho foi desenvolvido um método suave de isolamento do amido de castanha envolvendo o descasque da castanha, a despelagem, o corte e a liofilização dos frutos de forma a diminuir o seu conteúdo de água e aumentar a sua estabilidade em termos de transformações físico-químicas e bioquímicas. Após liofilização as castanhas foram moídas, embebidas na solução de extracção (solução aquosa contendo 25 mM de bissulfito de sódio) e maceradas durante 1h à temperatura ambiente. Após este período, a mistura foi homogeneizada num homogeneizador Waring durante 3 min à potência máxima. O amido foi purificado por sedimentação, sendo o sobrenadante separado do depósito de amido e a mucilagem castanha presente na superfície removida. Este procedimento foi repetido oito vezes até não se observar a formação da camada mucilaginosa na superfície. O rendimento da purificação foi dependente da variedade de castanha e variou entre 50 a 70%, tendo sido obtido com elevado grau de pureza dado o seu elevado teor de amido, 80 a 93%, baixo teor em proteína (0,4 a 0,6%) e baixo teor de amido danificado (11 a 30%). O amido isolado das quatro variedades de castanha apresentou uma cristalinidade do tipo B. O grau de cristalinidade é dependente da percentagem de humidade dos amidos, variando entre ~50% para um teor de humidade de ~30% e ~10% para um teor de humidade de ~5%. Os grânulos de amido isolados da castanha apresentavam uma forma arredondada e oval irregular. A análise por ATR-FTIR mostram que os amidos de castanha isolados das variedades Judia e Martaínha apresentam um nível superior de organização da sua região mais exterior quando comparado com os amidos isolados das variedades Longal e especialmente da variedade Lada. O tamanho dos grânulos de amido isolados a partir das diferentes variedades de castanha apresentou um valor médio de 11 m, tendo-se observado diâmetro de grânulos de amido desde 4 m até 21 m.
A percentagem de amilose aparente dos amidos de castanha isolados das diferentes variedades de castanha variou entre 21,0 e 24,8%, com os amidos isolados das variedades Longal e Martaínha com um conteúdo de amilose aparente significativamente superior às outras variedades, sendo o amido isolado da variedade Judia aquele que apresentou um conteúdo de amilose aparente inferior. Para os amidos isolados das variedades Longal e Lada, o conteúdo de amilose e de amilose aparente não apresentaram diferenças significativas. No entanto para os amidos isolados das variedades Martaínha e Judia estes contem amilose complexada com lípidos (em média
~4g/100g de amido). A temperatura inicial de gelatinização variou de 56 a 58ºC, apresenta um máximo entre os 62 e 64ºC e um final de gelatinização de 66-70ºC. O amido isolado das variedades Longal e Lada apresentaram um poder de inchamento significativamente superior ao observado para as variedades Martainha e Judia. Este menor poder de inchamento destas duas últimas variedades pode ser o reflexo do seu conteúdo em amilose complexada com lípidos.
A amilopectina presente no amido isolado da variedade Longal foi a que apresentou um peso molecular superior ao das outras variedades (>4 MDa e <2MDa), apresentando-se como um único pico na região de elevado peso molecular do cromatograma. A amilopectina da variedade Lada apresentou-se também com um peso molecular homogéneo na região de elevado peso molecular, embora o seu peso molecular seja inferior ao observado para a amilopectina presente no amido isolado da variedade Longal. A amilopectina isolada da variedade Martaína apresenta uma distribuição de pesos moleculares na região de elevado peso molecular, uma população de amilopectinas com peso molecular semelhante à amilopectina da variedade Longal, e uma população mais abundante de amilopectina com peso molecular inferior a 2MDa. O mesmo acontece para a amilopectina isolada da variedade Judia, embora em termos médios a população de amilopectina de menor peso molecular é superior ao observado para a variedade Martaínha, e menor que a amilopectina isolada da variedade Lada.
Os amidos isolados das diferentes variedades de castanha apresentaram diferentes perfis viscomialográficos durante o processo de formação de pastas de amido. A temperatura de gelatinização (temperatura do início do aumento brusco da viscosidade) foi de 56,1 ºC para o amido de castanha isolado da variedade Longal, 57,4ºC para as variedades Martaínha e Lada e de 58,6ºC para o amido isolado da variedade Judia. As temperaturas de gelatinização inferiores do amido de castanha isolados da variedade Longal, mostram uma menor resistência do amido desta variedade para a gelatinização. A temperatura do máximo de viscosidade também variou significativamente entre os amidos isolados das diferentes variedades de castanha, sendo superior para o amido isolado da variedade Martaínha (85ºC), seguido das variedades Judia e Longal (78,6 e 80 ºC, respectivamente), tendo o amido isolado da variedade Lada aquele que apresentou uma menor temperatura de máximo de viscosidade (72,3ºC). A viscosidade máxima dos amidos de castanha variou entre 0,527 Pa.s para o amido de castanha isolado da variedade Judia, e 1,127 Pa.s para o amido de castanha isolado da variedade Longal. A quebra de viscosidade (uma medida da
desintegração do amido gelatinizado) foi também superior para o amido de castanha isolado da variedade Longal (0,576) e menor para o amido isolado da variedade Judia (0.159). A viscosidade final (indicativo da capacidade do amido para formar pastas viscosas) para os amidos isolados das castanhas provenientes das diferentes variedades variou entre 0,798 e 1,167, para os amidos isolados das variedades Judia e Longal, respectivamente.
Os amidos isolados das diferentes variedades de castanha apresentam diferenças na sua composição química, nomeadamente na quantidade de amilose total e presença de amilose complexada com lípidos, peso molecular da amilopectina e amilose que explicam o seu diferente comportamento quer em termos de grau de inchamento, temperaturas de gelatinização e comportamento de formação de pastas. Estas diferenças nas propriedades reológicas podem ter um impacto significativo na qualidade das castanhas após processamento térmico (assamento e cozedura), bem como no seu comportamento durante os processos tecnológicos de transformação da farinha da castanha e farinha de castanha como por exemplo na produção de marron glacé, doces e outros produtos de pastelaria.
Abstract
In this work it was developed a soft method for isolation of chestnut starch involving the freeze-drying of fruits in order to reduce its water content and increase its stability in terms of physical, chemical, biochemical transformations. After freeze-drying the fruits were crushed, soaked in the extraction solution (aqueous solution containing 25 mM sodium bisulfite) and macerated for 1 h at room temperature. After this period, the mixture was homogenized in a Waring blender for 3 min at full power. Starch was purified by sedimentation, and the supernatant is separated from the deposit and the mucilage present in the top of starch sediment was removed. This procedure was repeated eight times until no more formation of the mucilaginous layer on the surface was observed. The yield of the purification was dependent on the variety of chestnut and ranged from 50 to 70%, and starch was obtained with high purity because of their high starch, 80 to 93% low protein content (0.4 to 0, 6%) and low damaged starch (11-30%). The starch isolated from four varieties of chestnut showed a type B crystallinity. The degree of crystallinity is dependent on the moisture content of the starch, ranging from ~ 50% to a moisture content of ~ 30% and ~ 10% to a moisture content of ~ 5%. The starch granules isolated from chestnut had an irregular rounded and oval shape. The analysis by ATR-FTIR show that the starches isolated from chestnut varieties Judia and Martaínha have a higher level of organization of the outermost region as compared to starch isolated from Longal varieties and especially the Lada variety. The size of the starch granules isolated from different varieties of nuts had a mean value of 11 m, and it was observed diameter of starch granules from 4 to 21 m.
The percentage of apparent amylose of the starches isolated from chestnut from different varieties ranged between 21.0 and 24.8%, with varieties of starches isolated Longal and Martaínha with apparent amylose content significantly higher than other varieties, and the starch variety of isolated from Judia was variety the one that showed a lower apparent amylose content. The starch isolated from Longal and Lada varieties, didn‟t contain amylose complexed with lipids. However for starches isolated from the Martaínha and Judia varieties contains amylose complexed with lipids (average ~ 4g/100g starch). The initial temperature of gelatinization ranged from 56 to 58 º C, has a maximum between 62 and 64 º C and a final gelatinization of 66-70 º C. The isolated starch from Longal and Lada varieties showed a swelling power significantly higher than that observed for the varieties Martainha and Judia. This lower swelling power of
these last two varieties may be a reflection of its content in amylose complexed with lipids.
The amylopectin from the Longal variety starch showed the highest molecular weight of all the varieties studied (> 4 MDa and <2MDa), presenting himself as a single peak in the high molecular weight region of the chromatogram. The amylopectin of the Lada variety was also present as a single homogeneous peak in the high molecular weight region, though its molecular weight is lower than that observed for the amylopectin present in the starch isolated from Longal variety. The amylopectin from Martaínha variety presented a molecular weight distribution in high molecular weight region, a population of amylopectins with molecular weight similar to the Longal variety, and a more abundant population of amylopectins with a molecular weight below 2MDa. The same was observed for the amylopectin isolated from Judia variety, although in average the amylopectin population with a lower molecular weight was higher than that observed for the Martaínha variety, and less than amylopectin isolated from Lada variety.
The starches isolated from different chestnut varieties showed different viscoamylographic profiles during the formation of starch pastes. The gelatinization temperature (temperature at the beginning of the sharp increase in viscosity) was 56.1 °C for the starch isolated from Longal variety, 57.4 °C for the Martaínha and Lada varieties and 58.6 °C for the starch isolated from Judia variety. The lower gelatinization temperatures of the starch isolated from Longal chestnut variety shows the lower resistance of the starch from this variety to gelatinization. The temperature of maximum viscosity also varied significantly among the starches isolated from different varieties of chestnuts, being higher for the starch isolated from the Martaínha variety (85 ºC), followed by Judia and Longal varieties (78.6 and 80 °C, respectively), and the starch isolated from Lada variety who had a lower maximum temperature viscosity (72.3 °C). The maximum viscosity of the starches pasted ranged from 0.527 Pa.s for the starch isolated from the Judia variety, and 1.127 Pa.s for the starch isolated Longal variety. The fall of viscosity (a measure of disintegration of gelatinized starch) was also higher than for starch isolated from the Longal chestnut (0.576) than for starch isolated from Judia variety (0159). The final viscosity (indicative of the ability of starch to form viscous pastes) for starches isolated from the chestnuts of the different varieties ranged from 0.798 and 1.167, for the starches isolated from Judia and Longal varieties, respectively.
The starches isolated from different chestnut varieties differ in their chemical composition, notably in the total amount of amylose and presence of amylose complexed with lipids, molecular weight of amylopectin and amylose which explain their different behavior in terms of swelling index, gelatinization temperature, gelatinization behavior. These differences in rheological properties may have a significant impact on the quality of the chestnuts after thermal processing (baking and cooking), as well as their behavior during the technological processes of chestnut transformation either of chestnuts and chestnut flours, such as in the production of marron glacé , and other sweet pastries.
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2 1.1– A Castanha
1.1.1-Origem
A castanha teve origem na Ásia Menor onde é conhecida por kashtah e provavelmente foi introduzida na Europa através da Grécia, onde a palavra latina
Castanea deriva do grego kastanon. (Lage, 2006)
Pensa-se que chegou à Península a partir do século IX a.C. pela mão do povo Celta, mas no século I a.C. os romanos propagaram o conhecimento desta cultura pelo Império Romano, pois era ideal para grandes deslocações devido ao seu alto valor calórico e poder de conservação. (Silva, 2007)
Apesar de o castanheiro ter sido introduzido em Portugal há muitos séculos, devido ao seu elevado grau de adaptabilidade às nossas condições climatéricas é considerado uma espécie indígena. (Silva, 2007)
A castanha é um fruto que vem do Castanheiro pertence à família das Fagaceas e ao género Castanea.
Existem 13 espécies frutíferas do género Castanea, mas apenas 4 têm interesse comercial: a Castanea crenata (com origem no Japão), Castanea dentata (originária da América do Norte), Castanea mollissima (indígena da China) e a Castanea sativa, (cultivada na Europa) que é o objecto de estudo. (Silva, 1997)
Figura 1- Distribuição geográfica das espécies do género Castanea com importância económica. (Silva, 2007)
3 1.1.2- A importância da castanha em Portugal
Em Portugal é cultivado essencialmente o castanheiro da espécie C. sativa. Geralmente é explorado de duas formas distintas, uma com o objectivo de produzir frutos de elevada qualidade e a outra de produzir madeira.
Quando objectivo é produzir madeira são utilizados castanheiros bravos designando-se o povoamento por castinçal, mas quando se produz frutos são cultivados castanheiros mansos e dá-se o nome de souto. (Lage, 2006)
A castanha teve uma elevada importância durante a Idade Média, principalmente no Nordeste Transmontano onde os seus frutos eram utilizados para a alimentação humana e animal. Em tempos de crise era o único recurso que as populações tinham para sobreviver. (Laje, 2006)
D. Afonso III, em 1269 considerava a castanha um elemento essencial à mesa, tendo referido: “E toda regateyra que ouuer uenda eu sa casa manteiga, azeite, mel,
vinagre, e castanhas, nozes...”. (Silva, 2007)
D. Dinis, “O Lavrador” reconheceu a grande importância da castanha e ordenou a substituição de enormes colónias de carvalhos por castanheiros.
Desta forma a castanha tornou-se a base da alimentação sendo o castanheiro considerado a “Arvore Mãe”. (Silva, 2007)
Com a introdução do milho e da batata, o aparecimento de doenças (como a tinta e o cancro do castanheiro) e a devastação por fogos levaram ao declínio da sua produção.
Contudo actualmente o castanheiro é considerado um recurso valioso, pois os seus frutos são muito procurados pelo consumidor devido ao reconhecimento do seu valor nutricional, ao aparecimento de produtos DOP que garantem a sua qualidade e ao aparecimento de técnicas que permitem um maior controlo das suas doenças.
As suas características sensoriais conferem qualidades à castanha que tornam este fruto imprescindível como ingrediente na doçaria, licores, aperitivos e pratos salgados. O seu sabor único acrescenta uma mais-valia à indústria, sendo o “Marron Glacê” o produto mais conhecido e apreciado
4 O castanheiro assume um papel de ex-libris da paisagem local, devido à sua imponência visual, que pela sua rusticidade assume um papel de elevado valor patrimonial e paisagístico. (Silva, 2007)
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Figura 2- Castanheiro o Ex-libris da paisagem de Trás-os-Montes (Fotografia capturada pelo autor em Mirandela no Parque Doutor José Gama)
Tabela 1 – Produção mundial de castanha no ano 2010 (FAO)
Área Produção ($1000) Produção (MT)
China 1259843 1620000 República da Coreia 63925 82200 Turquia 46016 59171 Bolívia 41665 53577 Itália 33206 42700 Japão 18275 23500 Portugal 17420 22400 Grécia 16253 20900 República da Coreia Democrática 8321 10700 França 7415 9536
5 Em termos quantitativos a China é o maior produtor Mundial de castanha, mas as estatísticas disponibilizadas pela FAO não distinguem as diversas espécies frutíferas do género Castanea.
Os países Asiáticos que ocupam os dois primeiros lugares da tabela produzem essencialmente as espécies Castanea crenata e Castanea mollissima, que tem uma qualidade inferior à espécie em estudo a Castanea sativa.
Se forem considerados apenas os países europeus que produzem a espécie em estudo, a Turquia é maior produtor, a Itália vem em segundo lugar e Portugal ocupa o terceiro lugar.
Este lugar de destaque na produção Mundial revela a importância da castanha na economia nacional.
Tabela 2 – Exportação mundial de castanha no ano 2009 (FAO)
Área Quantidade
(toneladas)
Valor (1000$)
Valor por tonelada ($/Tonelada) China 46703 68346 1463 Itália 17592 68049 3868 República da Coreia 12300 27517 2237 Portugal 7154 19183 2681 Espanha 6957 14186 2039 França 2165 10334 4773 Japão 1747 6139 3514 Turquia 2919 4941 1693 Holanda 2373 3721 1568 Áustria 495 1560 3152
Apesar de a China ser o maior exportador de castanha, o valor conseguido por tonelada é o mais baixo dos países representados, isto confirma que a castanha produzida por este país tem qualidade inferior e tem menor valor no mercado internacional.
Países como a França e Itália conseguem os valores mais elevados por tonelada, atingindo mais de o dobro do preço da China, o mercado internacional valoriza a qualidade superior da Castanea sativa.
Mais uma vez se forem apenas considerados os países europeus, a Itália ocupa o primeiro lugar e Portugal assume uma posição de destaque no segundo lugar.
6 Esta posição é conseguida com o aparecimento de empresas especializadas na transformação e comercialização de castanha como a Agroaguiar e Sortegel, que dão um grande impulso no escoamento da castanha nacional para o mercado internacional, fazendo da castanha portuguesa a quarta mais exportada do Mundo.
Com um valor tão elevado de exportação a castanha tem um enorme contributo para a economia nacional.
Existem inúmeras variedades cultivadas mas há algumas que tem maiores vantagens frutícolas, e tem maior cotação no mercado com é o caso da Judia, Longal, Lamela, Aveleira e Boaventura que tem um maior interesse no distrito de Bragança, a Judia, Longal, Lada, Negral e Benfeita, estas são as mais abundantes no distrito de Vila Real, a Martainha e Longal, são maioritariamente cultivadas nos distritos de Viseu e Guarda, e por fim a Bária e Enxerta, tem grande interesse no distrito de Portalegre. (Silva, 2007)
As variedades em estudo são a: Lada, Martainha, Judia e a Longal.
1.1.3-Certificação (DOP)
Este fruto apesar de no passado ter perdido importância, hoje em dia tem ganho maior interesse devido: a sua redescoberta por parte dos consumidores, o seu valor nutricional e a qualidade garantida por produtos DOP. (Silva, 2007)
O principal objectivo desta certificação é valorizar, preservar as cultivares de castanheiros tradicionais e conservar o património genético.
A nível nacional existem quatro “Denominações de Origem Protegida” (DOP):
“Castanha da Terra Fria”- são considerados os frutos das cultivares de Castanheiro Europeu (Castanea sativa Mill) Longal, Judia, Cota, Amarelal, Lamela, Aveleira, Boa Ventura, Trigueira, Martaínha e Negral. Mais de 70% da produção deve corresponder à cultivar Longal, sendo os restantes 30% relativos à produção das outras cultivares mencionadas. Pode ser produzida nos concelhos dos distritos de Bragança e Vila Real.
“Soutos da Lapa”- são utilizadas as variedades Martaínha e Longal, A área geográfica de produção abrange algumas freguesias dos concelhos
7 de S. João da Pesqueira, Penedono, Sernancelhe, Moimenta da Beira, Aguiar da Beira, Armamar, Tarouca, Tabuaço, Trancoso e Lamego.
“Castanha da Padrela”- castanhas obtidas a partir das variedades Judia, Longal, Lada, Negral, Côta e Preta. A área geográfica abrange algumas freguesias dos concelhos de Chaves, Murça, Valpaços e de Vila Pouca de Aguiar.
“Castanha de Marvão”- tem origem nas variedades Bárea, Clarinha e Bravo. A área geográfica abrange os concelhos de Marvão, Castelo de Vide e Portalegre. (Ministério, 2007)
1.1.4-Caracteristicas nutricionais
O seu potencial nutricional e farmacêutico já é reconhecido há muitos séculos por diversos autores como Hipócrates, Galeno e Dioscorides, mas sempre com diversas contra-indicações como digestão difícil, enxaquecas e flatulência.
Os hidratos de carbono são os principais constituintes da castanha, contabilizando entre 75,32 a 86,31 g/100g matéria seca, sendo o mais abundante o amido, que corresponde a 54,45 a 69,70 g/100g matéria seca. A sacarose é o segundo hidrato de carbono mais abundante apresentando valores compreendidos entre 10,32 a 22,79 g/100g matéria seca, com um teor de cinzas de 1,02 a 3,22 g/100g matéria seca, celulose bruta de 3,58 a 5,96 g/100g matéria seca, gordura total de 0,49 a 2,01 g/100g matéria seca, proteína total de 4,88 a 10,87 g/100g matéria seca, estão presentes: Ca, Mg, Fe, Mn, Cu, Zn, P, K e contem baixo teor de colesterol. (Ertürk et al, 2006)
O valor calórico é muito elevado cerca de 200 calorias por 100 g, cerca de duas vezes mais de que o da batata ou banana.
1.1.5-Parâmetros de qualidade
Existe um grande número de variedades de castanha e todas elas apresentam características químicas e físicas diferentes, por isso torna-se essencial estabelecer parâmetros de qualidade de forma a diferencia-las.
As empresas que trabalham com a castanha utilizam vários parâmetros de qualidade de forma a seleccionar e escolher a melhor castanha.
8 Silva (2007), para estabelecer as características físicas do fruto determinou:
Calibre - Quantidade de frutos por kg, e estes podem ser: muito grandes (até 60 frutos), grandes (61 a 70), médios (71 a 90), pequenos (91 a 110) e muito pequenos (mais de 110 frutos).
Peso - É pesada uma determinada quantidade de castanha e o peso resultante é dividido pelo numero de frutos.
Forma – Com o calculo do índice de forma ((L+E)/(2*C) figura) e índice de esfericidade ((C*L*E)1/3/C figura) é possível determinar a forma da castanha podendo ser: ovóide, ovóide larga, globulosa, elipsóide transversa e elipsoidal transversa larga.
Figura 3 – Medições realizadas para o cálculo de L, C e E, para a determinação da forma. (Silva, 2007)
Compartimentação – Os frutos são classificadas como monospérmicos quando tem apenas um embrião (característica fundamental para a produção de Marron Glacê) e polispérmicos quando apresentam dois ou mais embriões.
Cor – É utlilizado o sistema CIELAB para a determinação da cor.
Dureza – Através de uma sonda é quantificada a força máxima exercida para a quebra do tegumento externo.
São realizadas também analises aos teores de: água, cinzas, proteína, gordura, açúcares, amido, fibra, ácidos orgânicos, aminoácidos, minerais e compostos fenólicos.
Para a elaboração de produtos à base de castanha seria importante a caracterização do amido, pois este é o hidrato de carbono mais abundante. Por esta razão é de prever que o amido da castanha seja determinante para o
9 comportamento da castanha, quer a nível industrial e nutricional, quer a nível da sua apreciação pelo consumidor.
Para o controlo de qualidade da castanha existe um regulamento FFV-24 CEPE/ONU que é uma norma de referência de carácter não obrigatório.
Esta norma classifica a castanha em três categorias:
Categoria Extra: São as castanhas de qualidade superior, de boa aparência e de cor uniforme.
Categoria I- Engloba as castanhas de boa qualidade e são permitidos alguns defeitos.
Categoria II- As castanhas desta categoria apenas cumprem os requisitos mínimos, são permitidos defeitos na forma e cor.
Para todas as categorias existem calibres mínimos das castanhas.
1.2-O amido
Na biosfera existem provavelmente mais hidratos de carbono do que todas as outras matérias orgânicas combinadas, isto acontece devido a dois polímeros da D-glicose: o amido e a celulose
O amido tem sido estudado na literatura há dois séculos, mas é utilizado pelo homem há milhares de anos. (Kaur et al, 2007)
Este é um macro constituinte da maioria alimentos, em que as suas interacções principalmente com a água e lípidos tem uma enorme importância para a indústria alimentar e a nutrição humana. (Copland et al, 2009)
As suas propriedades são significativamente influenciadas pelas cultivares e factores ambientais.
Aproximadamente, 60 milhões de toneladas são extraídas anualmente em todo o mundo de diferentes culturas de tubérculos, cereais e raízes, cerca de 60% é usado em alimentos (por exemplo, produtos de padaria, molhos, sopas, doces, xaropes de açúcar, gelados, produtos cárneos, substitutos de gordura, branqueadores de café, cerveja, refrigerantes e bebidas) e 40% em produtos farmacêuticos, tais como fertilizantes, sementes, revestimentos de papel, papelão, material de embalagem, adesivos, têxteis, tecidos, fraldas, bioplásticos, materiais de construção, cimento, e de perfuração de petróleo. (Burrell, 2003)
10 Na indústria alimentar o amido tem diversas aplicações, como melhorar a textura, espessante, estabilizante coloidal, gelificante, aumento de volume, retenção de água e viscosidade. (Kaur et al. 2007)
1.2.1- Estrutura
O amido é uma estrutura granular (Figura 4) semicristalina e um homopolissacarídeo, composto por dois polissacarídeos a amilose e a amilopectina (que representam cerca de 98-99% do peso seco). (Richard et al, 2004)
Encontra-se amplamente distribuído em diversas espécies vegetais, é um hidrato de carbono de reserva, sendo abundante em grãos de cereais, raízes e tubérculos.
É a fonte mais importante de hidratos de carbono bio-disponíveis na alimentação humana, representando 80-90% de todos os polissacarídeos da dieta. (Alex, 2001)
Este quando observado ao microscópio óptico (especialmente o da batata) apresenta uma estrutura por camadas designada “anéis de crescimento”, esta característica resulta de múltiplos anéis de crescimento, que vão aumentando de diâmetro desde o hilum (centro do grânulo) até à sua superfície, estes anéis representam os períodos diurnos de deposição de amido (Figura 4). (Tester et al, 2004)
Os grânulos de amido diferem fisicamente no tamanho (1-100 µm de diâmetro), forma (redonda, lenticular e poligonal) e podem-se encontrar individualmente (simples) ou ligados por clusters (composto). (Tester et al, 2004)
1.2.1.1-Amilose
A medição da amilose é um parâmetro de qualidade para a maioria dos produtos à base de amido.
Amilose influencia a organização das lamelas cristalinas dentro grânulos, que é importante para as propriedades relacionado com a absorção de água. (Copeland, 2009)
Influi em várias características do amido tais como: a sua gelatinização, solubilidade, características de pasta, textura, resistência e tem uma grande importância na retrogradação do amido. (Zhu et al, 2008)
11 É um polissacarídeo de cadeia linear (em alguns casos pode apresentar ramificações muito pouco abundantes), não ramificada, de 250 a 300 resíduos de D-glicopiranose, ligadas por pontes glicosídicas α-1,4 (Alex, 2001) (Figura 4).
Figura 4-Estrutura exemplificativa da amilose (Alex, 2001)
Pode estar presente sob a forma de complexos amilose-lípidos (LAM – lipid amylose complexes) ou de amilose livre (FAM – free amylose). Os LAM, embora detectados no amido nativo, provavelmente são formados durante a gelatinização.
A formação destes complexos, diminuí a quantidade de amilose livre, logo vão ter uma grande influência nas propriedades do amido como: estabilizar o grânulo do amido durante o inchamento e gelatinização (aumento da temperatura de gelatinização), o gel formado apresenta uma maior densidade e são alteradas as suas propriedades de fluxo. (Bhatnagar e Hanna, 1994)
1.2.1.2-Amilopectina
A amilopectina é um polissacarídeo, mas contrariamente à amilose, possui elevado número de ramificações, sendo constituída por aproximadamente 1400 resíduos de α-glucose ligadas por pontes glicosídicas α-1,4, e de 2% a 4% ligações α-1,6 (Figura 5). (Alex, 2001)
12 Figura 5- Estrutura exemplificativa da amilopectina (Alex, 2001)
A maior parte das espécies de amido contem 30% de amilose e 70% de amilopectina.
A estrutura tridimensional da amilopectina é geralmente descrita pelo modelo de “cluster”, este modelo propõe que a molécula de amilopectina é composta por 3 classes de cadeias de glucose (ramificações), A, B e C.
As cadeias A ligam-se em clusters apenas nas cadeias B, as cadeias B ligam-se a outras cadeias B ou a cadeias C que contem o açúcar redutor e que é apenas uma por molécula (Figura 6).
As cadeias A são as mais pequenas e as cadeias B as maiores, as cadeias B podem ser também subdivididas em cadeias B1, B2, B3 e B4, sendo o grupo B4 as cadeias maiores. (Wang et al, 1998)
Figura 6- Modelo de cluster para o arranjo das cadeias de amilopectina. (Wang et al, 1998)
13 1.2.1.3-Material intermediário
Existe a possibilidade de um terceiro componente no amido, este é difícil de isolar e purificar logo ainda não há um consenso sobre a sua existência e as suas propriedades.
Eliasson (2004), denominou este componente como material intermediário e alguns investigadores classificam as “amiloses ramificadas” com mais de 20 ramificações como intermediarias.
Esta “amilose ramificada” é considerada um componente diferente porque a presença de cadeias ramificadas curtas pode contribuir para as propriedades do amido como: menor cristalinidade, temperatura de gelatinização, viscosidade, grau de retrogradação e uma maior digestibilidade.
1.2.1.4-Estrutura granular
As moléculas de amilose e amilopectina encontram-se em forma granular são estruturas complexas contendo áreas amorfas e cristalinas, é geralmente aceite que as cadeias mais curtas da amilopectinas estão organizadas em duplas hélices, algumas das quais formam lamelas cristalinas (cristalites).
As restantes duplas hélices e as cristalites formam a parte ordenada dos grânulos de amido, que são semi-cristalinos. A parte restante pode ser designada de desordenada ou amorfa.
A parte amorfa pensa-se consistir em amilose e em cadeias longas de amilopectina.
Há evidências que existem camadas alternadas de material semi-cristalino e amorfo em grânulos de amido (Figura 7).
14 Figura 7- Camadas de lamela cristalina separada por anéis de crescimento amorfos (adaptado de Tester et al, 2004)
A presença de cristalites e das restantes duplas hélices provoca a birrefringencia em grânulos de amido e pode ser estudada utilizando a luz microscópio óptico polarizada, surgindo cruz uma típica intersectando o hilum (Cruz de Malta).
É geralmente aceite que o eixo óptico coincida com a direcção da cadeia de amido, que é aproximadamente perpendicular à superfície de crescimento do grânulo (Silva, 1997).
A região amorfa não contém nenhuma das estruturas ordenadas por definição e não podem ser distinguidos do fundo. O padrão observado leva a toma a forma de uma cruz de malte, que indica que existe um arranjo ordenado das arcas cristalina dentro dos grânulos (Figura 8). (Hoseney, 2007)
Figura 8- Amido de milho observado á luz do microscópio óptico de polarizada. (Hoseney, 2007)
15 A birrefringencia é várias vezes confundida com a cristalinidade, mas um material pode ser ordenado e não ser cristalino (Hoseney, 2007)
De acordo com as regras de cristalografia interage com ondas electromagnéticas curtas e pode ser observada por Raio-X, que nos dá o padrão de difracção. Esta técnica pode revelar a estrutura do grânulo de amido, quantificar a cristalinidade, bem como identificar as diferentes formas polimorficas (Figura 9). (Tester et al, 2004)
Figura 9- Difracção Raio-X de amido de milho (Hoseney, 2007)
As duplas hélices da amilopectina que formam a lamela cristalina, estão empacotadas em diferentes formas polimorficas
A cristalinidade dos grânulos de amido e composição química variam segundo a origem botânica e grau de maturação do vegetal, a cristalinidade é atribuída principalmente à amilopectina e não a amilose, que embora seja linear, apresenta uma conformação que dificulta sua associação regular com outras cadeias.
Estas podem ser classificadas em três tipos de estruturas cristalinas a partir das diferenças dos difratogramas de Raios-X: Amidos de cereais como tipo "A", amidos de tubérculos como tipo "B" e amidos de vagens como tipo "C" (uma mistura de "A" e "B”), em que a castanha é do tipo “B”.
Estes tipos de polimorfos diferem na densidade de empacotamento das suas duplas hélices e na quantidade de água ligada na estrutura cristalina sendo a forma A mais densa e liga menos agua que a forma B (Figura 10). (Wang et al, 1998)
16 Como pode ser observado na Figura 10 os polimorfos do tipo B possuem uma estrutura mais aberta e um núcleo hidratado.
Figura 10- Polimorfos do Tipo A e B. (Adaptado de Tester et al 2007)
O amido tipo “A” é caracterizado por cadeias de amilopectina mais curtas e é mais susceptível a reacções químicas e enzimáticas. (Oates, 1997)
Enquanto do tipo “B” apresentam temperaturas de gelatinização menores. (Hizukuri et al., 1983)
1.2.2-Propriedades físico químicas
O que torna o amido tão interessante para a indústria e o seu estudo são as suas propriedades físico químicas, pois estas permitem que o amido seja uma mais valia em: produtos de padaria, molhos, sopas, doces, xaropes de açúcar, gelados, produtos cárneos, substitutos de gordura, branqueadores de café, cerveja, refrigerantes e bebidas, fertilizantes, sementes, revestimentos de papel, papelão, material de embalagem, adesivos, têxteis, tecidos, fraldas, bioplásticos, materiais de construção, cimento, e de perfuração de petróleo.
17 1.2.2.1-Gelatinização
Quando o amido está em meio aquoso frio, os grânulos incham ligeiramente, porque existe uma difusão e absorção da água nas regiões amorfas (processo reversível pela secagem).
No entanto, quando é aquecido em excesso de água, perde a sua estrutura ordenada (birrefringencia) e com a fusão dos seus cristais dá-se a gelatinização (processo irreversível).
A gelatinização tem inicio nas regiões amorfas, devido às ligações de hidrogénio serem mais fracas nessas zonas, os grânulos começam a inchar com o aumento da temperatura e a entrada de água no granulo (as moléculas de água formam pontes de hidrogénio entre a amilose e amilopectina, expondo seus grupos hidroxil, o que causa um aumento no inchamento e na solubilidade do grânulo), dá-se a lixiviação da amilose da fase intergranular para a fase aquosa (aumento da viscosidade do meio), a fusão das arcas cristalinas, com o rompimento da estrutura granular e a solubilização total do amido finaliza-se a gelatinização (Figura 11). (Singh et al., 2003)
Figura 11- Microscopia eletrônica de varredura; A) grânulos de amido de milho a 25 ºC, B) grânulos de amido de milho a 75°C (Adaptado de Souza e Andrade, 2000)
Geralmente a gelatinização ocorre numa faixa ampla de temperaturas característica para cada fonte de amido, a sua extensão é influenciada pela proporção de amilose:amilopectina, estrutura molecular da amilopectina (comprimento de cadeia, extensão de ramificação, peso molecular) e arquitetura granular (proporção de regiões cristalinas e amorfas) e a presença de complexos amilose-lípidos.
18 Altas temperaturas de transição são associadas a altos graus de cristalinidade, os quais fornecem a estabilidade estrutural e tornam os grânulos mais resistentes à gelatinização. (Eliasson, 2004 e Singh et al., 2003)
A gelatinização pode ser estudada através da calorimetria de varrimento diferencial (DSC) (Figura 12).
Este estudo pode revelar características importantes do amido como a sua temperatura de gelatinização e a energia necessária para se dar a transição, que se pode saber através do fluxo de calor versos temperatura e área do pico.
Figura 12-DSC de amido de milho (Hoseney, 2007)
1.2.2.2- Retrogradação
Katz (1928) mostrou através de difracção de Raio X que após o arrefecimento e durante o armazenamento, o gel de amido volta a um estado semicristalino, este fenómeno designa-se retrogradação.
As moléculas do gel amido começam a associar-se em simples e duplas hélices e dão origem a zonas cristalinas.
19 Isto tem como consequência um aumento da viscosidade da pasta (viscosidade de setback), pode ocorrer a precipitação de cristais insolúveis que dá origem a uma separação de fases e a libertação de água (sinérese)
A amilose tem uma maior influência na retrogradação que a amilopectina, porque a sua cinética de retrogradação é muito superior e as estruturas cristalinas por ela formadas tem uma endoterma de fusão de 140ºC a 180ºC, enquanto a amilopectina apresenta uma endorterma de fusão de 45ºC a 60ºC.
Existem vários factores com grande influência na retrogradação como: a temperatura e tempo de armazenamento, pH, fonte de amido, presença de outros componentes (lípidos, electrólitos e açúcares) e condições de processamento.
A retrogradação tem uma grande importância nos produtos alimentares que contem amido gelatinizado pois altera a sua textura, digestibilidade e a aceitação por parte do consumidor. (Zeleznak e Hoseney 1986)
Sabe-se, por exemplo, que a repetição de ciclos congelamento/descongelamento acelera drasticamente a retrogradação e a sinérese, no envelhecimento de pães e produtos de panificação, bem em algumas sobremesas que utilizam o amido como espessante e estabilizante.
1.2.2.3-Amido resistente
O amido pode ser hidrolisado através de enzimas e ácidos, por exemplo a nossa saliva e suco pancreático contém a α-amilase, que tem a capacidade de hidrolisar a amilose em glicose e maltose.
Mas existe uma parte do amido que atravessa o intestino delgado sem ser hidrolisado, que é denominado de amido resistente (AR).
Este termo foi sugerido por Englyst et al. (1982) em que foi definido como o amido que resiste à dispersão em água em ebulição, hidrólise da amilase pancreática e da pululanase.
Só a partir 1992 é que o AR foi definido como “ a soma do amido e produtos da sua degradação que não são absorvidos no intestino delgado de indivíduos saudáveis” (Faisant et al 1993), a nova definição relaciona o AR com o seu benefício biológico.
No intestino grosso o AR é fermentado e produz: gases, ácidos gordos de cadeia curta (acetato, propionato e butirato) e uma diminuição do pH do cólon.
20 Isto tem como consequência a prevenção de doenças inflamatórias, manutenção do epitélio intestinal e redução do risco de cancro do intestino.
Esta propriedade do amido torna interessante a sua utilização como aditivo em alimentos funcionais.
O AR pode ser classificado em três tipos:
Amido resistente do tipo 1- É o amido que se encontra fisicamente inacessível à digestão, devido à presença de paredes vegetais celulares.
Amido resistente do tipo 2- Refere-se ao amido que tem uma estrutura granular mais resistente divido à sua cristalinidade ser do tipo B e também se incluem amidos com elevados teores em amilose.
Amido resistente do tipo 3- É todo aquele amido que sofre uma retrogradação, devido ao seu processamento.
Amido resistente do tipo 4- É o termo usado para descrever amido modificado quimicamente através de ésteres, fosfatos e éteres.
Para utilização como aditivo em alimentos o amido tem uma grande vantagem em relação às fibras, não absorve tanta gordura. Logo este não vai competir com outros ingredientes pela gordura.
Isto torna o amido uma escolha mais acertada para a adição em produtos de pastelaria.
Segundo Correia e Fontinha (2009), a castanha contem um teor elevado de AR, principalmente a variedade Longal e que “possivelmente, este tipo de materiais apresenta um grande potencial para melhorar as propriedades dos alimentos que os contêm.”
21 1.2.3- Amido como aditivo alimentar
Os amidos nativos tem uma desvantagem, as suas características são de dependentes das cultivares e factores ambientais, e é difícil de generalizar sobre as suas características e comportamento. (Burrell, 2003)
Esta grande variabilidade é devido à grande complexidade do processo de biosintese do amido. (Copeland, 2009)
Para contornar esse problema, reduzir cisalhamento e diminuir a retrodegradação, nos anos oitenta foi generalizado o uso de amidos modificados por via química ou enzimática.
Mas em diversos países foram impostos limites de uso. A partir desse momento as indústrias alimentares procuraram de novo os amidos nativos, que não tem limite de uso e permitem identificar os alimentos como naturais.
Os amidos tradicionais, nomeadamente o milho, a mandioca, a batata, o trigo, e o arroz, já não conseguem dar uma resposta adequada à indústria. (Silva, 1997)
Logo o estudo de amidos nativos não convencionais e com características específicas tem um caminho aberto, como por exemplo o da castanha.
1.2.4- O Amido da Castanha
Uma série de estudos recentes mostraram que o amido da castanha (Castanea
sativa Mill) apresenta um potencial de aplicação a nível industrial (Demiate, et al 2001,
Correia e Beirão-da-Costa, 2010, Correia, et al 2012, Moreira, et al 2012 e Yoo, et al 2012)
A forma cristalina do amido de castanha (Castanea sativa Miill e Castanea
crenata) foi descrita como do tipo C, mais concretamente do tipo CB (Correia, et al 2012 e Yoo, et al 2012), apresentando uma forma arredondada e oval irregular com um comprimento variando entre 2 a 19 m, com um tamanho médio entre 9-13 m (Correia, et al 2012, e Yoo, S-H; et al 2012), dependendo da variedade e método de isolamento (Castanea sativa Miill e Castanea crenata) e 2.9 a 21.4 m. (Demiate, et al 2001)
O teor de amilose do amido de castanha está descrito como variando desde 19,6% (Castanea crenata) (Takeda, et al 1987), 21,5% (Castanea sativa Mill)
22 (Demiate, et al 2001), 27,8% de amilose aparente e 29,6% de amilose total (Castanea
crenata) (Yoo, et al 2012) até 51,4 a 56,9% (Castanea sativa Mill), variedades Longal e
Martaínha, (Correia, et al 2012)
Estas diferenças reportadas no conteúdo de amilose dos amidos isolados das castanhas podem estar relacionados com as diferenças nas espécies botânicas, e para a mesma variedade de plantas com as diferentes variedades, condições de crescimento, grau de maturação e método de isolamento do amido e pré-tratamento da amostra.
Vários métodos têm sido utilizados para o isolamento do amido das castanhas, incluindo: despelagem, corte, secagem, moagem e peneiramento (325 USBS), seguido de tratamento químico com NaOH 0,15M para a sua purificação (Demiate, et al 2001), sendo o amido obtido com uma pureza de 96%, contendo 0,83% de proteína, 1.1% de fibra, 1,5% de lípidos e 0,51% de cinzas.
Outros métodos descritos incluem: Método alcalino com baixa tensão de corte (0.01M NaOH, 20 min, 20ºC, centrifugação, peneiramento (53 m), neutralização, centrifugação, remoção da camada mucilaginosa na superfície), Método alcalino com elevada tensão de corte (imersão em água 6h, 20ºC, homogeneização em ultraturrax 2000 rpm, 1 min, centrifugação, peneiramento (53 m) e centrifugação); Método enzimático com baixa tensão de corte (Protease, pH 7.5, 37ºC, 6h, centrifugação, peneiramento (53 m) e centrifugação); Método alcalino de baixa tensão de corte com três peneirações sucessivas (0.0625M NaOH, 5ºC, 24h, peneiração por 180 m (2x) seguido de 75 m e 53 m, remoção da mucilagem após centrifugação. (Correia e Beirão-da-Costa, 2010).
De todos os métodos analisados, o último método de extracção alcalina com três peneirações sucessivas originou amidos com um maior rendimento (LSA - 20%, HSW - 18%, LSE – 23%, LSA3S – 26%) e maior grau de pureza (LSA - 90%, HSW - 86%, LSE – 95%, LSA3S – 97%). No entanto o amido isolado por qualquer um dos métodos apresentou elevados valores de amido danificado, variando entre 52,3% para o método LSA3S até 72,6% para o método HSW. No entanto a farinha de castanha já apresentava um valor elevado de amido danificado (33.2%), sendo provavelmente o resultado do processo de processamento anterior, pois a castanha após descasque foi seca a 40ºC durante 24 h para diminuir o conteúdo de humidade de 49% para 30-35%, e após este período foi seca novamente a 60ºC até reduzir o seu valor de actividade de água para 0,2, processo que demora entre 24 a 30h.
23 Este pré-processamento leva a alterações visíveis nas características do amido tal como referido pelos autores, pois os grânulos de amido na farinha seca já apresentavam algumas fracturas, apresentavam vesículas que saiam de dentro dos grânulos de amido, indicando uma alteração dos grânulos de amido durante o seu pré-processamento (Correia e Beirão-da-Costa, 2009).
Além destes factores, durante o processo de secagem da farinha de castanha observou-se o aumento dos açúcares redutores, a diminuição da percentagem de amido, especialmente às temperaturas de 50 e 60ºC, provavelmente devido à acção das enzimas amilolíticas presentes na castanha.
O conteúdo de amilose das farinhas secas aumentou entre 33% para a farinha não tratada até ~60% na farinha seca a 60ºC. Outra alteração significativa nas propriedades do amido durante o processo de secagem foi o aumento significativo observado no conteúdo de amido resistente nas farinhas de castanha com o aumento da temperatura de secagem, chegando a atingir valores de 36 a 47% para as castanhas secas a 60ºC.
Todos estes dados indicam que o pre-tratamento da farinha de castanha utilizada para a extracção do amido da castanha resultou em alterações significativas na sua estrutura bem como nas suas propriedades, por essa razão, os amidos de castanha obtidos nestes estudos não representam o amido presente nas castanha em fresco.
Um outro método utilizado para o isolamento do amido de castanha envolve um método de maceração alcalino.
Os frutos descascados foram imersos numa solução de 0,2% NaOH durante 1h, triturados com um homogeneizador de Waring durante 2 min numa solução de NaOH 0,2% (2x). A pasta foi passada por dois filtros sucessivos de 150 m e 53 m. O resíduo foi misturado com uma solução de NaOH 0,2% e homogeneizado mais duas vezes, recolhido, e lavado para remover as proteínas utilizando a solução de NaOH 0,2%, até ao desaparecimento da camada amarela. O precipitado foi lavado com água e neutralizado com HCl 1N, lavado com água e centrifugado. O amido assim obtido foi seco à temperatura ambiente. (Yoo, et al 2012)
Um outro método descrito mais recentemente envolve a extracção do amido da farinha de castanha com água (1:2 castanha: água), filtração (2x), ressuspensão em água e sedimentação durante 24 h. Remoção do sobrenadante e lavagem do resíduo com água várias vezes. (Francisco Chenlo, et al (2011)
24 Neste último caso apenas foram fornecidos os valores do teor de amilose da preparação resultante (20.5±0.6%).
1.2.5- Métodos de Isolamento de Amido de Fontes Convencionais
O amido pode ser extraído a partir de diferentes fontes vegetais utilizando vários processos, dependendo da fonte botânica e o destino a dar ao amido. A moagem húmida é frequentemente utilizada para a produção do amido de cereais, especialmente do trigo e milho. O propósito da moagem via húmida é a separação do grão nos seus constituintes químicos, incluindo o amido. Os principais passos no isolamento do amido dos cereais incluem maceração, moagem e separação. A maceração é o primeiro passo do processamento crítico na moagem via húmida. Usualmente envolve a utilização de uma solução aquosa de dióxido de enxofre (SO2) e ácido láctico a um dado pH e temperatura durante certos períodos de tempo. Os principais objectivos do processo de maceração são:
Libertar os grânulos na estrutura celular empacotada.
Isolar o amido com o mínimo de danos e pureza máxima
Reduzir ou inibir a actividade de microorganismos indesejáveis.
Após a maceração, os grãos são degerminados por moagem grossa, sendo estes separados por densidade, dado que o gérmen é menos denso devido aos seus elevados conteúdo de óleo. O restante material é moído novamente para libertar a maioria do amido que ficou e outros componentes. O amido pode ser separado dos outros componentes por centrifugação, baseado na diferença de densidade entre o amido e os outros componentes como as proteínas.
O isolamento do amido do arroz, comparado com o trigo e o milho, é mais difícil e portanto mais caro. O amido no endosperma do arroz encontra-se associado com proteínas que ocorrem como corpos proteico I e II (PBI e PBII). (Adoracion, P.R.,et al 1993).
A PBI é uma prolamina, contabilizando 20% da proteina do arroz, enquanto a PBII é uma glutelina, contabilizando 60% da proteína total. Ambas as proteínas são hidrofóbicas e resistem ao inchamento em água a pH neutro. Além disso, a PBII encontra-se entrecruzada por pontes dissulfeto. (Juliano, 1984)
25 Material proteico não caracterizado está também localizado em pequenas bolsas rodeando os corpos proteicos bem como os grânulos de amido individuais. (Bechtel e Pomeranz, 1978)
Para além dos problemas associados às proteínas do arroz, os grânulos minúsculos do amido do arroz são lentos a sedimentar em água, resultando em perdas durante a separação e purificação.
O amido do arroz tem sido purificado do endosperma por diversos métodos: método alcalino, método de detergente e digestão com proteases. (Juliano, 1984, Maningat, e Juliano, 1979, Maningat, e Juliano, 1980, Morrison, et al 1984)
O método alcalino fornece amidos de elevada pureza. O método de detergente é também satisfatório na remoção de proteína e fibra do endosperma do arroz.
Para os amidos de tubérculos, tais como o amido de batata, o principal processo de extracção envolve a imersão do tubérculo, desintegração e centrifugação.
A imersão é realizada numa solução aquosa contendo bissulfito de sódio a pH controlo para evitar reacções bioquímicas tais como a descoloração dos tubérculos. A desintegração e centrifugação são utilizadas para separar o amido dos outros componentes.
Os grânulos de amido não estão uniformemente distribuídos nas paredes celulares dos tubérculos. Eles podem ser libertados dos tubérculos por ruptura das paredes celulares. Isto é realizado durante a desintegração dos tubérculos.
O amido pode ser purificado por lavagem, sedimentação e centrifugação. Este pode ser seco, quimicamente modificado ou enzimaticamente hidrolisado para a produção de novos produtos (derivados do amido) e para melhorar as suas propriedades funcionais
O isolamento do amido a partir das sementes de legumes é difícil devido a presença de proteína insolúvel e floculento e fibra fina, que diminui a sedimentação e co-assenta com o amido originando um depósito acastanhado. (Hoover, e Sosulski, 1985)
O amido de legumes é isolado por técnicas aquosas como também por “pin
milling” e classificação por corrente de ar. (Reichert e Youngs, 1978)
O processo de purificação do amido, se não realizado com precaução pode levar a alterações significativas na estrutura e propriedades dos grânulos de amido isolados, como por exemplo o tratamento térmico dos grânulos de amido a humidade relativa
26 baixa e elevada temperatura, ou em excesso de água a baixas temperaturas por períodos de tempo prolongados (i.e. anelamento).
O anelamento (do inglês annealing), de acordo com a definição de Jacobs e Delcour (1996), é um tratamento físico no qual o amido em excesso de água ou em teor de água intermediário (40% p/p) é exposto durante certo período de tempo, a temperatura superior à de transição vítrea, mas inferior à sua temperatura de gelatinização.
O tratamento de anelamento altera a cristalinidade molecular dos grânulos, provocando um aumento das propriedades de viscosidade o que resulta numa alteração no perfil de fusão no DSC do amido. (Wischmann e Nissen, 2002)
Em todos os processos de isolamento do amido os grânulos são embebidos e lavados com água durante um determinado período de tempo logo existe um risco dos grânulos de amido sofrerem anelamento é portanto importante ter em consideração.
1.3-Enquadramento do Trabalho e Objectivos:
O amido é um dos componentes mais abundantes das castanhas. A forma e as propriedades funcionais do amido variam amplamente entre e dentro da mesma espécie botânica, o que resulta em amidos com propriedades diferenciadas mas que podem também causar problemas de processamento devido a inconsistências no material de partida. Para além disso as suas propriedades dependem também da sua interacção com outros constituintes, particularmente água e lípidos.
Ter a capacidade de prever a funcionalidade a partir do conhecimento da sua estrutura, e explicar de que forma o amido interacciona com os outros principais constituintes alimentares permanece um desafio. A amilose influencia o empacotamento da amilopectina em cristalitos e a organização da lamela cristalina dentro dos grânulos, o que é importante para as propriedades relacionadas com a absorção de água. As propriedades térmicas e formação de gel parecem estar relacionadas tanto pelo conteúdo de amilose como pela arquitectura da amilopectina. Enquanto o conteúdo de amilose tem provavelmente um peso importante nas propriedades funcionais do amido, variações subtis na arquitectura molecular da amilopectina introduzem incertezas nas previsões das propriedades funcionais apenas a partir do conteúdo de amilose.
27 A capacidade de relacionar a estrutura dos grânulos de amido com a adequabilidade para um dado processamento alimentar ou a sua qualidade nutricional depende não apenas do nosso conhecimento dos factores genéticos e ambientais que controlam a biossíntese do amido, que por sua vez afectam a morfologia dos grânulos de amido, mas também de que forma o material é processado.
Investigações recentes utilizando populações geneticamente diversas de variedades de trigo mostraram que os amidos podem ser quimicamente semelhantes, mas podem apresentar propriedades funcionais significativamente diferentes.
No entanto de forma a poder relacionar a sua estrutura com o seu comportamento nos alimentos é necessário que o amido seja isolado destes com a menor alteração possível na sua estrutura. O método de isolamento do amido dos alimentos é importante para a sua composição química e funcionalidade. Vários estudos têm demonstrado a influência do método de isolamento na composição química e propriedades funcionais dos amidos isolados de diversas fontes botânicas. Dos vários métodos recentemente descritos para o isolamento do amido da castanha e utilizados para a sua caracterização química e funcional envolvem métodos de isolamento alcalinos.
Utilizando soluções alcalinas com concentrações superiores a 0, 24% (p/v), isto é soluções de NaOH com concentrações molares superiores a 0,06 M, para o isolamento do amido do arroz, verificou-se um inchamento alcalino dos grânulos, resultando numa ruptura significativa da morfologia do grânulo associado com um decréscimo da cristalinidade e entalpia de gelatinização. (Cardoso M. B., et al 2007)
A forma cristalina do tipo B parece ser mais afectada com o tratamento alcalino que a forma cristalina do tipo A. (Roberta C. S. Thys, et al 2008)
Além disso o pre-tratmento da amostra tem uma influência decisiva nas características do amido isolado. O aquecimento dos grânulos de amido de batata com uma percentagem de humidade entre os 52-59% durante 15 min a 61ºC provocou uma perda de cristalinidade entre 70 a 20%, respectivamente (H. F. ZOBEL, et al 1988), tendo sido observado uma perda de 20% de cristalinidade quando o amido de batata com uma percentagem de humidade de 49% foi aquecido a 60ºC durante 15 min. (Erik Svensson e Ann-Charlotte Eliasson 1995)
Um outro factor a ter em conta durante o processo de purificação do amido é o efeito do anelamento. O anelamento pode provocar alterações drásticas nas características de gelatinização.
28 Como resultado do anelamento dos grânulos de amido, a temperatura de gelatinização é aumentada, a gama de temperaturas de gelatinização são diminuídas e a entalpia de gelatinização é aumentada.
O anelamento não provoca alterações nos padrões de raios-X. Possiveis explicações para este fenómeno de anelamento incluem:
(i) Crescimento e aperfeiçoamento dos cristalitos
(ii) Alterações das forças de ligação entre e cristalitos e da matriz amorfa. O anelamento também afecta as características de formação de pastas, observando-se um aumento da temperatura de início do processo de gelatinização, menor viscosidade de pico e aumento da viscosidade das pastas de amido após arrefecimento.
O processo de anelamento pode ocorrer mesmo à temperatura ambiente (25ºC), embora de forma bastante limitada, mas aumentando claramente com a temperatura, o tempo do processo e a quantidade de água. (R. F. Tester, et al 1998)
O objectivo deste trabalho foi o desenvolvimento de um método de isolamento do amido de castanha utilizando condições suaves para minimizar as alterações na sua composição química e propriedades funcionais de forma a se comparar a estrutura e funcionalidade do amido isolado de quatro variedades de castanha, nomeadamente Longal, Martaínha, Lada e Judia.
A caracterização estrutural do amido e a sua relação com as propriedades funcionais do mesmo, ajudará a compreender o comportamento das diferentes variedades de castanha quando processadas quer para consumo humano (processo de cozimento e processo de assamento), bem como a nível industrial para o seu processamento para a produção de marron glacé, o qual envolve tecnologicamente o processamento térmico das castanhas.
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30 2.1-Extracção e Purificação do Amido das Castanhas
Para a extracção e purificação do amido das castanhas utilizaram-se castanhas de 4 variedades, Longal, Martaínha, Lada e Judia.
As castanhas foram descascadas, despeladas, cortada em quatro e liofilizadas. Após liofilização as castanhas foram moídas num moinho de café para obter a farinha de castanha. A farinha de castanha (25g) foi misturada com 250 mL de uma solução aquosa de bissulfito de sódio (25 mM) e deixado a humedecer a farinha durante 1h à temperatura ambiente. Após este período a farinha foi homogeneizada no liquidificador de Waring durante 3 minutos à potência máxima. A mistura foi transferida para um copo de decantação, e deixada a sedimentar, tendo-se observado a formação de duas camadas com coloração distinta, uma branca que depositou na parte inferior e uma castanha que depositou na parte superior. O líquido foi separado por decantação e a camada castanha foi removida por raspagem cuidada. O amido foi purificado por decantações sucessivas após ressuspensão em 250 mL de água (8 vezes). Após purificação o amido foi filtrado num kitasato com um funil de buckner através de uma gaze, tendo sido o material lavado com 250 mL de etanol a 95%. O material foi seco à temperatura ambiente. O material obtido foi posteriormente moído num almofariz e peneirada através de um peneiro com um crivo de 0,108 mm.
2.2- Caracterização Química do Amido Isolado e Purificado da Castanha.
O amido isolado e purificado a partir das diferentes variedades de castanha após secagem em estufa foi caracterizado quimicamente relativamente ao seu teor em humidade, amilose, proteína e fósforo.
