MARCELLA APARECIDA STAHL
“ESTRUTURAÇÃO DE SISTEMAS LIPÍDICOS COM
HARDFATS E MONOESTEARATO DE SORBITANA PARA
OBTENÇÃO DE GORDURAS ZERO TRANS COM TEORES
REDUZIDOS DE ÁCIDOS GRAXOS SATURADOS”
“LIPID SYSTEMS STRUCTURED WITH HARDFATS AND
SORBITAN MONOSTEARATE FOR OBTAINING ZERO
TRANS FATS WITH REDUCED LEVELS OF SATURATED
FATTY ACIDS”
Limeira 2015
MARCELLA APARECIDA STAHL
“ESTRUTURAÇÃO DE SISTEMAS LIPÍDICOS COM
HARDFATS E MONOESTEARATO DE SORBITANA PARA
OBTENÇÃO DE GORDURAS ZERO
REDUZIDOS DE ÁCIDOS GRAXOS SATURADOS
“LIPID SYSTEMS STRUCTURED WITH HARDFATS AND
SORBITAN MONOSTEARATE FOR OBTAINING ZERO
TRANS FATS WITH REDUCED LEVELS OF SATURATED
Orientador(a): Prof(a). Dr(a). Ana Paula Badan Ribeiro ESTE EXEMPLAR CORRESPONDE À VERSÃO FINAL DISSERTAÇÃO/TESE DEFENDIDA PELA ALUNA Marcella Aparecida Stahl, E ORIENTADA PELA PROF(A). DR(A). Ana Paula Badan Ribeiro
_______________________________________ (assinatura do(a) orientador(a))
MARCELLA APARECIDA STAHL
ESTRUTURAÇÃO DE SISTEMAS LIPÍDICOS COM
E MONOESTEARATO DE SORBITANA PARA
OBTENÇÃO DE GORDURAS ZERO TRANS COM TEORES
REDUZIDOS DE ÁCIDOS GRAXOS SATURADOS
“LIPID SYSTEMS STRUCTURED WITH HARDFATS AND
SORBITAN MONOSTEARATE FOR OBTAINING ZERO
WITH REDUCED LEVELS OF SATURATED
FATTY ACIDS”
Dissertação apresentada a Faculdade de Ciências Aplicadas para obtenção do Título de Mestra em Ciências da Nutrição e do Esporte e Metabolismo na área de concentração Nu
Dissertation presented to the Faculty of Applied Sciences to obtain the Master's degree in Nutritional Sciences and Sports and Metabolism, area of concentration:
Orientador(a): Prof(a). Dr(a). Ana Paula Badan Ribeiro ESPONDE À VERSÃO FINAL DISSERTAÇÃO/TESE DEFENDIDA PELA ALUNA Marcella Aparecida Stahl, E ORIENTADA PELA PROF(A). DR(A). Ana Paula Badan Ribeiro
_______________________________________ (assinatura do(a) orientador(a))
Limeira 2015
MARCELLA APARECIDA STAHL
ESTRUTURAÇÃO DE SISTEMAS LIPÍDICOS COM
E MONOESTEARATO DE SORBITANA PARA
COM TEORES
REDUZIDOS DE ÁCIDOS GRAXOS SATURADOS”
“LIPID SYSTEMS STRUCTURED WITH HARDFATS AND
SORBITAN MONOSTEARATE FOR OBTAINING ZERO
WITH REDUCED LEVELS OF SATURATED
Dissertação apresentada a Faculdade de Ciências Aplicadas para obtenção do Título de em Ciências da Nutrição e do Esporte e Metabolismo na área de concentração Nutrição. Dissertation presented to the Faculty of Applied Sciences to obtain the Master's degree in Nutritional Sciences and Sports and Metabolism, area of concentration: Nutrition sciences
Agradecimentos
Agradeço primeiramente a Deus, pela vida e oportunidades, pela proteção e que sempre abençoe e guie meus caminhos.
Aos meus pais Valéria e Marcelo, por serem meu alicerce, meu porto seguro, por serem simplesmente os melhores pais do mundo. Que sorte a minha ser filha de vocês.
Ao meu irmão João Marcello, que me alegra com suas travessuras e doçuras de criança.
À minha querida orientadora Professora Dra. Ana Paula, pelo incentivo, ensinamentos, atenção, dedicação e paciência doada durante todo tempo! Obrigada pelas palavras de conforto e confiança, que orgulho ser sua primeira aluna de mestrado!
Ao meu sempre chefe Dr. Renato Grimaldi, pelos onze anos juntos de caminhada, aprendizado e amizade. Que venham muitos anos pela frente. Você é um grande responsável pelo meu crescimento profissional e pessoal.
Aos meus queridos amigos, no afeto, amor, carinho, cumplicidade e amizade sem preço.
Aos colegas do Laboratório de Óleos e Gorduras (FEA-Unicamp), pela ajuda, apoio e palavras de conforto oferecidas.
Às amigas do mestrado, pelos auxílios e dificuldades compartilhadas, alem dos momentos de alegrias e risadas. E também aos professores e funcionários da FCA por fazerem desta faculdade um lugar adorável.
À FAEPEX, pela bolsa PAPDIC (Auxílio à Pesquisa para Docentes em Início de Carreira) concedida.
Resumo
Os lipídios são importantes componentes nos alimentos e sua qualidade está diretamente associada à aspectos de saúde. O excesso do consumo de ácidos graxos trans e saturados tem sido progressivamente relacionado ao risco de desenvolvimento de doenças cardiovasculares. Em contrapartida, estudos demonstram que a substituição de ácidos graxos trans e saturados por ácidos graxos insaturados ajudam a minimizar o risco desses problemas. Países ocidentais têm como principais constituintes de sua dieta, os ácidos graxos ômega 6. No entanto, é necessário aumentar a razão entre ômega 6:ômega 3, uma vez que estes últimos convertem-se em ácido eicosapentaenóico (EPA) e ácido docosaexaenóico (DHA) gerando efeitos benéficos ao organismo. Por sua vez, dietas ricas em ácido oleico (principal representante dos ácidos graxos ômega 9), a exemplo da dieta mediterrânea, tem revelado o efeito protetor deste ácido graxo contra riscos de doenças cardiovasculares. Em vista da necessidade de inserção de ácidos graxos insaturados em substituição ou redução de ácidos graxos deletérios, a ciência de lipídios tem como um de seus principais focos a estruturação de óleos comestíveis para obtenção de bases lipídicas com características técnicas de aplicação industrial e qualidade nutricional superior, em resposta às legislações que trazem melhorias e informações ao consumidor. Este trabalho teve como objetivo a obtenção de bases gordurosas zero trans com teor reduzido de ácidos graxos saturados e com maior concentração de ácidos graxos insaturados. O óleo de palma foi utilizado como referência de base lipídica zero trans. Diferentes proporções de óleo de linhaça (ou óleo de girassol alto oleico) foram adicionadas ao óleo de palma, obtendo-se as misturas 100:0; 80:20; 60:40; 40:60; 20:80 e 100:0 (m/m%), respectivamente. As misturas foram adicionadas de óleo de soja totalmente hidrogenado (ou óleo de crambe totalmente hidrogenado) e monoestearato de sorbitana (SMS), como agentes estruturantes, ambos na proporção de 3%, formando as frações estruturadas. As misturas controle e estruturadas foram avaliadas segundo a composição em ácidos graxos, perfis de sólidos, consistência, cinética de cristalização, comportamento térmico, microestrutura e polimorfismo. Os estruturantes ofereceram resistência térmica às misturas, com modificações expressivas na cinética de cristalização e microestrutura, afetando características macroscópicas, como o aumento de consistência. Foi possível a obtenção de formulações lipídicas com características de plasticidade e qualidade nutricional diferenciadas, compatíveis à diversas aplicações alimentícias.
Abstract
Lipids are important components in food and and its quality is directly associated with health aspects. Excessive consumption of trans and saturated fatty acids has been progressively related to the risk of developing cardiovascular diseases. On the other hand, studies have shown that the substitution of trans fatty acids and saturated by unsaturated fatty acids help to minimize the risk of these problems. Western countries have the ômega 6 fatty acids as the main constituents of their diet. However, it is necessary to increase the omega 6: ômega 3 fatty ratio in the diet, since the latter are converted into eicosapentaenoic acid (EPA) and docosahexaenoic acid (DHA) promoting beneficial health effects. In turn, diets high in oleic acid (main representative of omega 9 fatty acids), such as the Mediterranean diet, has revealed the protective effect of this fatty acid against cardiovascular disease risks. In this approach, science has the structuring of edible oils as one of its main focuses with technical features for industrial applications and better nutritional quality in response to legislation that provide reliable information to consumers. This study aimed to obtain zero trans fatty bases with reduced content of saturated fatty acids, and with a high concentration of unsaturated fatty acids. Palm oil was used as a zero trans fat standard. Different ratios of linseed oil (or high oleic sunflower oil) were added to palm oil to obtain the blends 100: 0; 80:20; 60:40; 40:60; 20:80 to 100: 0 (w / w%), respectively. Fully hydrogenated soybean oil (or fully hydrogenated crambe oil), as a crystallization modifier agent and sorbitana monostearate (SMS), as a structuring agent, both in the proportion of 3%, was added to the blends, characterizing the structured blends. Control and structured blends were evaluated according to the fatty acid composition, solid profiles, consistency, crystallization kinetics, thermal behavior, microstructure and polymorphism. The structuring agentes promoted increase in the thermal resistance of the blends, with significant changes in the crystallization kinetics and microstructure, affecting macroscopic characteristics, such as increased consistency. It was possible obtaining lipid formulations with plasticity characteristics and differentiated nutritional composition, compatible to various food applications.
Índice
1. Apresentação do trabalho ... 9
2. Introdução ... 11
2.1 Lipídios ... 11
2.2 Ácidos graxos ômegas ... 14
2.1.1 Ácidos graxos ômega 3 e ômega 6 ... 14
2.1.2 Ácidos graxos ômega 9 ... 16
2.3 Aspectos nutricionais dos lipídios ... 17
2.4 Óleo de Palma ... 18
2.5 Óleo de Linhaça ... 20
2.6 Óleo de Girassol Alto Oleico ... 20
2.7 Hardfats ... 21
2.7.1 Hardfat de óleo de soja ... 22
2.7.2 Hardfat de óleo de crambe ... 22
2.8 Processos de modificação lipídica ... 23
2.8.1 Mistura ... 25
2.9 Cristalização ... 25
2.10 Métodos Instrumentais ... 27
2.11 Estruturantes ... 30
2.12 Composição de misturas lipídicas ... 35
3. Objetivos ... 38
4. Capítulo I: Sistemas lipídicos low sat enriquecidos em ácido α-linolênico: propriedades físico-químicas e características de cristalização ... 39
5. Capítulo II: Estruturação de sistemas lipídicos com hardfat de crambe e monoestearato de sorbitana para obtenção de gorduras zero trans/low sat ... 74
6. Discussão e Conclusão ... 100
1. Apresentação do trabalho
Este trabalho compreende a formulação de bases lipídicas para fins alimentícios, visando o desenvolvimento de sistemas estruturados zero trans com redução dos teores de ácidos graxos saturados. Como sistema preliminar, avaliou-se o processo de estruturação lipídica a partir do uso de monoestearato de sorbitana e óleo de canola totalmente hidrogenado, confirmando a eficácia da combinação destes agentes para estruturação de novas matrizes gordurosas e de qualidade nutricional superior.
O conteúdo deste documento é organizado com a apresentação inicial de uma revisão bibliográfica para contextualização do tema; seguida pelos objetivos gerais e dois artigos científicos, separados por capítulos.
O primeiro artigo compreende o sistema 1, formado por mistura de óleo de palma com óleo de linhaça em diferentes proporções; e estruturados com monoestearato de sorbitana e óleo de soja totalmente hidrogenado. O segundo artigo refere-se ao sistema 2, formado por mistura de óleo de palma com óleo de girassol alto oleico, em diversas proporções; e estruturados com monoestearato de sorbitana e óleo de crambe totalmente hidrogenado.
Ambos possuem o óleo de palma como referência de base lipídica zero transpor sua ampla aplicação em alimentos e funcionalidade tecnológica. O óleo de linhaça foi escolhido pelo seu alto teor de ácidos graxos poli-insaturados, em especial o ácido linolênico, pertencente à família dos ácidos graxos ômega 3, comprovadamente benéficos à saúde. O óleo de girassol alto oleico foi selecionado por sua alta quantidade de ácido oleico que, assim como o ácido linolênico, tem se mostrado como protetores de riscos de doenças crônicas e, além disso, apresenta alta estabilidade oxidativa.
Quanto aos agentes estruturantes utilizados, o monoestearato de sorbitana foi empregado como potencial agente gelificante via mecanismo de auto-montagem. Em relação aos hardfats, o uso do óleo de soja totalmente hidrogenado é justificado por sua composição majoritária em ácido esteárico que apresenta efeito neutro sobre o metabolismo; enquanto o uso de óleo de crambe totalmente hidrogenado deve-se à sua possível absorção parcial pelo organismo. A diferenciação nos óleos vegetais e hardfats dos sistemas explica-se pelo aumento
de possibilidades de formulações, bem como avaliação de compostos lipídicos com diferentes características e tamanhos de cadeias.
2. Introdução 2.1. Lipídios
Os lipídios compreendem um amplo grupo de compostos químicos diversos, insolúveis em água e solúveis em solventes orgânicos (Damodaran et al., 2008). São importantes componentes dos alimentos, pois contribuem com propriedades nutricionais e características únicas de sabor e textura. Porém, ao mesmo tempo em que realçam a qualidade de um produto, a degradação dos lipídios compromete a aceitação de produtos alimentícios (Lima et al., 2002).
Lipídios são referenciados como óleos e gorduras, de acordo com seu estado físico em temperatura ambiente: os óleos usualmente apresentam-se na forma líquida e as gorduras na forma sólida. A composição e quantidade total de lipídios nos alimentos variam de acordo com o produto (Damodaran et al., 2008).
Óleos e gorduras são formados basicamente por uma mistura de triacilgliceróis mistos, conhecida como fração saponificável, compreendendo aproximadamente 97% de sua composição. Quantidades mínimas referem-se aos compostos que constituem a fração insaponificável, incluindo os esteróis, hidrocarbonetos, álcoois graxos, tocoferóis e pigmentos, que pode ser extraída com solventes orgânicos após saponificação da gordura (Giolielli, 1996; Regitano-D’arce, 2006). Óleos vegetais brutos contêm aproximadamente 2% de fração insaponificável, enquanto a gordura animal contém quantidade inferior a 1%. As propriedades físicas dos óleos e gorduras naturais variam amplamente devido às diferentes proporções de ácidos graxos e diversidade de estruturas triacilglicerólicas, únicas para cada óleo ou gordura (O’Brien, 2009). Os triacilgliceróis são formados pela esterificação completa de uma molécula de glicerol com ácidos graxos, como apresentado na Figura 1, sendo estes últimos os principais componentes dos óleos e gorduras.
Figura 1: Reação de esterificação entre o glicerol e ácidos graxos formando um triacilglicerol (Scrimgeour, 2005).
Os ácidos graxos contêm uma cadeia alifática e um grupo ácido carboxílico. Grande parte dos ácidos graxos que ocorrem naturalmente possui número par de carbonos em uma cadeia não substituída, apresentando entre 14 e 24 carbonos. Ocorrrem exceções com número ímpar de carbonos, cadeias ramificadas e ácidos graxos com menos de 14 carbonos como, por exemplo, em microrganismos, gordura do leite e alguns óleos tropicais (Damodaran et al., 2008; O’Brien, 2009).
Quanto à presença de duplas ligações, os ácidos graxos são classificados em saturados e insaturados. Nos ácidos graxos saturados não ocorrem duplas ligações e entre os predominantes nos óleos e gorduras estão ácido láurico (C12:0), mirístico (C14:0), palmítico (C16:0) e esteárico (C18:0). Os ácidos graxos insaturados apresentam duplas ligações e quanto ao numero de insaturações, pode-se ainda denominar os ácidos graxos como monoinsaturados (monounsaturated fatty acid - MUFA), sendo o ácido oleico (AO) o mais importante, apresentando cadeia com 18 átomos de carbonos e uma dupla ligação no carbono 9 contado à partir da carboxila (C18:1); e poliinsaturados (polyunsaturated fatty acid - PUFA), que apresentam duas ou mais duplas ligações, especialmente o ácido linoleico (AL), com 18 átomos de carbono e duas duplas ligações, nas posições 9 e 12 (C18:2), ácido linolênico (ALA), com 18 carbonos e três duplas ligações, nas posições 9, 12 e 15 (C18:3), ácido eicosapentaenóico (eicosapentaenoicacid - EPA), que possui 20 carbonos em sua cadeia com duplas ligações nas posições 5, 8, 11, 14 e 17 (C20:5) e ácido docosaexaenóico (docosahexaenoicacid - DHA), que apresenta 22 carbonos em sua cadeia, com duplas ligações nas posições 4, 7, 10, 13, 16 e 19 (C22:5). Portanto, os ácidos graxos diferem entre si conforme o número de carbonos da cadeia, presença de insaturação, número e posição das insaturações (Gioielli, 1996; Scrimgeour, 2005; Reginato-D’Arce, 2006; Damodaran et al., 2008; O’Brien, 2009).
A configuração natural dos ácidos graxos insaturados é a configuração cis. Nesta configuração, os átomos de carbono da cadeia alifática estão do mesmo lado da dupla ligação. Já a configuração trans apresenta os átomos de carbono de lados opostos com respeito à dupla ligação, apresentando configuração semelhante aos ácidos graxos saturados (Damodaran et al, 2008). Todas essas configurações estão representadas na Figura 2:
Figura 2: Representação de ácidos graxos insaturados nas formas cis e trans e de ácido graxo saturado (Damodaran et al, 2008).
A presença de duplas ligações influencia o ponto de fusão dos ácidos graxos. A configuração cis faz com que o ácido graxo se organize espacialmente com uma torção na molécula, e na configuração trans, o ácido graxo apresenta-se com configuração linear, semelhante a um ácido graxo saturado. Os isômeros trans são geralmente formados durante reações químicas, como hidrogenação parcial ou isomerização; também podem ocorrer naturalmente, em quantidade mínimas, em produtos derivados da carne e leite de animais ruminantes. A conformação trans produz uma estrutura termodinamicamente mais estável que sua forma cis correspondente (Scrimgeour, 2005; Bertolino et al, 2006).
As variações dos diferentes ácidos graxos naturais encontrados não variam somente nas espécies animais e vegetais, mas também dentro das mesmas espécies. Dentre os fatores que podem afetar a composição de ácidos graxos de um óleo vegetal estão condições climáticas, tipo de solo, estação de crescimento, maturidade da planta, saúde da planta, condições microbiológicas e variações genéticas. No caso da gordura animal, a composição dos ácidos graxos pode variar de acordo com a espécie, dieta, saúde, localização da gordura e maturidade. O uso de modificações genéticas vem sendo utilizada como técnicas para aumentar o rendimento e também modificar a qualidade de óleos e gorduras para o consumo humano e oleoquímica (O’Brien, 2009).
2.2. Ácidos graxos ômegas
O termo “ômega” aplicado à nomenclatura dos ácidos graxos refere-se à posição da dupla ligação do ácido graxo mais próximo da extremidade metil da molécula. Sendo assim, as famílias de ácidos graxos ômega 3 apresentam sua terceira dupla ligação no terceiro carbono, enumerado a partir da terminação metil; ômega 6 apresentam ácidos graxos com a segunda dupla ligação no sexto carbono e ômega 9 com insaturação no nono carbono, separadas por um carbono metilênico (Asif, 2011).
2.2.1. Ácidos graxos ômega 3 e ômega 6
Os ácidos graxos da família ômega 3 são sintetizados a partir do ácido linolênico, enquanto os da família ômega 6 são provenientes do ácido linoleico (Gunstone et al., 2007). O ácido linoleico e linolênico são considerados essenciais, uma vez que não podem ser sintetizados pelos humanos e animais, sendo necessário seu aporte através da dieta (Souza et al.,2007).
O acido linoleico converte-se em ácido araquidônico, e por sua vez, o ácido linolênico converte-se nos ácidos graxos EPA e DHA. Todos esses produtos de conversão transformam-se em metabólitos que geram efeitos biológicos distintos no organismo (Barbosa et al., 2007).
O ácido araquidônico gera eicosanóides denominados prostaglandinas da série 2 e leucotrienos da série 4, enquanto o EPA gera eicosanoides denominados prostaglandinas da série 3 e leucotrienos da série 5 (Suárez et al., 2002). Os mediadores químicos da série par (2 e 4) desempenham efeitos biológicos alérgicos e inflamatórios, lesão tecidual, além de agregação plaquetária. Já os mediadores da série ímpar (3 e 5) destacam-se por suas propriedades antiinflamatórias, antitrombogênicas e hipotrigliceridêmicas (Barbosa, et al., 2007; Novello et al., 2010). Sendo assim, um apresenta efeitos antagônicos em relação ao outro. A Figura 3 apresenta esquematicamente as conversões supramencionadas:
Figura 3: Conversão dos ácidos graxos essenciais das series ômega-3 e 6 com seus metabólitos (Barbosa et al, 2007).
Consequentemente, o consumo adequado dos ácidos graxos ômega 3, principalmente dos ácidos graxos EPA e DHA, apresenta efeito benéfico para a saúde, além de desempenhar papel importante no cérebro e tecidos nervosos. Na dieta, os alimentos que contribuem substancialmente para uma maior ingestão desses ácidos graxos são os peixes e outros produtos marinhos. Entretanto, como o consumo de tais alimentos mostra-se muito reduzido, há uma preocupação e uma necessidade de enriquecer alimentos com ácidos graxos ômega 3, para que se aumente sua disponibilidade na dieta e se obtenha maior contribuição funcional (Hooper et al., 2006; Kromhout et al., 2010; Rodrigues, 2011; Kris-Etherton et al., 2012).
O acido linolênico também pertence ao grupo dos ácidos graxos ômega 3. Os seres humanos não possuem enzimas capazes de sintetizar o ALA, contudo, o organismo é capaz de converter ácido linolênico em EPA e DHA. Desta maneira, o ácido linolênico, mesmo que menos eficiente em termos nutricionais, é essencial para que se converta em EPA e DHA, que são os dois ácidos graxos ômega 3 mais utilizados pelo organismo (Mcmanus et al., 2011).
O metabolismo dos ácidos graxos ômega 3 depende, entre outros, de ácidos graxos ômega 6, devido a competição pelas mesmas enzimas (desaturases e elongases) e sistemas de transporte envolvidos no processo (Brenna et al., 2009).
A taxa de conversão de ALA para DHA e EPA é muito baixa em humanos e diminui conforme o aumento de AL. Nos estudos de Pawlosky et al., (2008), a eficiência da taxa de conversão de ALA em EPA foi de 0,2% e aproximadamente 37% deste EPA era acessível para produção de DHA. Porém, a extensão da conversão e se a idade ou estado fisiológico afetam este processo, ainda são questões pouco conhecidas (Martins et. al, 2008). Entretanto, sabe-se que a conversão está totalmente relacionada com a quantidade de ácido linoleico ingerido (Kris-Etherton, et al., 2000; Suárez, et al., 2002). Este fato explica-se pela preferência das enzimas desaturases pelos ácidos graxos ômega 3 (Figura 4). Mesmo que os ácidos graxos ômega 3 mostrem-se mais eficientes em inibir ômega 6, o excesso de PUFA ômega 6 pode inibir o metabolismo do PUFA ômega 3 (Souza et al., 2007). A biossíntese do DHA também pode ser prejudicada em estados de doença, em fumantes, envelhecimento, elevado consumo de ácidos graxos saturados e consumo de álcool (Brenna et al., 2009).
Figura 4: Competição entre ácidos graxos ômega 3 e ômega 6 pelas enzimas (E) elongases e desaturases para a formação de EPA, DHA e AA (Souza et al., 2007).
2.2.2. Ácidos graxos Omega 9
Os ácidos graxos ômega 9 são considerados condicionalmente essenciais, ou seja, na presença de outro ácido graxo na dieta, pode ser produzido pelo organismo. No entanto, também pode ser consumido ou suplementado, e é especialmente representado pelo ácido oleico, predominante entre os ácidos graxos monoinsaturados (Asif, 2011).
O ácido oleico representa o maior consumo de dietas de regiões mediterrâneas, e estudos revelaram que sua ingestão melhora a proteção contra doenças coronárias, mediante atuação como antitrombótico, hipocolesterolêmico e diminuindo os níveis do colesterol ruim (lowdensitylipoproteins – LDL-colesterol)
suscetíveis à oxidação (Willett et al., 1995; Nagaraju e Lokesh, 2007; Smith et al, 2007; Téres et al, 2008; Estruch et al, 2013).
Não é definida a ingestão desejável de ácidos graxos monoinsaturados, porém a razão entre ácido oleico e ácido linoleico de 1:1 a 1:3 estima-se ser faixa de consumo saudável (Grundy, 1997). Outro ponto importante da presença de ácido oleico em alimentos está relacionado ao aumento da capacidade de resistência a deterioração por oxidação, aumentando assim a vida de prateleira dos produtos (O’Keefe et al, 1993; Smith et al, 2007).
2.3. Aspectos nutricionais dos lipídios
A nutrição humana tem sido uma das grandes preocupações nas ultimas décadas. Gorduras e óleos comestíveis possuem tanto ácidos graxos saturados e insaturados (Hayakawa et al, 2000).
A qualidade dos lipídios na dieta humana está diretamente relacionada com o risco de desenvolvimento de doenças crônicas. Tanto o consumo de ácidos graxos trans quanto o de ácidos graxos saturados contribuem para esses fatores (Hu et al., 1997; Ascherio et al., 1999; Bertolino, et al., 2006).
Sucessivos estudos demonstraram os impactos negativos causados pelo consumo de ácidos graxos trans, associados ao aumento do colesterol ruim (lowdensitylipoproteins LDL-colesterol) e redução do bom colesterol (highdensitylipoproteins- HDL-colesterol), com aumento da relação LDL/HDL e elevação das concentrações plasmáticas de triacilgliceróis, que representa grande fator de riscos para doenças coronárias (Bertolino et al, 2006).
Em resposta à estas questões, a indústria de alimentos tem buscado alternativas para substituição dos ácidos graxos trans, através do desenvolvimento de formulações que se caracterizem por funcionalidade equivalente à gordura trans, economicamente viáveis e que não tragam prejuízos para a saúde (Hunter, 2005; Dhaka et al., 2011; Garcia et al., 2013).
Atualmente, a recomendação das dietas é de substituir gorduras saturadas por ácidos graxos ômega 6, de forma a promover uma mudança significativa no consumo de ácidos graxos poliinsaturados. Essa substituição explica-se pelo fato de que os ácidos graxos saturados acarretam o aumento do nível de colesterol sérico, associada às comprovações benéficas do consumo de ácidos
graxos poliinsaturados, uma vez que estes reduzem agregações de plaquetas e triglicérides, reduzindo assim o risco de problemas coronários (Kinsella et al., 1990; Novello et al., 2010).
Os países ocidentais apresentam atualmente, como principais constituintes da dieta, os ácidos graxos ômega 6, em especial o ácido linoleico e o ácido araquidônico devido à crescente ingestão de óleos vegetais, como por exemplo os óleos de soja, girassol e canola, entre outros (Brenna et al., 2009).
Esse crescimento do consumo de óleos vegetais teve início com a Revolução Agrícola, com consequente aumento do consumo de ácidos graxos poliinsaturados ômega 6 e diminuição do consumo de ácidos graxos ômega 3 (Simopoulos, 2002). A razão de consumo, que deveria ser de 1:1 a 4:1 ômega 6: ômega 3, atualmente aproxima-se de 20-30:1 (Barbosa et al., 2007, Asif, 2011).
A carne também participa dos alimentos que contribuem, em menor quantidade, para a ingestão de ácido graxos ômega 3, considerando que seu consumo é superior ao consumo de peixes e outros produtos marinhos (Meyer, 2011). Porém, com o avanço do Agronegócio, a domesticação de animais também colaborou para a diminuição do consumo desses ácidos graxos, pois os animais domésticos são alimentados em sua maior parte com grãos ricos em ácidos graxos ômega 6 (Simopoulos, 2002).
Por outro lado, a dieta Mediterrânea está associada à boa saúde. A principal característica lipídica desta dieta é a utilização de produtos ricos em ácidos graxos monoinsaturados, uma vez que se são considerados antitrombóticos em relação aos ácidos graxos saturados, além dos benefícios de prevenção de oxidação e redução de riscos coronários já citados anteriormente (Willett et al, 1995; Allman-Farinelli et al, 2005).
2.4. Óleo de Palma
O óleo de palma é extraído da polpa do fruto da palmeira oleaginosa Elaeis guineenses, da família das Arecaceae. Da semente, é extraído o óleo de palmiste. O óleo de palma tem aproximadamente 90% de seu uso em indústrias alimentícias, sendo o restante para outras finalidades, principalmente na indústria oleoquímica (O’Brien, 2009; Mba et al, 2015).
Possui um perfil lipídico característico, com aproximadamente 50% de ácidos graxos saturados e 50% de ácidos graxos insaturados, conforme Tabela 1, conferindo ao óleo alta estabilidade oxidativa e consistência semi-sólida à temperatura ambiente. A presença de cerca de 6% de diacilgliceróis também constituiu outra característica particular deste óleo, que afeta negativamente suas propriedades gerais de cristalização (O’Brien, 2009).
Devido à composição peculiar em ácidos graxos do óleo de palma, pode-se obter, a partir desta matéria-prima, diversas frações lipídicas a partir de pode-seu fracionamento, separando-se a fase líquida, conhecida como oleína de palma, da fase sólida, denominada estearina de palma. Essas frações ampliam a utilização do óleo de palma nos alimentos, para uso em margarinas e gorduras vegetais em geral, proporcionando textura, consistência e estrutura aos produtos, como uma alternativa potencial de substituição dos ácidos graxos trans (Barison, 2005; Aini e Miskandar, 2007; Mba et al, 2015). Apesar de conter componentes com propriedades nutricionais e benéficas à saúde como os tocoferóis, e carotenóides, no caso do óleo bruto; o óleo de palma contem elevado teor de ácidos graxos saturados, que como constatado, podem induzir à problemas de saúde (O’Brien, 2009).
Tabela 1. Composição em ácidos graxos (%m/m) do óleo de palma.
Ácido Graxo (%) C 12:0 Láurico 0,2 C 14:0 Mirístico 0,7 C 16:0 Palmítico 42,0 C 16:1 Palmitoleico 0,2 C 18:0 Esteárico 5,0 C 18:1 Oleico 42,2 C 18:2 Linoleico 8,7 C 18:3 Linolênico 0,2 C 20:0 Araquídico 0,4 C 20:1 Gadoleico 0,2 C 22:0 Behênico 0,1 C 22:1 Erúcico - C 24:0 Lignocérico 0,1 Saturados 48,5 Insaturados 51,5 Referência: Corsini, et al, 2008
2.5. Óleo de Linhaça
A linhaça, derivado da semente de linho (Linum usitatissimum), pertencente à família Linaceae, apresenta em sua composição lipídica um teor elevado de ácido linolênico, exposto na Tabela 2. Dentre suas possibilidades de aproveitamento, tem sua utilidade comestível tanto no consumo humano quanto animal. É considerada um alimento funcional por ser uma fonte vegetal rica em ácido graxo ômega 3, lignanas, fibras e proteínas, porém de consumo restrito pela falta de hábito e carência de informações dos consumidores (Cordeiro et al., 2009).
A semente de linhaça, uma oleaginosa, possui aproximadamente 41% de óleo em sua composição, valor que pode ser alterado pelos métodos tradicionais de melhoramento de plantas e também pela geografia e condições de seu cultivo (Morris, 2007; Novello e Pollonio, 2011). A extração do óleo é realizada geralmente por prensagem a frio. Por possuir aproximadamente 57% de ácidos graxos poliinsaturados, o óleo proveniente da semente de linhaça é muito suscetível à oxidação na presença de ar atmosférico e por esse motivo, seu armazenamento deve ser em recipientes à prova de luz e refrigerados para evitar degradação (Fassina, 2011; Novello e Pollonio, 2011). Os teores de ácidos graxos ômega 3 são representados pelo ácido linolênico, compondo 40-60% do total de ácidos graxos. Em contrapartida, o elevado teor de ácidos graxos poliinsaturados perfaz apenas 16% de ácidos graxos ômega 6. Desta forma, verifica-se uma relação ômega 3/ômega 6 favorável de 1:0,3 como particularidade do óleo de linhaça (Novello e Pollonio, 2011).
2.6. Óleo de Girassol Alto Oleico
O óleo de girassol é obtido da semente da planta Helianthus annuus. Apresenta-se em terceiro lugar em relação ao consumo e produção dentre os óleos vegetais. O óleo de girassol convencional apresenta composição rica em ácido linoleico (60-70%), cerca de 20% de ácido oleico e quantidades inferiores a 0,3% de ácido linolênico (Gunstone, 2007; O’Brien, 2009, EMBRAPA, 2015).
Pela mutagênese química e reprodução seletiva de sementes, é possível a obtenção do óleo de girassol que difere-se pela composição em ácidos graxos, apresentando-se rico em ácido oleico. Geralmente, o óleo de girassol alto oleico,
apresenta entre 75 a 85% de ácido oleico e 8-10% de ácido linoleico (O’Brien, 2009). A composição em ácidos graxos deste óleo está apresentada na Tabela 2.
A modificação genética do girassol para a variedade alto oleico promove o aumento de sua estabilidade oxidativa, caracterizando-o como matéria-prima lipídica premium em termos de resistência à oxidação (Yodice, 1990; Cardenia et al, 2011).
Tabela 2. Composição em ácidos graxos (%m/m) de óleo de linhaça e girassol alto oleico. Ácidos Graxos Óleo de linhaça* (%) Óleo de girassol alto oleico** (%)
C 16:0 Palmítico 6,5 3,7 C 16:1 Palmitoleico 0,1 0,1 C 18:0 Esteárico 4,4 5,4 C 18:1 Oleico 18,3 81,3 C 18:2 Linoleico 13,3 9,0 C 18:3 Linolênico 57,0 - C 20:0 Araquídico 0,2 0,4 C 20:1 Gadoleico - - C 22:0 Behênico 0,1 0,1 C 22:1 Erúcico - - C 24:0 Lignocérico 0,1 - Saturados 11,3 9,1 Insaturados 88,7 90,9 *Calderelli et al., 2008 **O’Brien, 2009 2.7. Hardfats
Óleos vegetais totalmente hidrogenados, também denominados hardfats, são obtidos pelo processo de hidrogenação total de óleos e gorduras (Gioielle, 1996). A hidrogenação total consiste na adição de hidrogênio às duplas ligações dos ácidos graxos através de reação catalítica (Solis et al, 2001; Wassel e Young, 2007), com a formação de ácidos graxos saturados, e consequente obtenção de bases lipídicas de alto ponto de fusão. O processo de hidrogenação total é de baixo custo relativo e permite a produção de triacilgliceróis trissaturados a partir dos óleos vegetais de uso convencional (Hunter, 2005; Wassel e Young, 2007; Ribeiro et al, 2009b)
2.7.1. Hardfat de óleo de soja
O óleo de soja, extraído do grão de soja (Glycina maxima), é uma matéria-prima de grande qualidade, disponibilidade, baixo custo e nutricionalmente interessante pela presença de ácidos graxos essenciais, linoleico e linolênico (C18:2 e C18:3, respectivamente), além de apresentar ampla funcionalidade. É um dos óleos comestíveis mais consumidos e disponíveis mundialmente (O'Brien, 2009).
Adicionalmente, o óleo de soja é uma matéria-prima adequada para fabricação de frações de uso distinto em alimentos e oleoquímica, caracterizando um hardfat de alta viabilidade econômica, com aproximadamente 85% de ácido esteárico em sua composição (conforme a Tabela 3). Em particular, estudos comprovaram que o ácido esteárico tem efeito neutro no organismo em relação ao colesterol sérico, não se apresentando adverso ao risco de doenças cardiovasculares. Uma das supostas explicações para esta ação diferenciada seria sua rápida conversão em ácido oleico (Sanders e Barry, 2005; Ribeiro et al, 2013).
2.7.2. Hardfat de óleo de crambe
O óleo de crambe (Crambe abyssinica Hochst), é uma das mais importantes fontes de ácido erúcico (C22:1), apresentando de 58-66% desse ácido graxo específico em sua composição, relatada na Tabela 3 (Vargas-Lopez et al., 1999; Guedes, 2014). O cultivo do crambe mostra vantagens produtivas por se adaptar a climas quentes e frios, além de resistência à pragas e doenças. A semente apresenta aproximadamente 40% de óleo e este é extraído das formas convencionais, como prensagem à frio e extração por solventes (Onorevoli, 2012).
O óleo de crambe tem alto valor comercial na fabricação de lubrificantes, como inibidor de corrosão e na obtenção de produtos químicos intermediários, utilizados, por exemplo, em cosméticos, entre outros. No entanto, seu uso não se aplica às indústrias de alimentos, devido à presença de ácido erúcico, que é impróprio para o consumo humano, pois induz o desenvolvimento de miocardite devido ao acúmulo de gordura nos músculos do coração (Guil et al., 1997;
Onorevoli, 2012). Porém, quando submetido ao processo de hidrogenação total, ocorre a eliminação das duplas ligações do ácido erúcico que é convertido em ácido behênico (C22:0), sem restrições nutricionais (Guedes, 2014).
Tabela 3. Composição em ácidos graxos (%m/m) de óleo de soja totalmente hidrogenado (FHSO) e óleo de crambe totalmente hidrogenado (FHCO).
Ácidos Graxos FHSO* (%) FHCO** (%)
C 16:0 Palmítico 10,6 2,8 C 18:0 Esteárico 87,2 31,6 C 18:1 Oleico 0,1 0,3 C 18:2 Linoleico - 0,2 C 20:0 Araquídico 0,8 6,3 C 22:0 Behênico 1,0 56,0 C 22:1 Erúcico - 0,6 C 24:0 Lignocérico 0,2 2,1 Saturados 99,9 98,9 Insaturados 0,1 1,1 * Ribeiro et al, 2013 ** Guedes, 2011
Alguns estudos demonstram que lipídios estruturados que possuem ácido behênico apresentam absorção reduzida pelo organismo, pois este possui carbonos de cadeia longa e saturada, não apresentando efeito hipercolesterolêmico devido sua baixa biodisponibilidade, justificando a utilização deste como componente funcional de gorduras de baixo valor calórico (Tynek e Ledochowska 2005; Makiko et al., 2010).
Kanjilal et al., (1999), elaboraram um lipídio estruturado contendo ácido behênico que foi incorporado à alimentação de ratos. A maior parte do ácido behênico ingerido foi excretada, indicando seu uso potencial para reduzir calorias em gorduras. Kojima et al., (2010) estudaram os efeitos nutricionais de triacilgliceróis contendo ácido behênico. O triacilglicerol 1(3)-behenoil-2,3(1)-dioleoil-rac-glicerol (BOO), demonstrou a capacidade de interferir na taxa de absorção de gordura e evitar a deposição de gordura visceral, reduzindo peso corporal e também a quantidade de triacilgliceróis no sangue e no fígado em ratos.
2.8. Processos de modificação lipídica
Os processos de modificação lipídica mais utilizados são mistura, fracionamento, hidrogenação e interesterificação, que contam com métodos analíticos associados e/ou métodos computacionais para controle (Gioielli, 1996, Marangoni 2012).
A mistura consiste no aquecimento dos compostos em temperaturas acima do seu ponto de fusão para homogeneização completa do sistema através da agitação. Porém, dependendo das matérias-primas utilizadas pode ocorrer um comportamento não homogêneo, resultando em produtos liquefeitos e características incompatíveis com aplicação em produtos alimentícios específicos, limitando o uso desta técnica (O’Brien, 2009).
O processo de fracionamento corresponde a uma separação termo-mecânica no qual uma mistura é fisicamente separada em duas ou mais frações com propriedades físicas e químicas distintas, mediante a diferença do ponto de fusão dos triacilgliceróis (Mamat et al., 2005; Kellens et al., 2007). Como resultado, obtém-se uma fração chamada de oleína, que apresenta-se líquida, composta por maior quantidade de triacilgliceróis insaturados; e uma fração sólida ou semi-líquida como estearina composta por triacilgliceróis mais saturados (Dijkstra, 2007).
Óleos e gorduras podem ser hidrogenados através da redução do grau de insaturação dos ácidos graxos e aumento do ponto de fusão da matéria-prima de origem associada ao aumento da estabilidade oxidativa e funcionalidade, produzindo frações semi-sólidas (Martin et al., 2005). Para a formação de óleos totalmente hidrogenados, todas as duplas ligações são saturadas durante o processo (Valenzuela et al., 1995). Se o processo de hidrogenação for parcial, ocorre formação de ácidos graxos trans, que é uma vantagem tecnológica pelo maior ponto de fusão que seus correspondentes na forma cis. Porém, efeitos negativos comprovados, associados ao uso de gorduras trans em alimentos, promoveram alterações nas legislações de diversos países, sendo a mais recente a proibição do uso de gorduras parcialmente hidrogenadas, por serem reconhecidamente prejudiciais à saúde nos Estados Unidos (Petrauskaite et al., 1998; Hunter, 2005; FDA, 2015).
A interesterificação consiste na alteração da distribuição original dos ácidos graxos na molécula de glicerol. Os compostos formados pelo rearranjo dos triacilgliceróis apresentarão características físicas, químicas e nutricionais diferentes dos produtos que originaram a mistura (Sreenivasan, 1978; D'Agostini, 2001). A reação não causa alteração da composição em ácidos graxos, uma vez que eles são apenas redistribuídos nas moléculas glicerídicas, além de não promover a isomerização, obtendo-se, ao final, produtos isentos de ácidos graxos trans, (Dijkstra, 2007).
2.8.1. Mistura
No processo de modificação conhecido como mistura, é necessário analisar se os componentes lipídicos são compatíveis e a quantidade ideal adicionada de cada um dos componentes para que, ao final, os resultados atendam as especificações desejadas (D'Agostini, 2011). As mudanças resultantes do processo de mistura não podem afetar a qualidade ou performance específica do produto a que a base gordurosa se destina (Marangoni, 2012).
De acordo com Gioielli (1996), as misturas devem atingir características físicas, químicas e desempenho à partir de formulações adequadas para que atendam as especificações desejadas do produto final, sendo necessário, no caso dessas gorduras “sob medida”, conhecer particularmente o perfil de sólidos e a composição triacilglicerólica.
A interação dos triacilgliceróis em misturas binárias pode gerar: soluções sólidas contínuas, quando os triacilgliceróis são similares no ponto de fusão, peso molecular e polimorfismo; sistema eutético, em que os triacilgliceróis diferem em peso molecular e forma polimórfica, mas não diferem expressivamente no ponto de fusão; ou sistema monotético, quando ocorre um deslocamento do sistema eutético, com aumento da diferença no ponto de fusão (Gioielli, 1996; Himawan, 2006).
Dados da literatura técnica revelam que estudos com misturas de mais de dois componentes apresentam-se escassos, devido à dificuldade de sistematizar informações a respeito das diferentes matérias-primas (Simoes et al., 1997). A compatibilidade das misturas binárias ou ternárias pode ser monitorada de acordo com as mudanças no comportamento de fusão, cristalização e perfis de sólidos característicos (Ming, 2011).
2.9. Cristalização
Os óleos e gorduras vegetais apresentam faixas de temperaturas de fusão e cristalização características devido à diversidade de triacilgliceróis presentes em sua composição (Toro-Vasquez et al., 2001; Marangoni e Narine, 2002).
Desta forma, óleos e gorduras distinguem-se por perfis de fusão e cristalização representativos, permitindo que os triacilgliceróis desenvolvam fase sólida, polimorfos e organização fractal dos triacilgliceróis cristalizados. Todas essas características estão associadas às propriedades funcionais como espalhabilidade,
lubricidade, textura e estabilidade em produtos de base lipídica, spreads, recheio entre outros (Marangoni e Narine, 2002).
A indústria utiliza o processo de cristalização para separação de óleos e gorduras através do fracionamento pelas diferenças de ponto de fusão das misturas de triacilgliceróis; além da modificação de características físicas como a textura, mediante transições das formas polimórficas durante e após o processamento, alterando características físicas como dureza e estabilidade térmica (Sato, 2001; Himawan, 2006).
As moléculas triacilglicerólicas podem empacotar-se em diferentes arranjos cristalinos ou polimórficos, que são diferenciados pelo ponto de fusão e temperatura de cristalização. Um cristal é uma matriz de partículas ordenadas simetricamente, conforme os tipos de triacilgliceróis presentes, distribuição dos ácidos graxos, pureza da matriz lipídica e condições gerais de cristalização (Marangoni e Narine, 2002; Sato e Ueno 2011).
No processo de cristalização ocorrem três fenômenos: indução da cristalização (nucleação); crescimento e amadurecimento dos cristais. Cada um desses eventos ocorre em diferentes taxas de equilíbrio termodinâmico (Toro-Vasquez, 2002).
A nucleação verifica-se em condições de supersaturação ou super-resfriamento do sistema com temperaturas abaixo do ponto de fusão da gordura, onde moléculas de triacilgliceróis de alto ponto de fusão começam se aglomerar, formando embriões em uma região metaestável. Quando os fatores cinéticos são minimizados ou influenciados externamente, como por exemplo, pressão e inserção de partículas, formam-se núcleos estáveis (Sato, 2001; Marangoni, 2005).
São encontrados três tipos de nucleação: primária homogênea, primária heterogênea e secundária. Com o super resfriamento, a nucleação primária homogênea ocorre em soluções puras, com supersaturação dos próprios componentes e ausência de interfaces externas, enquanto a nucleação primária heterogênea, “impurezas cataliticamente ativas” requerem menor supersaturação do meio, pois atuam como moldes para a nucleação. A nucleação secundária consiste no estágio em que novos cristais formados unem-se à cristais ou fragmentos de cristais já existentes (Marangoni, 2005).
Em seguida, os cristais começam a formar aglomerados, caracterizando estruturas mais compactas; estes agregados cristalizam-se em condições estáticas
em rápida taxa de resfriamento. O crescimento dos cristais depende de fatores como, por exemplo, estado da superfície do cristal, viscosidade do meio, conformação molecular, defeitos de superfície, presença de impurezas (Marangoni e Narine, 2002; Mazzanti et al., 2003; Marangoni, 2005). A taxa de crescimento depende da relação natural entre ponto de fusão do cristal e da estrutura de sua superfície. Superfícies irregulares tendem a incorporar mais facilmente as moléculas, facilitando o crescimento contínuo, enquanto superfícies lisas predominam o crescimento em camadas e o processo se torna mais difícil (Marangoni, 2005).
A presença de partículas externas, ou impurezas, atuam modificando a cristalização, e tendem a aumentar as taxas de nucleação e diminuir as taxas de crescimento dos cristais. Na prática, os resultados dependem da concentração efetiva dos componentes considerados impurezas e de seus mecanismos de interação com os triacilgliceróis (Smith et al., 2011).
2.10. Métodos Instrumentais
Existem métodos analíticos específicos e direcionados para o estudo das propriedades físico-químicas dos produtos lipídicos modificados. Dentre eles, estão técnicas instrumentais que analisam a cinética de cristalização, as propriedades térmicas, o polimorfismo, a microestrutura e a consistência (Ribeiro et al., 2009c). Estas determinações são realizadas através de ressonância magnética nuclear (RMN), calorimetria diferencial de varredura (DSC), difração de raios-X, microscopia sob luz polarizada e penetrometria de cone (Toro-Vasquez et al, 2002).
O conteúdo de gordura sólida (Solid Fat Content - SFC), obtido por RMN, é utilizado como parâmetro para estudo da compatibilidade de gorduras em diferentes proporções, além de diferenciar muitas características de aplicação das bases gordurosas, em termos dos perfis de sólidos específicos de uma matéria-prima lipídica (Karabulut, et al, 2004).
Todas as transformações resultantes do processo de cristalização apresentam influência no comportamento das gorduras para aplicação. A velocidade de cristalização varia de amostra para amostra e o conteúdo de gordura sólida e pode ser avaliado em função do tempo, quando atinge seu ponto máximo ou equilíbrio, a temperatura específica (Marangoni, Rousseau, 1998; Rodrigues, et al, 2003). Sob condição isotérmica, o tempo necessário para alcançar a nucleação é
denominado de tempo de indução, que pode ser mensurado por RMN ou via DSC. A cinética de cristalização está relacionada às propriedades reológicas e de plasticidade, influenciando a estruturação final das gorduras (Ribeiro et al., 2009a).
O DSC é uma técnica que permite avaliar, através do aquecimento ou resfriamento, o perfil de fusão e cristalização das gorduras, viabilizando o monitoramento de compatibilidade e a identificação de interações de misturas pela modificação de seus eventos térmicos característicos (Tan e Chan, 2000; Dian, et al., 2006).
A técnica de microscopia sob luz polarizada é a mais utilizada para analisar a rede tridimensional, ou microestrutura, de gorduras. Permite visualizar os diferentes tipos de cristais formados e as mudanças de morfologia durante o processo de crescimento dos mesmos, mediante a distinção entre a fase sólida, que é anisotrópica, ou seja, tem propriedades óticas e modificam conforme a luz incidente; e a fase líquida, que é isotrópica, apresentando propriedades óticas em todas as direções, mostrando-se escura sob a luz polarizada (Campos, 2005; Guedes, 2011).
A microestrutura de redes cristalinas lipídicas, incluindo tamanho do cristal, morfologia e arranjo espacial, é influenciada pelas condições e mecanismos de cristalização. O comportamento da estrutura tridimensional é muito importante para alimentos que contem gordura em sua composição, pois atributos como espalhabilidade, lubricidade, textura são dependentes da resistência mecânica das redes cristalinas (Narine e Marangoni, 2005; Rogers et al 2005). Desta maneira, o estudo dos aspectos microestruturais permite avaliar a distribuição espacial de óleo liquido e de cristais aglomerados presentes, bem como suas dimensões e morfologias, dependentes das condições de processo. Toda esta conformação da rede cristalina está diretamente associada à propriedades de consistência (Tang e Marangoni, 2006).
A consistência é a medida de dureza de um produto, obtida a temperaturas específicas. A avaliação deste atributo é essencial em um processo de modificação de gorduras, pois avalia a capacidade de resistência à pequenas tensões, mensurada pela força requerida para causar uma deformação (Deman, 1983; Wada, 2007; Ribeiro, et al., 2009a). A determinação experimental da consistência permite compreender as propriedades plásticas das gorduras e
direcionar aplicações de acordo com as necessidades do produto, mostrando-se fundamental para bases lipídicas de uso industrial (Deman, 1983; Haighton, 1989).
Um dos parâmetros mais utilizados para avaliação da consistência é representada pelo Yield Value, determinado através da penetração de um cone em um texturômetro convencional. A interpretação dos resultados, conforme Haighton (1989), relaciona o Yield Value com condições de plasticidade e espalhabilidade do produto, conforme Tabela 4:
Tabela 4: Valores de yield value para margarinas e shortenings (Haighton, 1959). Yield value (gf/cm2) Características da consistência
< 50 Muito macia, quase fluida 50 – 100 Muito macia, porém não espalhável
100 – 200 Macia e espalhável
200 – 800 Plástica e espalhável
800 – 1000 Dura e satisfatoriamente espalhável 1000 – 1500 Muito dura - limite da espalhabilidade
> 1500 Muito dura
A difração de raios-X, por sua vez, investiga o polimorfismo preferencial em lipídios. O polimorfismo refere-se à capacidade de arranjo espacial das moléculas triacilglicerólicas e apresenta três principais formas em óleos e gorduras, α, β’ e β, descritas em ordem crescente de densidade, ponto de fusão, entalpia e estabilidade, características que as diferenciam para aplicação (Deman, 1992; Sato, 2001).
A técnica fornece informações sobre as distâncias interplanares entre as cadeias de triacilgliceróis, também denominadas short spacings, que caracterizam polimorfos específicos. A forma α distingue-se por short spacing 0,42nm, apresentado arranjo hexagonal; a forma β’ apresenta short spacings 0,37-0,40nm e a 0,42-0,43nm sendo caracterizado pelo empacotamento ortorrômbico e perpendicular, a forma β é a mais estável, com short spacing a 0,46nm, com empacotamento triclínico (Himawan et al., 2006), conforme Figura 5.
Figura 5: Estruturas hexagonal (H), ortorrômbica (O┴) e triclínica (T//) das 3 formas polimórficas α, β´e β, respectivamente (Sato, 2001).
Em geral, a forma β’ é a mais desejada em gorduras para aplicação por conferir uma rede cristalina de densidade intermediária que permite incorporação de maiores quantidades de óleo liquido, oferecendo maior plasticidade e espalhabilidade às bases lipídicas; por outro lado, a forma β apresenta cristais maiores e de maior ponto de fusão, associados à sensação de arenosidade, maior dureza e baixa aeração (Toro-Vasquez et al, 2011).
A forma polimórfica desempenha papel importante no desenvolvimento e aceitabilidade de produtos alimentícios, demonstrando potencial auxilio na otimização dos processos. Como exemplos, bases lipídicas para margarinas e manteigas são desejáveis formas β’, conferindo espalhabilidade aceitável; para chocolates, cuidados de têmpera são necessários para formação de formas β-V da manteiga de cacau, responsável por conferir ao chocolate propriedades sensoriais e estabilidade características (Da Silva et al., 2009).
2.11. Estruturantes
As implicações negativas à saúde, decorrentes do consumo de ácidos graxos trans e saturados preconizam a substituição destes compostos por bases lipídicas com maior teor de ácidos graxos insaturados, que estão associados à redução do risco de doenças cardiovasculares. Com alterações da legislação em diversos países, a indústria de alimentos busca alternativas que substituam as gorduras convencionais sem alteração das propriedades dos produtos, uma vez que a estrutura plástica era fornecida por gorduras saturadas e trans. Na técnica tradicional de estruturação, com o super-resfriamento, triacilgliceróis contendo ácidos graxos trans e saturados apresentam solubilidade limitada, iniciando o
processo de nucleação e formação de pequenos cristais que se interagem para formação da rede cristalina (Rogers, 2009).
A qualidade e estabilidade de produtos de base lipídica são altamente influenciadas pela cristalização da fase gordurosa. A estruturação de óleos vegetais comestíveis, tem se tornado estratégia para a redução de ácidos graxos saturados e isômeros trans em formulações alimentícias (Awad e Sato, 2002).
A estruturação de óleos vegetais com partículas não cristalinas, conhecida como não convencional, promove a formação de um gel com estrutura semi-sólida, tecnicamente denominado oleogel ou organogel. Estes são definidos como materiais lipídicos em que moléculas sólidas em baixas concentrações aprisionam grande quantidade de óleo líquido, formando uma rede tridimensional termo-reversível. Os organogéis podem ser agrupados em duas classificações: sistema de auto-montagem ou sistema de partículas de cristais. A primeira é formada a nível molecular de auto-organização em fase oleosa e a ultima representa partículas de cristais que aceleram a nucleação e consequentemente o crescimento dos cristais. As estruturas formadas de acordo com a classificação atual dos organogéis estão esquematizadas na Figura 6. Os componentes que caracterizam tais sistemas estão listados na Tabela 5 (Dassanayake et al, 2011; Siraj et al., 2015).
Figura 6: Rede estrutural dos estruturantes (a) partículas sólidas e (b) auto-montagem molecular. (Dassanayake et al., 2011).
Tabela 5: Classificação de organogéis de bases lipídicas. Adaptado de Dassanayake et al, 2011. Classificação de organogéis de bases lipídicas Exemplos de gelificantes
Auto-montagem Monoestearato de Sorbitana Ceramidas
Monoacligliceróis; Fitoesteróis; oryzanol Partículas de cristais Ácidos graxos
Derivados de ácidos graxos Alcoóis Graxos
Ácidos graxos + alcoóis graxos Ésteres de cera
Ácidos dicarboxílicos
Triacilgliceróis de alto ponto de fusão Lecitina + triestearato de sorbitana
Cera de Candellia Cera de Carnaúba Cera de farelo de arroz
Diferentes emulsificantes têm sido avaliados quanto à ação estruturante, possibilitando diferentes particularidades focadas à indústria de alimentos. Os emulsificantes são compostos por uma região hidrofílica (polar) que é atraída para a fase aquosa e uma região lipofílica (apolar), atraída para a fase oleosa, diminuindo a tensão superficial de emulsões água/óleo ou óleo/água. Em emulsificantes que contém ácidos graxos, a região lipofílica normalmente é composta por ácidos graxos de cadeia longa, pois cadeias muito curtas são suscetíveis à hidrólise. Cadeias com ácidos graxos insaturados podem promover problemas de oxidação. A região polar é composta por grupos funcionais como, por exemplo, mono e diacilgliceróis, fosfatídeos e proteínas (Hasenhuettl, 2008).
Uma ferramenta importante para avaliação da capacidade e meio de ação do emulsificante é o valor de balanço hidrofílico-lipofílico (HBL). Este valor está relacionado à compatibilidade preferencial em água ou óleo. Quanto maior o HBL de um emulsificante, mais fácil é a dispersão em água; menores valores de HBL caracterizam emulsificantes mais solúveis em óleo. Valores extremamente altos ou baixos inibem a funcionalidade do emulsificante, uma vez que o mesmo estará quase todo solubilizado na fase contínua (Hasenhuettl, 2008).
Para utilização de um emulsificante como estruturante lipídico, este deve ser grau alimentício, atendendo à exigências regulatórias rigorosas para uso em alimentos; econômico, acessível e prontamente disponível; eficiente para utilização em proporções relativamente baixas. Deve ter propriedades físicas similares à base
lipídica na qual se deseja a estruturação e versatilidade de uso em processos para que a base lipídica possa ser utilizada para diversas aplicações (Daniel e Marangoni, 2012).
Adicionalmente, os emulsificantes são importantes agentes na transformação polimórfica em lipídios, atuando de três formas na morfologia dos cristais: (1) miscibilidade limitada do emulsificante na gordura, onde o emulsificante atua como impureza formando um cristal de gordura imperfeito, promovendo ou retardando o crescimento de cristais polimórficos; (2) alta miscibilidade, com formação de compostos moleculares; (3) imiscibilidade total, em que o emulsificante age como semente na etapa de nucleação (Garti, 2002; Miskandar et al, 2006).
Os emulsificantes também possuem um papel funcional nos alimentos. A adição de lecitina ao chocolate altera sua viscosidade; polisorbatos e ésteres de poliglicerol controlam a aglomeração de gordura em sorvetes, entre outros (Hasenhuettl, 2008).
São recentes os estudos que consideram o uso de emulsificantes para estruturação de óleos vegetais comestíveis. Ojijo et al (2004) avaliaram o efeito de monogliceróis na estruturação de azeite de oliva para incorporação em manteigas e margarinas; Pernetti et al (2007) estudaram diferentes concentrações da mistura de lecitina com triestearato de sorbitana em óleos comestíveis; Gandolfo et al., (2004) descobriram que os alcoóis graxos palmitil, estearil, araquil e behenil alcoóis fornecem firmeza ao óleo de girassol; Toro-Vazquez et al., (2007) estabeleceram propriedades de estruturação de óleo utilizando cera de candelila em óleo de cártamo.
O monoestearato de sorbitana (SMS) é um dos emulsificantes mais empregados na indústria de alimentos. Tem como princípio de estruturação a auto-montagem. O SMS é um emulsificante hidrofóbico não-iônico, originado por uma reação catalítica de sorbitol com ácido graxo, normalmente ácido esteárico, esquematicamente representado na Figura 7. É compatível como a maioria das matérias-primas alimentícias por não possuir cargas em sua parte hidrofílica, com capacidade de gelificar diversos óleos vegetais. Possui HBL de 4,7, favorecendo emulsões água/óleo (Hasenhuettl, 2008).
Com o resfriamento, torna-se insolúvel, processo pelo qual, as moléculas em auto-montagem formam vesículas inversas toroidais, desenvolvendo túbulos em
forma de bastonetes. Como resultado, forma gel opaco, termorreversíveis, imobilizando a fase oleosa líquida (Hasenhuettl, 2008; Rogers, 2009).
Figura 7: Estrutura química de um monoéster de ácido graxo de sorbitana esterificado com um ácido graxo (R). (Garbolino et al., 2005).
Guth et al., (1989), utilizaram SMS em mistura de triacilgliceróis a fim de avaliar a estruturação e comportamento de cristalização; em estudo mais recente, Masuchi et al (2014) verificaram os efeitos de cristalização da manteiga de cacau utilizando monooleato e monoestearato de sorbitana.
Os hardfats podem ser utilizados como triacilgliceróis de alto ponto de fusão que promovem a estruturação por partículas de cristais. Têm capacidade de aumentar o ponto de fusão dos oleogeis, além de estruturar óleos vegetais. Sua função estrutural está relacionada à posição do grupo carboxílico e comprimento da cadeia. O potencial de estruturação é maior com ácidos graxos de cadeias contendo de 16 a 22 carbonos (Dassanayake et al, 2011). Os hardfats atuam como triacilgliceróis incorporadas no sistema, modificadores do processo de cristalização, contribuindo com modificações no perfil de sólidos, ponto de fusão e consistência. Também podem atuar como núcleos preferenciais na ordenação estrutural de matrizes triacilglicerólicas, induzindo específicos hábitos polimórficos (Ribeiro et al., 2013; Oliveira et al., 2015b).
Ribeiro et al., (2013) avaliaram diferentes hardfats como modificadores da cristalização da manteiga de cacau; Oliveira et al. (2015b) avaliaram o efeito de diversos hardfats no comportamento de cristalização do óleo de palma. Um dos únicos trabalhos que fazem aplicação da combinação das duas classes de agentes estruturantes foi realizado recentemente por Oliveira et al. (2015a), e foram desenvolvidas bases lipídicas zero trans/low sat utilizando monoestearato de
sorbitana e óleo de canola totalmente hidrogenado como estruturantes. A combinação e proporção de um total de 6% de estruturantes mostrou resultados promissores na estruturação de óleos vegetais, servindo de modelo para estudos subseqüentes.
2.12. Composição de misturas lipídicas
Com as novas propostas de regulamentações sobre a quantidade e qualidade dos óleos e gorduras na alimentação, a indústria alimentícia tem buscado alternativas para a obtenção de produtos mais saudáveis, atendendo aos requisitos das resoluções propostas.
Além da redução de ácidos graxos trans, existe a recomendação da redução de ácidos graxos saturados, uma vez que ambos, de acordo com estudos estabelecidos, apresentam riscos à saúde. No Brasil, a Agência Nacional de Vigilância Sanitária (ANVISA) tem como publicação mais recente a RDC 54 de 12 de novembro de 2012, com os seguintes critérios (Anvisa, 2012):
- Baixo em Gorduras Saturadas: < 1,5g da soma de gordura saturada e trans por porção de referência ou, por 100g para pratos prontos e < 10% do valor energético total do alimento.
- Não contém Gorduras Saturadas: < 0,1g de gordura saturada com
exceção de leites e queijos desnatados na qual se aplica o valor de 0,2g.
- Reduzido em Gorduras Saturadas: Reduzir 25% e a redução de
gorduras saturadas não deve resultar no aumento de ácidos graxos trans e < 10% do valor energético total do alimento.
Outra proposta visando melhorar nutricionalmente os produtos alimentícios consiste na inclusão de componentes benéficos à saúde, como os ácidos graxos ômega 3. De acordo com a mesma resolução da ANVISA citada anteriormente, em relação ao conteúdo de ácidos graxos ômega 3, são considerados:
- Fonte: > 300mg de ácido alfa-linolênico ou > 40mg da soma de EPA e DHA por porção de referência ou, por 100g para pratos prontos.
- Alto conteúdo: > 600mg de ácido alfa-linolênico ou > 80mg da soma de EPA e DHA por porção de referência ou, por 100g para pratos prontos.
Tendo em vista os benefícios da incorporação de ácidos graxos monoinsaturados, a RDC 54 ainda traz atributos de fonte para ácidos graxos ômega 9:
- Fonte: > 2g de acido oleico por 100g ou 100ml para pratos prontos; 45% dos ácidos graxos totais presentes no alimento corresponder ao ácido oleico;
- Alto conteúdo: >4g de acido oleico por 100g ou 100ml para pratos prontos; 45% dos ácidos graxos totais presentes no alimento corresponder ao ácido oleico.
De acordo com a Food and Drug Administration (FDA), o ácido behênico pode ser utilizado como agente estruturante e solidificante em alimentos que requerem uso de gorduras plásticas no total de 8% nas formulações, com estimativa média de consumo de 0,68 e 1,36g/pessoa dia (FDA, 2015).
A partir desse ponto de vista, através do processo de obtenção de organogéis é possível o desenvolvimento de formulações que atendam diferentes possibilidades quanto à adequação em termos nutricionais. A elaboração das misturas é a primeira etapa a ser cuidadosamente avaliada. Aplicando-se a utilização de matérias-primas que atendam nutricionalmente um maior aporte de ômega 3, o óleo de linhaça apresenta-se adequado. Porém, é preciso considerar uma quantidade máxima de óleo de linhaça e meio de aplicação, uma vez que seu elevado teor de ácidos graxos poliinsaturados acarreta uma maior tendência à oxidação. A utilização de óleo de girassol alto oleico mostra-se interessante a partir de estudos que revelaram a capacidade de atuação dos ácidos graxos monoinsaturados na minimização dos riscos de doenças cardiovasculares. Alem disso, tem a vantagem de ser pouco suscetível à oxidação, sem restrições de consumo. Como base lipídica, se faz necessário o uso de uma matéria-prima de consistência intermediária, que auxilie nas propriedades finais do produto gorduroso. Neste caso, o óleo de palma viabiliza as características adequadas de cristalização, representando uma base gordurosa zero trans de referência para composição de misturas.
A escolha do hardfat como coadjuvante na estruturação lipídica mostra-se importante com respeito à sua contribuição em ácidos graxos. O uso de óleo de soja totalmente hidrogenado, que tem como principal ácido graxo o ácido esteárico, revela-se benéfico por seu efeito neutro no organismo. Por outro lado, a aplicação
de óleo de crambe totalmente hidrogenado é uma proposta interessante pelos indícios de sua absorção reduzida pelo organismo.
Considerando-se o SMS como agente estruturante complementar, a Resolução RDC nº23 de 15 de fevereiro de 2005 (Anvisa, 2005), aprova o uso de aditivos alimentares estabelecendo suas funções e limites máximos para óleos e gorduras, na subcategoria de creme vegetal e margarinas. Segundo esta resolução, é possível a adição de até 1% (m/m) de SMS em g/100g de produto final. Segundo a JECFA - Joint FAO/WHO Expert Committee on Food Additives (2015), o índice de ingestão diária aceitável para o SMS é de 0-25mg/kg de peso corpóreo. Justifica-se, portanto, a proposta do presente trabalho quanto ao desenvolvimento formulações lipídicas diferenciadas sob o ponto de vista nutricional, objetivando-se funcionalidade tecnológica adequada à aplicação em alimentos.
3. Objetivos
- Obter gorduras zero trans com baixos teores de ácidos graxos saturados, através da incorporação de agentes estruturantes, modificadores do comportamento de cristalização;
- Avaliar o efeito combinado do óleo de soja totalmente hidrogenado (FHSO)/ monoestearato de sorbitana (SMS) e do óleo de crambe totalmente hidrogenado (FHCO)/ monoestearato de sorbitana (SMS) como potenciais estruturantes em bases lipídicas compostas por óleo de palma e suas misturas com óleo de linhaça ou óleo de girassol alto oleico;
