IMPACTO DO PROCESSO NAS PROPRIEDADES DE GÉIS ÁCIDOS DE GELANA

IMPACTO DO PROCESSO NAS PROPRIEDADES DE GÉIS

ÁCIDOS DE GELANA

T.P. Santos

, R. L. Cunha

1-Departamento de Engenharia de Alimentos – Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia de Alimentos – CEP: 13083-862 – Campinas – SP – Brasil, Telefone: 55 (19) 4025 – Fax: 55 (19) 3521-4027 – e-mail: (tatiana.porto90@gmail.com)

RESUMO – Goma gelana vem sendo estudada e utilizada devido às suas interessantes propriedades, podendo ser utilizada como agente gelificante, estabilizante e formador de estrutura, auxiliando e modificando a textura de produtos. A gelana, por ser um biopolímero aniônico é influenciada pelo pH, sendo, portanto, sua estrutura dependente do composto adicionado para o ajuste de pH e das condições de adição dessa substância. Géis de gelana formados sob diferentes condições de processo foram avaliados quanto às suas propriedades mecânicas, capacidade de retenção de água e de estrutura. Esses géis foram produzidos através da formação de solução aquosa de goma gelana seguida de adição direta (ácido clorídrico) ou indireta (glucona-δ-lactona) de ácido. Foi observado que os compostos e o processo de adição dos componentes influenciam e modificam a estrutura da gelana, sendo que, em adição indireta sua estrutura fica mais forte, com poros menores e uma estrutura mais homogênea.

ABSTRACT - Gellan gum have been studied and used due to its interesting properties, which can be used as a gelling, stabilizer and structural agent, making, this gum capable to modify products texture. Gellan gum is an anionic biopolymer that is influenced by pH. Therefore, its structure depends on the compound added for pH adjustment and conditions of the substance addition. Gellan gels formed under different process conditions were evaluated according to their mechanical properties, water holding capacity and structure. These gels were produced by the formation of gellan gum solution with direct addition (chloridric acid) or indirect addition (glucono-δ-lactone) of acid. The components and the process exerted a greater influence on the gellan structure, and in the indirect addition, the formed structure was stronger with smaller pores and more homogeneous structure.

PALAVRAS-CHAVE: gelana; propriedades mecânicas; processo; estrutura.

KEYWORDS:gellan; mechanical properties; process; structure.

1. INTRODUÇÃO

A goma gelana é um polissacarídeo produzido pela bactéria Sphingonomas elodea e sua estrutura é formada por uma cadeia linear de tetrassacarídeos possuindo um grupo lateral carboxílico (1,3- -d-glucose, 1,4- -d-glucuronic acid, 1,4- -d-glucose, 1,4- -l-rhamnose) (Jansson et al., 1983; O’Neill et al., 1983).

A capacidade gelificante da gelana pode ser modificada pela adição de ácidos, já que a formação dos géis está associada diretamente ao pH da solução. A adição de ácido proporciona a redução da repulsão eletrostática entre as cadeias de gelana, devido à carga positiva dos íons H+ _e,

consequentemente, aumenta a formação de zonas de junção originando uma ligação mais forte entre as cadeias (Yamamoto e Cunha, 2007).

Sendo assim, o objetivo desse estudo foi investigar o efeito do pH e do processo de acidificação na formação de géis de gelana. Os géis foram caracterizados quanto às suas propriedades mecânicas (tensão e deformação na ruptura), capacidade de retenção de água (CRA) e microestrutura utilizando microscopia eletrônica de varredura (MEV).

2. MATERIAL E MÉTODOS

2.1 Material

Goma gelana desacilada (Kelcogel® F) fornecida pela Kelco Biopolymers (Brasil), GDL (Glucona-δ-lactona) adquirido de Sigma-Aldrich, HCl (ácido clorídrico) e água deionizada. Todos os reagentes eram de grau analítico.

2.2 Preparo das Soluções e Formação dos Géis de Gelana

Goma gelana foi dispersa na concentração de 1,5 % (m/m) em água deionizada sob agitação magnética por 10 minutos à temperatura ambiente. Em seguida foi submetida a tratamento térmico à 80 ºC por 30 minutos em um béquer encamisado. Após o tratamento térmico três metodologias foram avaliadas:

- a solução foi acondicionada em cilindros plásticos previamente lubrificados com silicone e mantidos a 25 ºC por 48 horas;

- HCl 1 M foi adicionado até alcançar pH 3 ± 0,5 e então a solução foi acondicionada em cilindros plásticos previamente lubrificados com silicone e mantidos a 25 ºC por 48 horas e

- a solução foi resfriada até 50 ºC e foi adicionado GDL em concentração que levasse a pH 3 ± 0,5 após 48 horas. Em seguida, a solução foi acondicionada em cilindros plásticos previamente lubrificados com silicone e mantidos a 25 ºC por 48 horas. Testes prévios com adição de GDL foram necessários para a determinação da quantidade de GDL a ser adicionada.

2.3 Propriedades Mecânicas

Ensaios de compressão uniaxial foram realizados para a determinação das propriedades mecânicas em equipamento TA-XT-Plus Texture Analyzer (Stable Microsystems Ltd, Surrey, UK) equipado com uma geometria de cilindro de acrílico com 80 mm de diâmetro lubrificado com óleo de silicone para minimizar o atrito entre o gel e a geometria.

Tensão (σH) e deformação (εH)de Hencky ou verdadeira foram calculados de acordo com as

Equações 1 e 2, respectivamente:















)

(

)

(

A

H

t

H

t

F



















)

(

ln

H

t

H



onde F(t) é a força no tempo t, Ao e Ho são área e altura inicial, respectivamente. H(t) é a altura no

tempo t. As propriedades de ruptura foram obtidas no pico máximo da curva tensão-deformação, sendo a tensão de ruptura usada como indicador de força do gel e a deformação como indicador de sua deformabilidade.

2.4 Capacidade de Retenção de Água (CRA)

Amostras cilíndricas com dimensões 20 mm x 20 mm (altura x diâmetro) foram envolvidas em papel de seda e de filtro e colocadas em tubos de centrífuga de 50 mL e, então centrifugadas em 200 g durante 10 min a 25 °C (Allegra 25 - R, A-10 rotor, Beckman Coulter, Alemanha). A quantidade de água liberada dos géis foi quantificada gravimetricamente e a capacidade de retenção de água dos géis calculada a partir da Equação 3 e expressa em porcentagem de água retida.

































água

água

x

WHC

100

1

onde águagel é a quantidade inicial de água na amostra (g) e águaliberada é a água retida no papel de seda

e de filtro (g).

2.5 Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV)

Amostras do gel com aproximadamente 10 mm x 5 mm x 5 mm foram fixadas por 24 horas em glutaraldeído 2,5 % em tampão cacodilato 0,1 M pH 7,2 e em seguida, lavadas duas vezes com tampão cacodilato. Os géis fixados foram fraturados em nitrogênio líquido e pós fixados em tampão tetróxido de ósmio durante 2 horas. Os géis foram então desidratados em uma série gradual de etanol (30, 50, 70 e 90% (v/v)) e, então, em etanol 100% (v/v) (três lavagens em 1 hora). Em seguida, as amostras foram submetidas à secagem em ponto crítico (Critical Point Dryer CPD03 Balzers, Alzenau, Germany) e então, os “stubs” foram montados e recobertos com ouro em um Sputter Coater SCD 050-Balzers. As imagens foram realizadas em um microscópio VEGA 3 SBU (Tescan, República Tcheca) operado a 15 kV utilizando um aumento de x2000. Dez imagens foram realizadas para cada gel.

2.6 Análise dos Dados

As diferenças significativas foram determinadas pelo teste de Tukey. As análises estatísticas foram realizadas com o auxílio do software Sisvar 5.6 (Ferreira, 2011) e o nível de confiabilidade foi de 95%.

3. RESULTADOS E DISCUSSÃO

3.1 Propriedades Mecânicas

As Figuras 1 e 2 mostram as propriedades mecânicas, tensão e deformação na ruptura, do gel controle (sem acidificação) e dos acidificados direta e indiretamente.

Figura 1 – Tensão na Ruptura das diferentes amostras

Figura 2 – Deformação na Ruptura das diferentes amostras

De acordo com os resultados pode-se observar que os géis com redução de pH de 5,3 (pH natural da solução de gelana) para 3 ± 0,5 são mais fortes. Além disso, géis formados com adição de GDL são mais fortes, possuindo uma tensão na ruptura maior que o dobro dos géis formados com HCl. Por outro lado, a deformação na ruptura dos géis também foi alterada, sendo que o GDL e HCl reduziram essa propriedade.

De modo geral, esses resultados podem ser explicados pelo fato da gelana ser um polímero aniônico e, portanto, quando adicionados íons hidrogênio, esses começam a anular as cargas negativas da gelana e a repulsão entre as moléculas é reduzida, já que ocorre a aproximação das moléculas de gelana. Quanto menor o pH, menor a densidade de carga (Horinaka et al., 2004) resultando em um decréscimo da repulsão eletrostática fazendo com que a gelana se torne um polieletrólito menos aniônico levando à maior facilidade da agregação molecular (Yamamoto e Cunha, 2007).

Os géis formados com adição de GDL possuem uma força superior àqueles formados com adição de HCl. Isso possivelmente ocorre devido às diferentes estruturas formadas em cada caso. Géis com adição de GDL são géis formados de maneira controlada, já que o GDL é um éster do ácido glucônico e, portanto, possui uma hidrólise e taxa de liberação que depende da concentração do precursor ácido e temperatura. Essa acidificação com GDL produz géis com diferentes texturas e aparências se comparados àqueles com acidificação direta com HCl.

Géis formados com acidificação direta possuem uma maior taxa de agregação, levando a uma menor ligação entre as moléculas de gelana, impactando diretamente na força e na elasticidade dos géis (Norton et al, 2011).

3.2 Capacidade de Retenção de Água (CRA)

A Figura 3 mostra a capacidade de retenção de água do gel controle (sem acidificação) e dos géis acidificados direta e indiretamente.

Figura 3 – Capacidade de retenção de água das diferentes amostras

A partir dos resultados é possível notar que apesar das capacidades de retenção de água serem altas elas diferiram significativamente, sendo que o gel controle obteve uma maior capacidade de retenção de água, seguido do gel com GDL e por último o gel com HCl. Sendo assim, podemos notar que o GDL além de melhorar a propriedade de tensão na ruptura ele mantém de maneira mais eficiente a capacidade de retenção de água do gel.

3.3 Estrutura dos Géis

Através da Figura 4 pode-se observar que géis produzidos com adição direta de HCl mostram poros maiores, enquanto géis formados com GDL mostram poros mais fechados e compactos, levando à uma estrutura mais continua. Pode-se observar também que os géis formados com HCl possuem poros similares aos géis formados sem acidificação.

Figura 4 – Microscopia dos géis de gelana (A) sem acidificação (B) com adição de HCl e (C) com adição de GDL. Escala = 20 μm.

4. CONCLUSÃO

Pode-se concluir que a adição de compostos que levam à redução do pH dos géis de gelana auxiliam na sua formação, impactando diretamente na força do gel, na sua tendência à deformação e na sua capacidade de retenção de água. Além disso, esses compostos alteram a estrutura e porosidade dos géis, originando diferentes produtos, podendo ser utilizados de acordo com a característica de textura desejada.

5. AGRADECIMENTOS

Os autores agradecem a FAPESP (processo 2015/21677-4) e ao CNPq (processo 131524/2015-1) pelo auxílio financeiro, aos técnicos e auxiliares do laboratório pelos treinamentos experimentais e ao projeto CAPES (17284-2014) por fornecer utilização do microscópio eletrônico de varredura.

6. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

- Ferreira, D. F. (2011). Sisvar: a computer statistical analysis system. Ciência e Agrotecnologia (UFLA), 35 (6), 1039-1042.

- Horinaka, J., Kani, K. Hori, Y., & Maeda, S. (2004). Effect of pH on the conformation of gellan chains in aqueous systems. Biophysical Chemistry, 111 (3), 223–227.

- Jansson, P., Lindberg, B., & Sandford, P. (1983). Structural studies of gellan gum, an extracellular polysaccharide elaborated by Pseudomonas elodea. Carbohydrate research, 124 (1), 135-139.

- Norton, A. B., Cox, P. W., & Spyropoulos, F. (2011). Acid gelation of low acyl gellan gum relevant to self-structuring in the human stomach. Food Hydrocololloids, 25 (5), 1105-1111.

- O’Neill, M. A., Selvendran, R. R., & Morris, V. J. (1983). Structure of the acidic extracellular gelling polysaccharide produced by Pseudomonas elodea. Carbohydrate research, 124 (1), 123-133. - Yamamoto, F., & Cunha, R. L. (2007). Acid gelation of gellan: Effect of final pH and heat treatment conditions. Carbohydrate Polymers 68 (3), 517–527.