UNIVERSIDADE ESTADUAL DE CAMPINAS Faculdade de Engenharia de Alimentos
RODOLFO LÁZARO SOARES VIRIATO
GORDURA DO LEITE COMO ALTERNATIVA PARA OBTENÇÃO DE BASES LIPÍDICAS PLÁSTICAS
CAMPINAS 2017
GORDURA DO LEITE COMO ALTERNATIVA PARA OBTENÇÃO DE BASES LIPÍDICAS PLÁSTICAS
Dissertação apresentada à Faculdade de Engenharia de Alimentos da Universidade Estadual de Campinas como parte dos requisitos exigidos para a obtenção do título de Mestre em Tecnologia de Alimentos.
Orientadora: Professora Dra. Mirna Lúcia Gigante
Este exemplar corresponde à versão final da dissertação de mestrado defendida pelo aluno Rodolfo Lázaro Soares Viriato, e orientada pela Profa. Dra. Mirna Lúcia Gigante.
CAMPINAS 2017
Biblioteca da Faculdade de Engenharia de Alimentos Márcia Regina Garbelini Sevillano - CRB 8/3647
Viriato, Rodolfo Lázaro Soares, 1992-
V819g VirGordura do leite como alternativa para obtenção de bases lipídicas plásticas / Rodolfo Lázaro Soares Viriato. – Campinas, SP : [s.n.], 2017.
VirOrientador: Mirna Lúcia Gigante.
VirDissertação (mestrado) – Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia de Alimentos.
Vir1. Misturas binarias. 2. Gordura do leite. 3. Óleo de girassol alto oleico. 4. Cristalização. 5. Gorduras plasticas. I. Gigante, Mirna Lúcia,1961-. II.
Universidade Estadual de Campinas. Faculdade de Engenharia de Alimentos. III. Título.
Informações para Biblioteca Digital
Título em outro idioma: Milk fat as alternative for obtaining plastic lipid bases Palavras-chave em inglês:
Binary blends Milk fat
High oleic sunflower oil Crystallization
Plastic fats
Área de concentração: Tecnologia de Alimentos Titulação: Mestre em Tecnologia de Alimentos Banca examinadora:
Mirna Lúcia Gigante [Orientador] Chiu Chih Ming
Marco Antônio Sundfeld Gama Data de defesa: 17-03-2017
_______________________________________________________ Profa. Dra. Mirna Lúcia Gigante (Orientadora)
Universidade Estadual de Campinas
_______________________________________________________ Dr. Chiu Chih Ming (Membro Titular)
Universidade Estadual de Campinas
_______________________________________________________ Dr. Marco Antônio Sundfeld Gama (Membro Titular)
Embrapa Gado de Leite
_______________________________________________________ Profa. Dra. Juliana Neves Rodrigues Ract (Membro Suplente)
Universidade de São Paulo
_______________________________________________________ Profa. Dra. Thais Maria Ferreira de Souza Vieira (Membro Suplente)
Universidade de São Paulo
A Ata de defesa com as respectivas assinaturas dos membros encontra-se no processo de vida acadêmica do aluno Rodolfo Lázaro Soares Viriato.
Aos meus pais, Ronan e Gérsula, por todo amor, apoio e dedicação à minha formação. À memória de minha avó Délcia Viriato, exemplo de humildade, perseverança e fé.
“De los miedos nacen los corajes; y de las dudas las certezas. Los sueños anuncian otra realidad posible y los delirios otra razón. Al fin y al cabo, somos lo que hacemos para cambiar lo que somos. La identidad no es una pieza de museo, quietecita en la vitrina, sino la siempre asombrosa síntesis de las
contradicciones nuestras de cada día.
En esta fe, fugitivo, creo.”
À Deus, pelo dom da vida, e por sempre colocar pessoas especiais em meu caminho.
Aos meus pais e à minha irmã Bárbara, por acreditarem e lutarem com muito sacrifício pelos meus sonhos. Vocês são minha maior motivação para enfrentar qualquer desafio!
Às minhas tias, Valdete e Antônia, e às minhas madrinhas, Dirécia e Alexandra, que mesmo de longe, se fazem presentes pelas orações e torcida.
À família Cavalaro, por todo carinho, ajuda, preocupação e me fazerem sentir em casa. Em especial à Renata, Doni, Eli e às crianças (Bela, Dudu, Olivia e Cecília). Minha eterna gratidão!
À Profa. Dra. Mirna Lúcia Gigante, pela orientação, confiança em meus esforços, oportunidades e por toda contribuição em meu crescimento pessoal e profissional. A senhora é um exemplo de professora e pesquisadora, ao qual admiro e sigo.
À Profa. Dra. Ana Paula Badan Ribeiro, por me apresentar o mundo de óleos e gorduras de maneira encantadora. Obrigado pelos ensinamentos, atenção e por ter acompanhado de perto o desenvolvimento deste trabalho, sempre com valiosas sugestões.
Ao Dr. Renato Grimaldi, por todos os conhecimentos transmitidos, boa vontade em ajudar, amizade e atenção.
Aos membros da banca avaliadora: Profa. Dra. Thais Maria Ferreira de Souza Vieira; Profa. Dra. Juliana Neves Rodrigues Ract; Dr. Marco Antônio Sundfeld Gama e Dr. Chiu Chih Ming, agradeço pela disponibilidade da leitura da dissertação e colaboração com as correções e sugestões que permitiram o aprimoramento da versão final.
Ao Prof. Dr. Lisandro Pavie Cardoso, pela disponibilidade de realização das análises de difração de Raio-X em seu laboratório.
fundamentais para a realização deste trabalho. Muito obrigado!
À Débora Baptista, obrigado pela amizade, boa vontade em ajudar e sempre alegrar o ambiente, até nos dias mais difíceis. Sua ajuda nas análises quimiométricas foi fundamental. Agradeço ainda pela companhia em dias de trabalho até tarde e pelas infinitas caronas até em casa.
À Bete, técnica do Laboratório de Leite e Derivados, pelo auxílio com as atividades no laboratório.
Aos amigos do Laboratório de Leite e Derivados (Ana Barth, Bel, Bruno, Flávia e Juliana) pela ajuda, companheirismo e momentos de convivência partilhados.
À Caroline Karaziack, pela amizade, consideração, cuidado e preocupação. Obrigado por todo o companheirismo e pela sempre alegre convivência.
À equipe do Laboratório de Óleos e Gorduras (Prof. Dr. Daniel Barrera-Arellano, Rosana, alunos de iniciação científica, mestrado e doutorado). Em especial à Marcela, Ingrid, Bárbara, Alan, Júlio e Valéria pela disponibilidade e ajuda em diversos momentos.
À equipe de manutenção da FEA/UNICAMP, pela colaboração e esforços durante o fracionamento da gordura do leite.
Aos amigos da Pós-Graduação (Joyce, Vitor Vidal, Aninha, Alexandre, Willian Richter, Camila, Iara, Cecília, Suzana, Lívia e Amanda), funcionários e professores do Departamento de Tecnologia de Alimentos.
Aos companheiros de república (Henrique, Perez, Willen, Kevin, Pablo) pela convivência e momentos partilhados.
Camargo, Vera Vítor, Rayssa Tavares, Marcella Duarte, Arthur Duarte, Rafael Valério, David Martins, Lucas Castelari, André Vargas, Pedro Costa, Léo Guasti, Camila Rocha e Amanda Oliveira.
Aos Professores: Dra. Emiliane Araújo Naves, Dra. Milene Dores e Dr. Marcelo Reis, por fazerem parte da minha base e por serem grandes incentivadores.
À Fonterra Ltda., pela doação da Gordura Anidra do Leite e Cargill Foods, pela doação do óleo de girassol alto oleico.
À Universidade Estadual de Campinas, pela oportunidade de concluir esta etapa de minha formação. Me sinto honrado em estudar em uma das melhores instituições do país.
Ao CNPq pela bolsa de estudos concedida.
A todos que sempre torceram por mim e não foram citados, mas que estão cientes de sua participação direta ou indiretamente na realização deste trabalho.
Com a implementação de legislações mundiais referentes à eliminação de gordura trans em alimentos, existe a necessidade de soluções tecnológicas para a obtenção de gorduras plásticas. Atualmente, o método utilizado pela indústria para obtenção de bases lipídicas com diferentes propriedades físicas é a interesterificação química de misturas de hardfats e óleos vegetais. Uma alternativa a este processo consiste em utilizar a gordura do leite, que é considerada naturalmente uma gordura plástica, sendo, supostamente capaz de orientar a cristalização de bases lipídicas. A sua mistura com óleos vegetais pode aumentar a plasticidade e favorecer o perfil nutricional da gordura do leite. Neste contexto, o óleo de girassol alto oleico, pode ser uma alternativa promissora para o desenvolvimento de bases lipídicas estruturadas à base de gordura do leite. O objetivo deste trabalho foi produzir e caracterizar bases lipídicas obtidas a partir de misturas de gordura anidra do leite (GAL) e óleo de girassol alto oleico (OGAO). As bases lipídicas foram preparadas em seis diferentes proporções [GAL:OGAO, 100:00, 90:10; 80:20; 70:30; 60:40; 50:50 (% m/m)] e caracterizadas quanto a composição em ácidos graxos e triacilgliceróis, conteúdo de gordura sólida, compatibilidade, ponto de fusão, cinética de cristalização, comportamento térmico de cristalização e fusão, microestrutura, firmeza e hábito polimórfico. As misturas foram preparadas em triplicata e a separação em função da composição de ácidos graxos foi avaliada por análise quimiométrica. O efeito da adição do OGAO no teor de ácidos graxos saturados e insaturados, ponto de fusão, no conteúdo de gordura sólida e na cinética de cristalização foi avaliado por Análise de Variância (ANOVA) e teste de Tukey para comparação das médias ao nível de significância de 5 %. Correlações ao nível de 5 % de significância foram utilizadas para avaliar o efeito do conteúdo de gordura sólida e os parâmetros microestruturais sobre a firmeza das bases lipídicas. A modificação da GAL pela adição de OGAO resultou no aumento da concentração de triacilgliceróis de alta massa molecular e na redução do ponto de fusão, no conteúdo de gordura sólida e na firmeza. Todas as formulações apresentaram compatibilidade entre os constituintes. Além disso, a adição de OGAO nas misturas afetou o comportamento térmico de cristalização e fusão, a cinética de cristalização e o mecanismo de nucleação e crescimento dos cristais. No entanto, em todas as misturas a gordura do leite governou o processo de cristalização, apresentando cristais de diâmetro inferior a 30 µm, cristalizados na forma polimórfica β’, propriedades físicas desejáveis de sistemas lipídicos semissólidos. O conjunto de resultados indicou que as misturas GAL:OGAO 70:30, 60:40 e
Palavras-chave: Misturas binárias; gordura do leite; óleo de girassol alto oleico; cristalização; gorduras plásticas.
With the implementation of worldwide legislation regarding the elimination of trans fat in food, there is a need for technological solutions to obtain plastic fats. Currently, the method used by the industry to obtain lipid bases with different physical properties is the chemical interesterification of hardfats and vegetable oils. An alternative to this process is to use milk fat, which is considered to be a plastic fat, and is supposed to govern the crystallization of lipid bases. Its blend with vegetable oils can increase plasticity and favor the nutritional profile of milk fat. In this context, high oleic sunflower oil may be a promising alternative for the development of milk fat-based structured lipid bases. The objective of this study was to produce and characterize lipid bases obtained from anhydrous milk fat (AMF) and high oleic sunflower oil (HOSO) blends. The lipid bases were prepared in six different proportions [AMF:HOSO, 100:00, 90:10; 80:20; 70:30; 60:40; 50:50 (% w/w)] and characterized for fatty acid and triacylglycerols composition, solid fat content, compatibility study, melting point, crystallization kinetics, crystallization and melting thermal behavior, microstructure, firmness and polymorphic habit. The blends were prepared in triplicate and the separation as a function of the fatty acid composition was evaluated by chemometric analysis. The effect of HOSO addition on the content of saturated and unsaturated fatty acids, melting point, solid fat content and crystallization kinetics was evaluated by Analysis of Variance (ANOVA) and Tukey test for comparison of means at significance level of 5 %. Correlations at the 5 % level of significance were used to evaluate the effect of the solid fat content and the microstructural parameters on the firmness of the lipid bases. Modification of the AMF by addition of HOSO resulted in no increase in the concentration of triacylglycerols of high molecular mass and reduction of melting point, solid fat content and firmness. All formulations showed compatibility between the constituents. The addition of HOSO in the blends affected the thermal behavior of crystallization and melting, the crystallization kinetics and the nucleation and growth mechanism of the crystals. However, in all blends the milk fat governed the crystallization process, presenting crystals of less than 30 μm of diameter, crystallized in polymorphic form β', desirable physical properties of semi-solid lipid systems. The set of results indicated that the AMF:HOSO 70:30, 60:40 and 50:50 blends presented a general purpose plastic fat profile for application in the food industry.
Figura 1. Ilustração das formas polimórficas dos triacilgliceróis... 32 Figura 2. Análise de componentes principais. Gráfico de escores (a) e gráfico de pesos das misturas lipídicas (GAL:OGAO % m/m) e do OGAO (b). ... 48 Figura 3. Análise discriminante pelo método de quadrados mínimos parciais (PLS-DA). Gráfico de escores (a) e gráfico de pesos das misturas lipídicas (GAL:OGAO (% m/m) e do OGAO (b). ... 49 Figura 4. Características importantes identificadas por PLS-DA para as misturas lipídicas. Caixas coloridas à direita indicam as concentrações relativas dos correspondentes em ácidos graxos para cada formulação em estudo. Escore VIP > 1 é considerado estatísticamente significativo. ... 50 Figura 5. Conteúdo de gordura sólida (%) das misturas lipídicas (GAL:OGAO % m/m). ... 53 Figura 6. Diagrama de compatibilidade para das misturas lipídicas (GAL:OGAO % m/m). . 54 Figura 7. Termograma de cristalização das misturas lipídicas (GAL:OGAO % m/m). ... 56 Figura 8. Termograma de fusão das misturas lipídicas (GAL:OGAO % m/m). ... 58 Figura 9. Isoterma de cristalização a 15 oC das misturas lipídicas (GAL:OGAO % m/m). ... 59 Figura 10. Imagens da microscopia sob luz polarizada das misturas lipídicas (GAL:OGAO % m/m), após estabilização a 15 (a) e 30 °C (b) por 24 horas com aumento de 20x. ... 63 Figura 11. Difratogramas das misturas lipídicas (GAL:OGAO % m/m) cristalizada a 15 oC por 7 dias. ... 66 Figura 12. Difratogramas das misturas lipídicas (GAL:OGAO % m/m) cristalizada a 15 oC por 50 dias. ... 66 Figura 13. Correlação entre a firmeza e o conteúdo de gordura sólida (a), número de elementos cristalinos (b) e densidade média (c) das misturas lipídicas (GAL:OGAO % m/m) a 15 oC. ... 68
Tabela 1. Nomenclatura e ponto de fusão dos ácidos graxos. ... 21 Tabela 2. Ácidos graxos predominantes em diferentes hardfats provenientes de óleo de palmiste (OPeTH), óleo de palma (OPTH), óleo de algodão (OATH), óleo de soja (OSTH), óleo de crambe (OcrTH). ... 23 Tabela 3. Principais ácidos graxos da gordura do leite. ... 28 Tabela 4. Distribuição regioespecífica dos ácidos graxos da godura do leite. ... 28 Tabela 5. Valores para o Expoente de Avrami (n) para diferentes tipos de crescimento e nucleação. ... 36 Tabela 6. Caracterização físico-química da gordura anidra do leite (GAL) e do óleo de girassol alto oleico (OGAO). ... 46 Tabela 7. Composição em ácidos graxos (g/100 g) das misturas lipídicas e do óleo de girassol alto oleico. ... 47 Tabela 8. Composição em triacilgliceróis(1) (g/100 g) das misturas lipídicas e do óleo de girassol alto oleico. ... 51 Tabela 9. Ponto de fusão das misturas lipídicas (GAL:OGAO % m/m). ... 52 Tabela 10. Conteúdo de gordura sólida (%) das misturas lipídicas (GAL:OGAO % m/m). .. 53 Tabela 11. Equação das retas e coeficientes de determinação da compatibilidade das misturas lipídicas em diferentes temperaturas. ... 55 Tabela 12. Comportamento térmico de cristalização das misturas lipídicas (GAL:OGAO % m/m) e do óleo de girassol alto oleico. ... 56 Tabela 13. Comportamento térmico de fusão das misturas lipídicas (GAL:OGAO % m/m) e do óleo de girassol alto oleico. ... 58 Tabela 14. Tempo de indução (tSFC), conteúdo máximo de gordura sólida (SFCmáx), constante de Avrami (k), expoente de Avrami (n), meio tempo de cristalização (t1/2) e seus respectivos coeficientes de determinação (R2) das misturas lipídicas (GAL:OGAO % m/m). ... 60
Tabela 15. Parâmetros da rede cristalina das misturas lipídicas (GAL:OGAO % m/m) a 15 oC. ... 64
Tabela 16. Short spacings e formas polimórficas das misturas lipídicas (GAL:OGAO % m/m) após 07 e 50 dias de estabilização a 15 °C. ... 67
1 INTRODUÇÃO ... 17
2 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA ... 20
2.1 Bases lipídicas de origem vegetal ... 20
2.2 Composição, estrutura, aspectos nutricionais e utilização dos lipídios do leite ... 25
2.3 Gordura do leite: propriedades térmicas e aplicações tecnológicas ... 31
2.4 Métodos instrumentais de avaliação de bases lipídicas ... 35
3 MATERIAL E MÉTODOS ... 38
3.1 Caracterização das matérias-primas ... 38
3.2 Formulação das bases lipídicas e avaliação das propriedades físico-químicas ... 38
3.3 Determinações analíticas ... 38
3.3.1 Teor de gordura ... 38
3.3.2 Extrato seco total (EST) ... 38
3.3.3 Acidez titulável ... 39
3.3.4 Índice de peróxidos ... 39
3.3.5 Composição em ácidos graxos ... 39
3.3.6 Índice de iodo e saponificação ... 40
3.3.7 Composição em triacilgliceróis ... 40
3.3.8 Conteúdo de gordura sólida ... 40
3.3.9 Ponto de fusão ... 41
3.3.10 Comportamento térmico de cristalização e fusão ... 41
3.3.11 Isoterma de cristalização ... 41
3.3.12 Firmeza ... 42
3.3.13 Microestrutura ... 43
3.3.14 Polimorfismo ... 43
3.4 Análise estatística dos dados ... 43
4 RESULTADOS E DISCUSSÃO ... 45
4.1 Caracterização das matérias-primas ... 45
4.2 Caracterização das bases lipídicas ... 46
4.3 Efeito do conteúdo de gordura sólida e dos parâmetros microestruturais sobre a firmeza das misturas lipídicas... 67
1 INTRODUÇÃO
A demanda mundial de gorduras para fins alimentícios aumentou de 52 para 104 milhões de toneladas entre os anos de 1980 e 2000, e deverá atingir 184 milhões de toneladas entre 2016 e 2020 (LANDS, 2005). Além de constituírem nutrientes importantes na dieta humana, os óleos e gorduras fornecem plasticidade e características de fusão específicas para diversos produtos, tais como margarinas, coberturas de chocolate, biscoitos, produtos de panificação, sorvetes, massas, entre outros (GRIMALDI; GONÇALDES; ESTEVES, 2000).
Para aplicação na indústria de alimentos, uma gordura técnica, que é como são denominados sistemas lipídicos semissólidos para uso industrial (MARTIN et al., 2005), deve apresentar plasticidade adequada para a aplicação a que se destina. A plasticidade de uma base lipídica expressa a relação entre os conteúdos de gordura sólida e líquida no sistema a uma dada temperatura e depende, consequentemente, da capacidade da estrutura cristalina de aprisionar a gordura líquida no sistema (KARABULUT; TURAN; ERGIN, 2004). A cristalização de lipídios e o consequente aprisionamento de gordura líquida na rede cristalina é inicialmente afetada pela composição química da matriz lipídica, pela cinética de cristalização, pela forma cristalina obtida e pela sua estabilidade (DANMODARAN; PARKIN; FENNEMA, 2010). No passado, a obtenção de sistemas lipídicos semissólidos, com plasticidade adequada às mais variadas aplicações industriais, era possível através da hidrogenação parcial de óleos vegetais. Neste processo, através da adição de hidrogênio, promove-se a redução no grau de insaturação e o aumento do ponto de fusão do material inicial. Desta forma, variando-se o grau de hidrogenação, é possível a obtenção de gorduras com os níveis de sólidos desejáveis em diferentes bases lipídicas (O’BRIEN, 2009). Este processo, no entanto, leva à formação de altas concentrações de isômeros trans (SOARES; FRANCO, 1990; BARRERA-ARELLANO; BLOCK; 1993), que são indesejáveis uma vez que ácidos graxos trans encontram-se entre os lipídios associados a fatores de risco para doença arterial coronariana e a diferentes desordens metabólicas e funcionais (ZEVENBERGEN; HOUTSMULLER; GOTTENBOS, 1988; MENSINK; KATAN, 1990; ENIG, 1996; HUNTER, 2005; FDA, 2015). Desde a implementação de legislações mundiais referentes à eliminação de gordura trans em alimentos processados, muitos estudos foram conduzidos visando à produção de sistemas lipídicos semissólidos livres de ácidos graxos trans. Na busca de solução tecnológica, surgiram os hardfats, que são novos materiais lipídicos obtidos a partir da hidrogenação total de diferentes óleos vegetais. Isoladamente, os hardfats apresentam aplicação tecnológica limitada devido à sua composição química
homogênea e alto ponto de fusão (RIBEIRO; BASSO; KIECKBUSCH, 2013). No entanto, por possuírem efeito modulador nos processos de cristalização, podem ser misturados a óleos vegetais para obtenção de bases lipídicas plásticas. Diversos estudos foram conduzidos neste sentido (GRIMALDI et al., 2001; RIBEIRO et al., 2009a; GUEDES et al., 2014), os quais, no geral, mostraram que a simples mistura dos hardfats com diferentes óleos vegetais apresentam incompatibilidade devido à drástica diferença do tamanho molecular e hábito polimórfico dos triacilgliceróis. Assim, atualmente, o método utilizado pela indústria para obtenção de bases lipídicas com diferentes propriedades físicas é a interesterificação química de misturas de hardfats e óleos vegetais, que promove um rearranjo dos triacilgliceróis, viabilizando a obtenção de gorduras plásticas com menor conteúdo ou mesmo isentas de isômeros trans. Embora seja uma solução tecnológica para obtenção de gorduras plásticas, a interesterificação química é um processo de custo elevado quando comparado à hidrogenação parcial (MBA; DUMONT; NGADI, 2015), envolve alto consumo de água e energia (PATTERSON, 2010), além da necessidade de um pós tratamento do material interesterificado. A base lipídica interesterificada pode apresentar redução da estabilidade oxidativa e a presença de compostos minoritários, que retardam a cristalização da gordura (CRIADO et al., 2007; MASUCHI et al., 2014).
Uma alternativa tecnológica interessante para produção de novas bases lipídicas consiste em utilizar a gordura do leite, uma gordura naturalmente plástica, apresentando equilíbrio entre os teores de gordura sólida e óleo líquido nas temperaturas comumente utilizadas no processamento, armazenamento e consumo de alimentos. A razão para essa plasticidade natural advém da composição da gordura do leite, que possui mais de 400 ácidos graxos, que estruturam triacilgliceróis de diferentes massas moleculares e ampla faixa de temperatura de cristalização e fusão. A gordura do leite é completamente líquida acima de 40 oC e completamente sólida abaixo de -40 oC. Entre esses extremos de temperatura, é naturalmente uma mistura de gorduras líquida e cristalizada, sendo, supostamente, capaz de orientar a cristalização de bases lipídicas, conferindo-lhes estrutura e maciez em função do hábito polimórfico preferencial em β’, além de oferecer atributos sensoriais que são reconhecidamente apreciados (MACGIBBON; TAYLOR, 2006). Essas características permitem supor que sua mistura com diferentes óleos vegetais ou seus hardfats pode resultar em sistemas lipídicos semissólidos específicos para as mais variadas aplicações na indústria de alimentos. Misturas com óleos vegetais altamente insaturados, podem ainda favorecer o perfil nutricional da gordura do leite, que, apesar de apresentar composição de triacilgliceróis capaz de ser orientada para a obtenção de gorduras plásticas e a desejável baixa concentração
isômeros trans, contém aproximadamente 65 % de ácidos graxos saturados, cuja redução de consumo também é desejável (LÓPEZ; BION; MENARD, 2014; MERT; DEMIRKESEN, 2016). Neste contexto, o óleo de girassol alto oleico ( 80 % de C18:1 cis-9), com alta estabilidade oxidativa, sabor e aroma neutros, pode ser uma alternativa promissora para o desenvolvimento de bases lipídicas estruturadas à base de gordura do leite, com redução de ácidos graxos trans e gorduras saturadas para diferentes aplicações tecnológicas. Assim, o objetivo deste trabalho foi produzir e caracterizar bases lipídicas obtidas a partir de misturas de gordura anidra do leite (GAL) e óleo de girassol alto oleico (OGAO). As bases lipídicas foram preparadas em seis diferentes proporções [GAL:OGAO, 100:00, 90:10; 80:20; 70:30; 60:40; 50:50 (% m/m)] e caracterizadas quanto a composição em ácidos graxos e triacilgliceróis, conteúdo de gordura sólida, ponto de fusão, cinética de cristalização, comportamento térmico de cristalização e fusão, microestrutura, hábito polimórfico e firmeza. A compatibilidade das misturas foi também avaliada através de diagrama de compatibilidade a 10, 15, 20, 25 e 30 ºC.
2 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA
2.1 Bases lipídicas de origem vegetal
Quimicamente, os óleos e gorduras constituem-se de misturas multi-componentes de triacilgliceróis (TAGs), que são ésteres de uma molécula de glicerol e três moléculas de ácidos graxos. Na natureza, os ácidos graxos podem se apresentar na forma saturada ou insaturada (com duplas ligações), com diferentes tamanhos de cadeia e números de carbonos. Em razão de sua conformação linear, os ácidos graxos saturados apresentam ponto de fusão superior. Ácidos graxos insaturados podem existir nas configurações cis e trans, com diferentes propriedades físico-químicas. Por suas características estruturais, os ácidos graxos na forma trans têm ponto de fusão mais elevado em relação ao seu isômero cis correspondente, mas inferior ao ponto de fusão do ácido graxo saturado com mesmo número de átomos de carbono (Tabela 1) (BELITZ; GROSCH; SCHIEBERLE, 2009).
Do ponto de vista nutricional, óleos e gorduras fornecem nutrientes importantes na dieta humana, apresentando papel vital mediante o fornecimento de ácidos graxos essenciais e energia. Os óleos apresentam-se líquidos a temperatura ambiente, enquanto as gorduras na forma sólida. A composição química é o que determina as propriedades físicas dos lipídios, as quais, por sua vez, determinam a adequação deste ingrediente para aplicações em alimentos, uma vez que afetam a estrutura, a estabilidade, a estocagem e as características sensoriais dos alimentos (DANMODARAN; PARKIN; FENNEMA, 2010). Óleos e gorduras fornecem plasticidade e características de fusão específicas para diversos produtos, tais como margarinas, coberturas de chocolate, biscoitos, produtos de panificação, sorvetes, massas, entre outros (GRIMALDI; GONÇALDES; ESTEVES, 2000).
A plasticidade de uma base lipídica é definida como a capacidade de uma estrutura cristalina aprisionar uma matriz de óleo contínua, e expressa consequentemente, a relação entre gordura sólida e óleo líquido em temperaturas definidas (ROUSSEAU et al., 1996). Esta relação entre gordura sólida e óleo líquido a uma dada temperatura é de extrema importância para avaliar as aplicações tecnológicas de bases lipídicas, influenciando a aparência, espalhabilidade, exsudação de óleo e propriedades sensoriais, além da própria estabilidade da base lipídica.
Tabela 1. Nomenclatura e ponto de fusão dos ácidos graxos. Ácido graxo
Símbolo Nome comum IUPAC Ponto de fusão (oC)
C4:0 Butírico Butanóico -8,0 C6:0 Capróico Hexanóico -3,4 C8:0 Caprílico Octanóico 16,7 C10:0 Cáprico Decanóico 31,6 C12:0 Láurico Dodecanóico 44,2 C14:0 Mirístico Tetradecanóico 54,4 C16:0 Palmítico Hexadecanóico 62,9
C16:1 cis Palmitoleico cis-9-tetradecenóico 45,0
C18:0 Esteárico Octadecanóico 69,6
C18:1 cis Oleico cis-9-octadecenóico 16,0
C18:1 trans Elaídico trans-9- octadecenóico 43,7
C18:2 cis Linoleico cis-9,
cis-12-octadecadienóico
-7,0
C18:3 cis Linolênico cis-9, cis-12, cis-15 octadecatrienóico
-13,0
C20:0 Araquídico Eicosanóico 75,3
C22:0 Behênico Docosanóico 79,9
C22:1 cis Erúcico cis-13-docosenóico 33,5
C24:0 Lignocérico Tetracosanóico 84,2
Fonte: O’BRIEN (2009).
Diferentes temperaturas de avaliação têm a finalidade de representar o comportameto da base lipídica durante as diferentes fases de sua aplicação. A 10 ºC representam a firmeza e espalhabilidade do produto em temperaturas de refrigeração. A 21 °C representam a resistência à exsudação de óleo, a 33-35 °C representam o perfil de fusão à temperatura corporal, textura e propriedades de liberação de sabor e aroma na boca. Em temperaturas > 35 °C representam a percepção sensorial de cerosidade de bases lipídicas (GRIMALDI; GONÇALVES; ESTEVES, 2000).
A maioria dos óleos e gorduras vegetais apresenta aplicação tecnológica limitada no seu estado natural. Devido à composição em ácidos graxos e triacilgliceróis, não desenvolvem naturalmente características plásticas desejáveis, que estão relacionadas ao
conteúdo de gordura sólida em diferentes temperaturas, taxa de cristalização, estrutura microcristalina e hábito polimórfico (ROZENAAL, 1992; MING; GIOIELLI; GRIMALDI, 2008). Essas propriedades físico-químicas que caracterizam uma gordura plástica podem ser obtidas através da hidrogenação parcial de óleos vegetais, que pode levar à formação de altas concentrações de isômeros trans (SOARES; FRANCO, 1990; BARRERA-ARELLANO; BLOCK; 1993). Neste processo, a adição de hidrogênio promove à redução no grau de insaturação e aumento do ponto de fusão do material inicial, o que é associado ao aumento na estabilidade oxidativa e funcionalidade, obtida pela modificação da composição, estrutura e plasticidade do material lipídico (O’BRIEN, 2009).
Após a inclusão dos ácidos graxos trans entre os lipídios dietéticos que atuam como fatores de risco para doença arterial coronariana, além da comprovação científica do seu efeito na etiologia de várias desordens metabólicas e funcionais, aconteceram mudanças progressivas nas legislações mundiais referentes à eliminação da gordura trans em alimentos processados (ZEVENBERGEN; HOUTSMULLER; GOTTENBOS, 1988; MENSINK; KATAN, 1990; ENIG, 1992; HUNTER, 2005; FDA, 2015).
No contexto de substituição da hidrogenação parcial, foram desenvolvidos novos materiais lipídicos, denominados hardfats, a partir do processo de hidrogenação total, onde todas as duplas ligações são saturadas. Os principais hardfats provenientes de óleos vegetais são o de palmiste, palma, algodão, soja e crambe, com ponto de fusão variando de 36 a 72 ºC, respectivamente (Tabela 2). Por possuírem composição química homogênea e ponto de fusão elevado, excessão feita ao óleo de palmiste totalmente hidrogenado (PF = 36 °C), estes materiais lipídicos têm uma aplicação bastante restrita em sistemas alimentícios (RIBEIRO et al., 2010). Com menor ponto de fusão (36 oC), teoricamente o hardfat de palmiste poderia ser uma alternativa promissora no desenvolvimento de sistemas lipídicos semissólidos. No entanto, a aplicação tecnológica desta gordura láurica é limitada, devido ao seu elevado conteúdo de triacilgliceróis de 36 átomos de carbono, que em condições de hidrólise promovem percepção sensorial de sabor de sabão (TIMMS, 1985).
Tabela 2. Ácidos graxos predominantes em diferentes hardfats provenientes de óleo de palmiste (OPeTH), óleo de palma (OPTH), óleo de algodão (OATH), óleo de soja (OSTH), óleo de crambe (OcrTH).
Ácidos graxos (%)(1) OPeTH OPTH OATH OSTH OcrTH
C6:0 - - - - - C8:0 2,98 - - - - C10:0 3,07 - - - - C12:0 46,25 - - - - C14:0 15,80 - - - - C16:0 9,17 37,62 24,73 11,68 3,71 C18:0 22,73 62,38 75,27 88,32 32,45 C20:0 - - - - 7,12 C22:0 - - - - 56,72 C24:0 - - - - - Ponto de fusão (oC) 36 59 62 69 72
Fonte: adaptado de RIBEIRO; BASSO; KIECKBUSCH (2013); OLIVEIRA et al. (2015). (1) Expresso em g/100 g de ácidos graxos totais.
No geral, por possuírem efeito modulador nos processos de cristalização e reconhecida capacidade de aprisionar o óleo do sistema na rede cristalina, os hardfats podem ser misturados a óleos vegetais para a preparação de bases lipídicas com propriedades específicas (OMONOV; BOUZIDI; NARINE, 2010). A mistura de duas classes de matéria-primas é um tipo de modificação de gordura relativamente simples, onde os componentes da base lipídica são aquecidos a temperaturas acima dos seus pontos de fusão, seguido por homogeneização com agitação intensa da mistura. No entanto, quando duas classes de lipídios de composição química tão distintas, como óleos e hardfats, são misturadas, as propriedades físico-químicas da mistura não são necessariamente as mesmas que as dos componentes originais, podendo resultar na incompatibilidade. No geral, são observados três diferentes comportamentos. A formação de soluções sólidas contínuas, que representam a compatibilidade total entre os triacilgliceróis dos componentes, e a formação de sistemas eutéticos e monotéticos, que representam diferentes formas de incompatibilidade do sistema. O sistema eutético ocorre quando os componentes da mistura diferem em volume molecular e forma polimórfica, sem diferença acentuada do ponto de fusão. O sistema monotético pode
ser considerado um deslocamento do sistema eutético, representando uma maior incompatibilidade, em que os triacilgliceróis de alto ponto de fusão são dissolvidos em triacilgliceróis líquidos, apresentando diferenças de ponto de fusão acima de 20 °C entre ambos os componentes (TIMMS, 1984; HIMAWAN; STAROV; STAPLEY, 2006). Diagramas de compatibilidade devem ser construídos para melhor compreender e prever as propriedades físico-químicas de uma mistura de dois sistemas de gorduras independentes (CAMPOS, 2005; BRAIPSON-DANTHINE; DEROANE, 2006).
Comportamento monotético, onde os triacilgliceróis de alto ponto de fusão foram solubilizados na fração líquida da mistura, foram obsevados em sistemas binários de óleo de soja e hardfat de soja (RIBEIRO et al. 2009a), óleo de soja e hardfat de crambe (GUEDES et al., 2014) e óleo de girassol alto oleico e hardfat de palma (MASUCHI et al., 2014). Esses autores observaram que a redução da incompatibilidade em todos os sistemas binários foi obtida através da interesterificação química, a qual promoveu maior heterogeneidade na composição de triacilgliceróis, aumentando sua solubilidade no estado sólido, formando, consequentemente, soluções sólidas contínuas. Outros estudos também apontaram a interesterificação como uma alternativa para obtenção de misturas lipídicas compativeis de óleo de palma e palmiste (GRIMALDI et al., 2001), de estearina e oleína de palma (SOARES et al., 2009), de estearina de palma e óleo de patauá (OLIVEIRA et al., 2017).
Do ponto de vista industrial, a interesterificação química, realizada a aproximadamente a 100 °C na presença metóxido de sódio como catalisador (GRIMALDI et al., 2005), constitui uma alternativa ao processo de hidrogenação parcial para modificar as propriedades físicas de óleos e gorduras, e, consequentemente, possibilitar a obtenção de gorduras plásticas com menor conteúdo ou isentas de isômeros trans para aplicações em diferentes sistemas alimentícios. No entanto, embora seja uma solução tecnológica para obtenção de gorduras plásticas, a interesterificação química, que consiste na redistribuição dos ácidos graxos no glicerol, quando comparada a hidrogenação parcial é um processo de custo elevado (MBA; DUMONT; NGADI, 2015), que envolve alto consumo de água e energia (PATTERSON, 2010), uma vez que requer o reprocesso no que diz respeito à desodorização e clarificação da base lipídica interesterificada (GIOIELLI, 1986). Além disso, a gordura plástica obtida apresenta estabilidade oxidativa reduzida, quando comparada às matérias-primas originais (ZEB; MURKOVIC, 2013; KOWALSKA; ZBIKOWSKA; TARNOWSKA, 2015), e resulta na formação de compostos minoritários, como mono- e diacilgliceróis, que retardam a formação de cristais necessários à estruturação da base lipídica para formação de um sistema semissólido (MASUCHI et al., 2014). Outra alternativa pouco explorada
industrialmente, devido à dificuldade de produção em larga escala e necessidade de controle cuidadoso dos parâmetros reacionais (CERVERÓ; COCA; LUQUE, 2008), é a interesterificação enzimática, onde biocatalisadores, tais como lipases microbianas, são utilizados para promover a migração acila nas moléculas acilglicerídicas (LOPES et al., 2016; WIRKOWSKA-WOJDYLA et al., 2016). Dependendo das condições de reação, tais como umidade, tempo e temperatura, da mesma forma que na interesterificação química, pode ocorrer a formação de compostos minoritários e a redução da estabilidade oxidativa (SHETTY; REDDY; KHATOON, 2014).
Neste contexto, matérias-primas naturalmente plásticas, como a gordura do leite, podem oferecer uma alternativa industrial interessante para estruturar bases lipídicas, obtidas através da sua mistura com óleos vegetais e hardfats, com diferente potencial de aplicação na indústria de alimentos.
2.2 Composição, estrutura, aspectos nutricionais e utilização dos lipídios do leite
O principal componente dos lipídios do leite são triacilgliceróis ( 98,3 % p/p), porém outras classes de lipídios também estão presentes em pequenas concentrações (0,03-0,8 % p/p), como diacilgliceróis, monoacilgliceróis, ácidos graxos livres, fosfolipídios e esteróis. Quantidades traço de vitaminas lipossolúveis (A, D, E e K), β-caroteno e compostos de sabor e aroma lipossolúveis também estão presentes. A gordura está presente no leite bovino na forma de glóbulos microscópicos em uma emulsão de óleo em água. Do ponto de vista estrutural, caracteriza-se por um núcleo de triacilgliceróis envolto por uma membrana lipoproteica (MACGIBBON; TAYLOR, 2006).
A gordura do leite é o constituinte que apresenta maior variabilidade frente aos diversos fatores que afetam a composição do leite, como a raça, saúde do animal, sazonalidade, a dieta e o estágio de lactação (WALSTRA; WOUTERS; GEURTS, 2006; LÓPEZ; BION; MÉNARD, 2014). Sua síntese é realizada na glândula mamária, com formação das gotículas de gordura no retículo endoplasmático, na região basal da célula. Essas gotículas, à medida que se movem em direção à extremidade celular (região apical) tendem a aumentar de tamanho por fusão com outras gotículas. Por fim, essas gotículas são secretadas pela célula epitelial revestidas com o material da superfície, que é a membrana do glóbulo de gordura do leite (MGGL). Esta membrana é composta principalmente por proteínas, colesterol, enzimas e lipídios polares derivados do retículo endoplasmático, do
citoplasma da célula e da parede celular da membrana apical (PATTON; KEENAN, 1975; TIMMEN; PATTON, 1988; JENSEN, 2002). Entre as proteínas da MGGL, butirofilina e xantino dehidrogenase/oxidase são as mais abundantes, representando cerca de 40 e 12 % do total, respectivamente. Os lipídios polares são constituídos por diversos grupos de fosfolipídios, especialmente glicerofosfolipídios e esfingofosfolipídios. Fosfatidilcolina (25-40 %), fosfatidiletanolamina (27-37 %), esfingomielina (20-25 %), fosfatidilinositol (~ 5 %) e fosfatidilserina (~ 3 %) são encontrados em maiores concentrações. Ácidos graxos constituem a porção hidrofóbica, enquanto a parte hidrofílica contém um resíduo fosfato ligado a diferentes grupos orgânicos, como colina, serina, etanolamina, entre outros. Esta característica permite o uso tecnológico destes compostos, em função principalmente das suas propriedades emulsificantes e possíveis efeitos benéficos à saúde (DEWETTINCK, et al., 2008; LÓPEZ, 2011; CONTARINI; PAVOLO, 2013; LÓPEZ; BRIARD-BION; MENARD, 2014).
Estima-se que a gordura do leite possua mais de 400 ácidos graxos, que diferem principalmente pelo comprimento de cadeia (4 a 24 átomos de carbono) e pelo núnero e orientação de ligações insaturadas (JENSEN, 2002). Embora a grande maioria desses ácidos graxos esteja presente em quantidades extremamente pequenas (< 0,1 g/100 g de ácidos graxos totais), cerca de 14 estão presentes em concentrações acima de 1 g/100 g de ácidos graxos totais (Tabela 3). Em geral, 65 % desses ácidos graxos são saturados, e, dentre eles, os ácidos mirístico (C14:0), palmítico (C16:0) e esteárico (C18:0) são os encontrados em maior concentração. Dentre os ácidos graxos insaturados, o ácido oleico (C18:1 cis-9) é o que se apresenta em maior proporção (MACGIBBON; TAYLOR, 2006). A gordura do leite apresenta ainda ácidos graxos de cadeia ímpar e ramificada, provenientes do metabolismo das bactérias ruminais ou da síntese de novo na glândula mamária (VLAEMINCK et al., 2006). Os mais importantes na gordura do leite são isômeros dos ácidos graxos: tetradecanoico (C14:0 iso); pentadecanoico (C15:0, C15:0 iso e C15:0 anteiso); hexadecanoico (C16:0 iso); heptadecanoico (C17:0, C17:0 iso e C17:0 anteiso) (FIEVEZ et al., 2003). Os ácidos graxos iso e anteiso são classificados em função da posição da ramificação do grupo metil na cadeia cabônica. Quando o grupo metil encontra-se no último átomo de carbono, o ácido graxo denomina-se iso; quando se encontra no penúltimo, denomina-se anteiso (BELITZ; GROSCH; SCHIEBERLE, 2009). O interesse crescente nesses ácidos graxos está relacionado a seus potenciais efeitos benéficos à saúde e à sua influência sobre o ponto de fusão da gordura do leite. Apesar de serem ácidos graxos de cadeia longa, apresentam baixo ponto de
fusão quando comparados a ácidos graxos com mesmo comprimento de cadeia (VLAEMINCK et al., 2006).
Os ácidos graxos de cadeia curta (C4:0-C8:0) e ácido graxos de cadeia média (C10:0-C14:0) são derivados da síntese de novo a partir do acetato e do β-hidroxibutirato. Ácidos graxos de cadeia longa (> 16 átomos de carbono) são derivados da circulação sanguínea e reservas energéticas dos animais, enquanto ácidos graxos de 16 carbonos são derivados de ambas as fontes (BAUMAN; GRIINARI, 2003; HARVATINE; BOSCLAIR; BAUMAN, 2009). A natureza saturada desses ácidos graxos é consequência tanto da biohidrogenação do rúmen, mecanismo utilizado pela microbiota ruminal para se proteger dos efeitos tóxicos dos ácidos graxos insaturados (ISHLAKA; GÜNAL; ABUGHAZALEH, 2015) e da síntese de novo na glândula mamária a partir de acetato e β-hidroxibutirato (SHINGFIELD; BONNET; SCOLLAN, 2013). Os triacilgliceróis da gordura do leite possuem massa molecular de 26 a 54 átomos carbono em uma distribuição não randômica (Tabela 4) (LUBARY; HOFLAND; HORST, 2011). Os ácidos graxos de cadeia curta são esterificados quase que exclusivamente na posição sn-3, enquanto os ácidos graxos de cadeia média estão esterificados na posição sn-2, com excessão do ácido cáprico, esterificado preferencialmente na posição sn-3. Em relação aos ácidos graxos saturados de cadeia longa, o ácido palmítico apresenta padrão de distribuição sn-1,2 e o ácido esteárico é esterificado preferencialmente na posição sn-1, enquanto os ácidos graxos insaturados de cadeia longa (ácido oleico e linoleico) são esterificados nas posições sn-1,3 (LÓPEZ et al., 2006; BLASI et al., 2008; GARCIA et al., 2014).
Tabela 3. Principais ácidos graxos da gordura do leite.
Nº de átomos de Carbonos Nome comum Valor médio (%)(1)
4:0 Butírico 2-5 6:0 Capróico 1-5 8:0 Caprílico 1-3 10:0 Cáprico 2-4 12:0 Láurico 2-5 14:0 Mirístico 8-14 15:0 Pentadecanóico 1-2 16:0 Palmítico 22-35 16:1 Palmitoleico 1-3 17:0 Margárico 0,5-1,5 18:0 Esteárico 9-14 18:1 Oleico 20-30 18:2 Linoleico 1-3 18:3 Linolênico 0,5-2
Fonte: JENSEN (2002). (1) Expresso em g/100 g de ácidos graxos totais. Tabela 4. Distribuição regioespecífica dos ácidos graxos da gordura do leite.
Composição em ácidos graxos (mol %)
Ácido graxo sn-1 sn-2 sn-3 C4:0 1,3 0,4 17,9 C6:0 0,3 0,9 8,2 C8:0 0,3 0,2 4,7 C10:0 1,1 1,4 8,7 C12:0 2,5 4,8 5,1 C14:0 11,7 22,8 8,2 C16:0 46,8 44,1 12,0 C16:1 1,5 2,5 1,9 C18:0 11,1 5,3 5,2 C18:1 21,5 15,7 25,1 C18:2 1,7 1,9 2,7
Do ponto de vista nutricional, o consumo de gordura do leite tem sido ao longo dos últimos 50 anos, associado ao aumento de obesidade, de colesterol e do risco de doenças cardiovasculares. Com esta visão, em documento recente, a Organização Mundial da Saúde recomendou mais uma vez a redução do consumo de gordura de origem animal (WHO, 2015). No entanto, evidências científicas acumuladas nos últimos 20 anos demonstram que o tipo de ácido graxo e sua posição estereoespecífica no triacilglicerol, são determinantes no seu efeito nutricional (BERRY, 2009). Os ácidos graxos de cadeia curta, butírico (C4:0), capróico (C6:0), caprílico (C8:0), de cadeia média cáprico (C10:0) e de cadeia longa esteárico (C18:0) são considerados neutros na modulação da concentração plasmática do colesterol LDL (PARODI, 2006; FAO, 2010; VALENZUELA; DELPALNQUE; TAVELLA, 2011). Este efeito está possivelmente relacionado ao padrão de distribuição regioespecífica destes ácidos graxos no triacilglicerol (sn-1,3), deixando-os menos disponíveis para hidrólise e consequente digestão/absorção (HUNTER, 2001; BERRY; SANDERS, 2005; SOSA et al., 2014). Contrariamente, os ácidos graxos láurico (C12:0), mirístico (C14:0) e palmítico (C16:0), que correspondem a aproximadamente 40 % dos ácidos graxos presentes na gordura do leite, são considerados hipercolesterolêmicos, ou seja, associados com o aumento das concentrações plasmáticas de colesterol total e LDL (PARODI, 2004; PALMQUIST; JENSEN, 2008; PARODI, 2009). Entretanto, este aumento está associado às partículas grandes de colesterol LDL, que diferentemente das partículas pequenas e densas, não aumentam o risco de doenças cardiovasculares. Diferentes relatos na literatura (DREON et al., 1998, SJOGREN et al., 2004) associam uma dieta rica em gordura saturada, incluindo a gordura do leite, à redução de partículas densas e pequenas de LDL. A meta-análise dos resultados de 60 estudos clínicos revelou que a substituição isoenergética de carboidratos pelos ácidos graxos láurico, mirístico e palmítico não alterou a relação entre o colesterol total: colesterol-HDL e especificamente o ácido láurico contribuiu para o aumento dos níveis de HDL no sangue (MENSINK et al., 2003). Assim, as propriedades anti-aterogênicas de ácidos graxos saturados podem compensar o efeito de seu aumento no colesterol total e LDL e a utilização destas taxas como marcadores pode ser inadequado (PARODI, 2009).
Os ácidos graxos insaturados, presentes em pequena concentração na gordura do leite, podem apresentar efeitos positivos sobre os níveis de colesterol e outros indicadores de saúde vascular. Dentre eles, há um crescente destaque para o ácido linoleico conjugado (CLA), que é um grupo de isômeros posicionais e geométricos do ácido graxo linoleico (C18:2 n-6), em que as duplas ligações são conjugadas (LOPES et al., 2015). Esses ácidos graxos são considerados bioativos, pois apresentam potencial na promoção da saúde,
comprovado tanto em testes in vitro quanto em animais. Podem apresentar possíveis efeitos benéficos nutricionais quanto às propriedades anticarcinogênica, antiaterogênica (JENSEN; FERRIS; LAMMI-KEEFE, 1991; SHINGH, 2006) e atividades imunomodulatórias (PARODI, 2006). O isômero cis-9, trans-11 (ácido rumênico) representa 75-90 % do total de CLA em produtos lácteos. Este composto origina-se através da síntese endógena na glândula mamária, via Δ9-dessaturase para ácido vacênico (trans-11 18:1), ou durante a biohidrogenação no rúmen a partir da alimentação dos ruminantes (GRIINARI et al., 2000; BHATTACHARYA et al., 2006).
Industrialmente, a gordura do leite é utilizada na forma de gordura anidra a qual é definida como um produto gorduroso obtido a partir de creme ou manteiga pela eliminação quase total da água e sólidos não gordurosos. A gordura anidra do leite (GAL) deve apresentar no mínimo 99,7 % de matéria graxa, e teores máximos de 0,2 % de umidade, 0,35 de índice de peróxido (meq/kg matéria graxa) e 0,40 de acidez (g de ácido oleico/100 g de gordura) (BRASIL, 1996).
Para obtenção da gordura anidra do leite, a gordura, que está na forma de emulsão no sistema coloidal do leite, com variação entre 3,0-4,0 % geralmente, é separada através do processo de centrifugação, para obtenção do creme de leite, que é concentrado em aproximadamente 75 a 80 % de gordura para garantir a eficácia da inversão de fase na próxima etapa. Este creme é forçado sob pressão, os glóbulos de gordura são rompidos, ocorre a remoção da água, fazendo com que ocorra uma inversão de fase de óleo em água para água em óleo. Com a fase aquosa, parte dos compostos solúveis em água, que constituem a membrana do glóbulo de gordura do leite, é eliminada. Essa gordura passa então por um secador a vácuo e a umidade é reduzida para < 0,1 % (WALSTRA; WOUTERS; GEURTS, 2006; FEARON, 2011).
A gordura anidra do leite é utilizada em aplicações industriais, tais como, para padronização do teor de gordura em leite fluido, em sorvetes e produtos de confeitaria para conferir melhores características de sabor e textura, em chocolates, substituindo parcial a manteiga de cacau para com o intuito de retardar o aparecimento de fat bloom , e em produtos com alto teor de gordura, como em manteigas e blends de gordura vegetal a fim de conferir a estes produtos melhores propriedades físico-químicas (VANHOUTTE et al., 2002; ROUSSEAU; SONWAI, 2010).
2.3 Gordura do leite: propriedades térmicas e aplicações tecnológicas
Para a indústria de alimentos, o comportamento da cristalização de óleos e gorduras apresenta-se como fator importante para a obtenção da estrutura, textura e qualidade desejáveis em produtos de base lipídica durante seu processamento, distribuição e estocagem. As propriedades físico-químicas de redes cristalinas, como por exemplo, ponto de fusão e cinética de cristalização, são dependentes da composição química da matriz lipídica, do meio e das condições de processo ao qual esta é submetida (HIMAVAN; STAROV; STAPLEY, 2006).
A gordura do leite, devido a sua composição complexa, apresenta uma ampla faixa de temperatura de cristalização e fusão. É completamente líquida acima de 40 oC e completamente sólida abaixo de -40 oC (WRIGHT; MARANGONI, 2006). Entre essa faixa de temperatura, encontra-se sempre como uma mistura de gordura líquida e cristalizada, cuja proporção depende da temperatura.
Os eventos de cristalização referem-se à ordenação espontânea de um sistema lipídico, caracterizado por restrição total ou parcial de movimento ocasionada a partir de interações químicas ou físicas entre as moléculas de triacilgliceróis e são divididos em duas fases: nucleação e crescimento dos cristais (SATO, 2001). Cada um desses eventos ocorre em diferentes taxas de equilíbrio termodinâmico (TORO-VASQUEZ et al., 2002).
A nucleação, primeira etapa da cristalização, ocorre através de mecanismos primários (homogêneo e heterogêneo) e de mecanismos secundários. A teoria de nucleação clássica descreve a nucleação primária homogênea com base na organização das moléculas em uma rede cristalina, sem interferência externa. Na nucleação primária heterogênea, uma substância externa (por exemplo, um núcleo de cristalização) fornece energia para a nucleação. Neste mecanismo a nucleação ocorre mais rapidamente e por isso é comercialmente mais importante. Na nucleação secundária, os cristais existentes no sistema geram novos núcleos através de mecanismos de contato (HARTEL, 2013). Este mecanismo é influenciado por numerosos parâmetros, incluindo a força motriz para cristalização, temperatura, aditivos, impurezas, taxa de agitação, número e tamanho dos cristais existentes e características da superfície do cristalizador (SMITH et al., 2011). Após a formação, os núcleos dos cristais rapidamente começam a aumentar, tornando-se uma estrutura compacta, baseado na deposição de moléculas e no crescimento da matriz cristalina.
Diferenças nas formas cristalinas resultam em diferentes empacotamentos moleculares de triacilgliceróis. O alto grau de complexidade molecular permite que um mesmo conjunto de TAGs empacote-se em diversas estruturas, com diferentes níveis de estabilidade (SATO, 2001). A possibilidade dos triacilgliceróis em assumir organizações estruturais diferentes, tanto no estado sólido como no líquido, é denominada polimorfismo (LAWLER; DIMICK, 2008).
Os cristais podem apresentar-se predominantemente em três formas polimórficas: α, β’ e β, em ordem crescente de estabilidade (Figura 1). A forma é metaestável, com empacotamento de cadeia hexagonal. A forma ’ possui estabilidade intermediária e empacotamento perpendicular ortorrômbico. E a forma possui maior estabilidade, devido à necessidade de maior energia de ativação para nucleação, com empacotamento paralelo triclínico (SCHENCK; PESCHAR, 2004; MARTINI; AWAD; MARANGONI, 2006).
Fonte: adaptado de RØNHOLT, et al. (2014).
As diferentes espécies de TAGs que compõem os óleos e gorduras originam diferentes tipos de cristais. A formação de cristais mistos ou compostos é baseada nas semelhanças ou diferenças apresentadas na configuração molecular, como comprimento da cadeia, o grau de insaturação, a natureza de duplas ligações e distribuição regioespecífica (METIN; HARTEL, 2005). A gordura do leite se cristaliza predominantemente na forma polimórfica β’, o que resulta em melhores propriedades funcionais devido a sua maciez e melhor capacidade de aeração, possibilitando seu uso como matéria-prima para aplicação em sistemas lipídicos (LÓPEZ et al., 2002; RØNHOLT; MORTENSEN; KNUDSEN, 2013).
Hexagonal (α) Ortorrômico (β’) Triclínico (β) Figura 1. Ilustração das formas polimórficas dos triacilgliceróis.
Conhecer e controlar o processo de cristalização de óleos e gorduras é uma forma de garantir sua estabilidade nos sistemas alimentícios complexos (TALBOT et al., 2006; FOUBERT et al., 2007). Fatores como a taxa de resfriamento (WOODROW; DEMAN, 1967) e a presença de compostos minoritários (WRIGHT et al., 2000; MAZZANTI et al., 2004) afetam o processo de cristalização da gordura do leite.
Woodrow e Deman (1967) observaram que durante o resfriamento rápido, a gordura do leite cristalizou predominantemente na forma α. No entanto, quando a gordura foi submetida ao processo de temperagem observou-se a formação de cristais nas formas β’ e β. Os primeiros cristais formados após resfriamento lento da gordura do leite são constituídos por triacilgliceróis trissaturados, como a tripalmitina (PPP). A segunda variedade cristalina é composta de triacilgliceróis contendo uma cadeia acil insaturada ou saturada de cadeia curta, como BuPP e PPO (P = palmítico, O = Oleico, Bu = ácido butírico) (LAVIGNE, 1995).
A presença de compostos minoritários, tais como lipídios polares, mono- e diacilgliceróis, colesterol, fosfolipídios e ácidos graxos livres na gordura do leite é decorrência do processo de obtenção da GAL, a qual não passa pelo processo de refino. Os lipídios polares, comumente encontrados na membrana do glóbulo de gordura do leite, retardam o início da cristalização e reduzem a taxa de crescimento dos cristais (MAZZANTI et al., 2004), enquanto sua remoção favorece a cristalização (WRIGHT et al., 2000).
A manutenção da forma polimórfica durante o armazenamento é desejável e é dependente do tempo, da temperatura, bem como da composição química da base lipídica (RIBEIRO et al., 2010). A distribuição não randômica de espécies de triacilgliceróis característica da gordura do leite (JENSEN, 2002) pode favorecer a manutenção da forma β’ indefinidamente, o que é desejável para a aplicação em sistemas lipídicos.
A gordura do leite, por apresentar composição química diferenciada, comportamento de cristalização, fusão e hábito polimórfico únicos, apresenta-se como uma matéria-prima alternativa para estruturar novas bases lipídicas. Com este foco, estudos foram conduzidos para obtenção de bases lipídicas plásticas, usando ou não a interesterificção, a partir da mistura de gordura do leite com óleo canola (ROUSSEAU et al., 1996, ROUSSEAU; HILL; MARANGONI, 1996a, ROUSSEAU; HILL; MARANGONI, 1996b), de milho (RODRIGUES; GIOIELLI, 2003; RODRIGUES; ANTON; GIOIELLI, 2003, RODRIGUES; GIOIELLI; ANTON, 2003), de girassol (RODRIGUES-RACT, et al, 2010), de palma (DANTHINE, 2012) e ésteres de fitoesteróis (RODRIGUES et al, 2007). De forma geral, os autores avaliaram a composição química, o conteúdo de gordura sólida, a
consistência e microestrutura e demonstraram o papel estruturante da gordura do leite na composição de novas bases lipídicas.
De todos estes estudos, somente Rodrigues et al. (2007) e Danthine (2012) avaliaram a constituição de bases lipídicas a partir da gordura do leite não interesterificadas. Rodrigues et al. (2007) observaram que o comportamento de misturas de gordura do leite e ésteres de fitoesterol foi antagônico. As misturas apresentaram menores pontos de fusão, consistência e conteúdo de gordura sólida devido à formação de um sistema eutético. Danthine (2012) avaliou a mistura de gordura do leite e óleo de palma e observou que as alterações na consistência foram controladas pelo conteúdo de gordura sólida, pela microestrutura e polimorfismo do material, evidenciando a capacidade da gordura do leite de estruturar o sistema. Sistemas com adições superiores a 50 % do óleo de palma à gordura do leite apresentaram incompatibilidade.
Com a reconhecida capacidade da gordura do leite de manter uma matriz oleosa na rede cristalina, sua mistura a óleos vegetais com alto teor de ácidos graxos insaturados pode viabilizar o desenvolvimento de bases lipídicas plásticas com teor reduzido de ácidos graxos saturados. Neste contexto, o óleo de girassol alto oleico apresenta-se como uma alternativa promissora para compor misturas com a gordura do leite.
O óleo de girassol alto oleico (OGAO) foi desenvolvido por pesquisadores russos a partir da mutagênese química e cruzamentos seletivos do girassol visando à obtenção de uma variedade de semente estável às condições climáticas, e, com alto teor de ácido oleico (O’BRIEN, 2009). A composição típica do OGAO é representada por 3-5 % de ácido palmítico (C16:0), 2-6 % de ácido esteárico (C18:0), 75 a 88 % de ácido oleico (C18:1) e menos de 1 % de ácido linolênico (C18:3), que confere a este óleo estabilidade oxidativa dez vezes superior em relação aos óleos de soja, canola e ao próprio óleo de girassol de composição regular (GROMPONE, 2005).
O OGAO, considerado uma matéria-prima premium, é geralmente utilizado em aplicações alimentícias que requerem o emprego de óleo líquido com estabilidade oxidativa excepcional. Possui sabor e aroma neutros, característica associada ao seu alto potencial de aplicação em alimentos, cosméticos e fármacos, e tem sido direcionado à obtenção de produtos de máxima segurança toxicológica e biodegradabilidade (McKEON, 2005).
2.4 Métodos instrumentais de avaliação de bases lipídicas
Estudos de óleos, gorduras e bases lipídicas para aplicações industriais, devem basear-se principalmente na compreensão das relações entre parâmetros tais como composição de triacilgliceróis, ponto de fusão, conteúdo de gordura sólida (CGS), comportamento térmico, cinética de cristalização, microestrutura, firmeza e hábito cristalino (O'BRIEN, 2009). As técnicas instrumentais associadas a este tipo de estudo incluem análises cromatográficas, ressonância magnética nuclear (RMN), calorimetria diferencial de varredura (DSC, do inglês Differential scanning calorimetry), microscopia sob luz polarizada, penetrometria de cone e difração de raios-X (TORO-VASQUEZ et al., 2002; CAMPOS, 2005).
O conteúdo de gordura sólida, determinado por RMN, expressa a relação entre o conteúdo de gordura sólida e óleo líquido em temperaturas definidas, sendo um parâmetro importante para predizer possíveis aplicações das bases lipídicas, além de ser utilizado para o estudo da compatibilidade de gorduras em diferentes proporções (KARABULUT; TURAN; ERGIN, 2004).
A cinética de cristalização também pode ser estudada por RMN, onde o desenvolvimento de material cristalino sólido ocorre em função do tempo, permitindo a aquisição de diferentes parâmetros cinéticos e termodinâmicos, que proporcionam uma visão da natureza do processo de cristalização (RIBEIRO et al., 2009b). O modelo Avrami, desenvolvido em 1940, é o modelo mais utilizado para descrever a cinética de transformação da fase isotérmica e relaciona a cinética determinada experimentalmente com a forma de crescimento e estrutura final da rede cristalina (NARINE et al., 2006). A caracterização da cinética de cristalização é realizada de acordo com o tempo de indução (tSFC), conteúdo máximo de gordura sólida (SFCmáx) e os parâmetros de Avrami, indicando a constante de velocidade (k), o mecanismo de cristalização (n) e o período necessário para que 50 % da cristalização ocorra [meio tempo de cristalização (t1/2)], que expressa a magnitude entre os valores k e n. A constante da velocidade de cristalização (k) depende principalmente da temperatura de cristalização. Essa dependência é expressa geralmente pela equação de Arrhenius, e leva a nucleação e a taxa de crescimento dos cristais em consideração. O expoente de Avrami, n, é sensível ao mecanismo de cristalização, no que diz respeito ao processo de nucleação e dimensões do crescimento. A nucleação pode ser esporádica ou instantânea e o crescimento cristalino pode ocorrer em uma, duas, ou três dimensões, caracterizando a formação de agulha, discos ou cristais em forma de esferulitos,
respectivamente (Tabela 5) (McGAULEY; MARANGONI; 2002; MARANGONI, 2005; RIBEIRO et al., 2009b).
Tabela 5. Valores para o Expoente de Avrami (n) para diferentes tipos de crescimento e nucleação. Tipo de crescimento(a) Tipo de nucleação (b) Expoente de Avrami (n)
Tipos de crescimento de cristais e de nucleação esperada
3 1 3 + 1 = 4 Crescimento esferulítico com nucleação esporádica 3 0 3 + 0 = 3 Crescimento esferulítico com nucleação instantânea 2 1 2 + 1 = 3 Crescimento tipo disco com nucleação esporádica 2 0 2 + 0 = 2 Crescimento tipo disco com nucleação instantânea 1 1 1 + 1 = 2 Crescimento tipo agulha com nucleação esporádica 1 0 1 + 0 = 1 Crescimento tipo agulha com nucleação instantânea (a) Tipo de crescimento: 3 = esferulítico; 2 = disco; 1= agulha.
(b) Tipo de nucleação: 1= esporádica; 0 = instantânea.
Fonte: Adaptado de WRIGHT et al. (2000); McGAULEY; MARANGONI (2002).
O comportamento térmico de bases lipídicas reflete as propriedades gerais de funcionalidade e aplicabilidade e é dependente da composição química do sistema. As mudanças de fase líquido-sólido e sólido-líquido, cristalização e fusão, respectivamente, constituem o aspecto mais importante das propriedades físicas. A cristalização resulta em uma contração de volume, associada a um efeito exotérmico. A fusão, contrariamente, concorre para expansão de volume, caracterizando um efeito endotérmico. Através do DSC, fenômenos térmicos relacionados à cristalização e fusão de uma base lipídica são verificados monitorando a entalpia e as transições de fase das diversas misturas de triacilgliceróis (TAN; CHE MAN, 2002).
A rede estrutural de gorduras plásticas é fortemente influenciada pelas propriedades dos cristais, tais como tamanho, morfologia e forma polimórfica, o que, por sua vez, está diretamente associada à firmeza e aos aspectos sensoriais (TANG; MARANGONI, 2006). Os cristais formados podem ser visualizados através da técnica de microscopia sob luz polarizada, e podem apresentar as seguintes formas: esferulitos A: cristais com núcleo compacto, cercados de agulhas longas e finas, distribuídas radialmente; esferulitos B: pequenos núcleos cercados de cristais orientados aleatoriamente; Cachos: grupos de cristais
pequenos aproximadamente esféricos, arranjados aleatoriamente; feixes: cristais distribuídos de forma paralela, orientados aleatoriamente formando uma estrutura semelhante a uma rede; aglomerados: agregados de cristais esferulitos e cachos (BERGER et al., 1979).
Embora a firmeza esteja relacionada com as propriedades mecânicas das gorduras, nenhuma definição universalmente aceita desta propriedade existe (RIBEIRO et al., 2009b). A determinação experimental da firmezaa permite compreender as propriedades de bases lipídicas como condições de plasticidade e espalhabilidade do produto (HAIGHTON; 1959).
O hábito cristalino pode ser identificado através de difração de raio-X. 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 0,42 nm, apresentado arranjo hexagonal; a forma β’ apresenta short spacings 0,37-0,40 nm e a 0,42-0,43 nm sendo caracterizado pelo empacotamento ortorrômbico e perpendicular, a forma β a 0,46 nm, com empacotamento triclínico (SCHENCK; PESCHAR, 2004; HIMAWAN, STAROV STAPLEY, 2006).
