UNIVERSIDADE ESTADUAL PAULISTA “JULIO DE MESQUITA FILHO”
FACULDADE DE CIÊNCIAS AGRONÔMICAS
CAMPUS DE BOTUCATU
PRODUÇÃO DE AMIDO MODIFICADO DE MANDIOCA COM
PROPRIEDADE DE EXPANSÃO
THAÍS PAES RODRIGUES DOS SANTOS
Dissertação apresentada à Faculdade de Ciências Agronômicas da UNESP – Campus de Botucatu, para obtenção do título de Mestre em Agronomia (Energia na Agricultura).
BOTUCATU – SP Junho – 2012
UNIVERSIDADE ESTADUAL PAULISTA “JULIO DE MESQUITA FILHO”
FACULDADE DE CIÊNCIAS AGRONÔMICAS
CAMPUS DE BOTUCATU
PRODUÇÃO DE AMIDO MODIFICADO DE MANDIOCA COM
PROPRIEDADE DE EXPANSÃO
THAÍS PAES RODRIGUES DOS SANTOS
Orientador: Prof.ºDr. Cláudio Cabello
Dissertação apresentada à Faculdade de Ciências Agronômicas da UNESP – Campus de Botucatu, para obtenção do título de Mestre em Agronomia (Energia na Agricultura).
BOTUCATU – SP Junho – 2012
DEDICO,
A DEUS,
E
Aos meus pais,
Jesuino Rodrigues dos Santos Cleusa Isabel Paes dos Santos
AGRADECIMENTOS
Agradeço a Deus, que me conduziu durante todo esse curso nos momentos de alegrias, mas, sobretudo nos momentos de dúvidas e incertezas.
À minha família, pela compreensão, paciência, incentivo em todos os momentos da minha vida, principalmente naqueles de muitas dúvidas.
Ao CERAT, que além de contribuir para meu crescimento profissional e pessoal, disponibilizou toda estrutura e equipamentos para realização desse projeto.
Ao meu orientador, Cláudio Cabello, que me conduziu para a realização desse trabalho com conselhos profissionais e pessoais.
À professora Magali Leonel, pelas sugestões e longas conversas, assim como conselhos profissionais e pessoais.
As amigas e companheiras de profissão, Mariana Schmidt e Daniela Pigoli, por me apresentarem o curso e pelo incentivo para o início deste trabalho.
Às professoras Martha Maria Mishan e Maria Márcia Pereira Sartori, pela realização das análises estatísticas.
Aos técnicos de laboratório do CERAT, Luiz Henrique Urbano e Juliana Eburneo, que me deram suporte técnico no decorrer deste trabalho.
As secretárias do CERAT, Alessandra Luiza e Alessandra, pela atenção e suporte.
Aos funcionários da biblioteca e seção de pós-graduação da FCA, pelo auxílio, atenção e ajuda, durante este curso.
Aos amigos do CERAT, Alessandra Luiza, Juliana Eburneo, Cristiane Salata, Priscila Figueiredo, Felipe Curcelli, Fernanda Moretti, Ezequiel do Carmo, Sihélio Cruz, Ileana Camacho, Nice, Rodrigo Repke, Luiz Henrique, pela amizade e ajuda nas análises sensoriais.
A CAPES, pela concessão da bolsa de mestrado.
A Indústria Duas Rodas, pela doação das amostras de aroma. As bancas examinadoras da qualificação e defesa.
As minha amigas que com todo apoio e amizade me ajudaram, em diversos momentos durante a realização dessa dissertação, Raquel Bertani, Débora Rizatto, Andréa Franco, Juliana Carvalho, Mariana Oliveira, Miriam Silva, Larissa Santiago, Juliane Paes, Carol Paes, Isabela Iessi e Érica Barros.
A todos que de alguma maneira me ajudaram e contribuíram para a realização deste trabalho.
SUMÁRIO
Páginas
LISTA DE TABELAS ... X LISTA DE FIGURAS ... XII
RESUMO ... 14
SUMMARY ... 16
1 INTRODUÇÃO ... 18
2 REVISÃO DE LITERATURA ... 21
2.1 Mandioca (Manihot esculenta Crantz) ... 21
2.2 Amido ... 22
2.3 Amidos Modificados ... 26
2.3.1 Amido de mandioca modificado com expansibilidade ... 29
2.4 Pão de queijo ... 35
3 MATERIAL E MÉTODOS ... 39
3.1 Matéria Prima ... 39
3.2 Caracterização da matéria prima e do amido de mandioca modificado ... 39
3.2.1 Acidez titulável e pH ... 40 3.2.2 Açúcares redutores ... 40 3.2.3 Amido ... 41 3.2.4 Cinzas ... 41 3.2.5 Fibras ... 42 3.2.6 Lipídios ... 42 3.2.7 Proteínas ... 42 3.2.8 Umidade ... 43
3.2.9 Determinação da concentração de grupos carbonil ... 43
3.2.10 Determinação da concentração de grupos carboxil ... 43
3.2.14 Volume específico, Densidade e Índice de expansão ... 44
3.2.11 Propriedade de pasta (RVA) ... 45 3.2.12 Índice de absorção de água (IAA) e Índice de solubilidade em água (ISA) 46
3.2.13 Resistência a ciclos de congelamento e descongelamento ... 47
3.2.16 Cor ... 47
3.3 Processo de modificação do amido ... 48
3.3.1 Planejamento experimental ... 49
3.3.2 Modificação fotoquímica do amido de mandioca nativo ... 53
3.4 Aplicação: Pão de queijo ... 54
3.4.1 Ingredientes ... 54
3.4.2 Modo de preparo ... 55
3.5 Caracterização dos pães de queijo ... 55
3.5.1 Preparo das amostras de pão de queijo para análises físico-químicas ... 55
3.5.2 Composição centesimal dos pães de queijo ... 56
3.5.3 Valor energético total ... 56
3.5.5 Caracterização física dos pães de queijo ... 56
3.5.5.1 Volume específico, Índice de expansão e Densidade ... 56
3.5.5.3 Dureza dos biscoitos ... 56
3.5.5.2 Espessura de crosta ... 57
3.5.6 Cor ... 57
3.5.7 Teste de aceitabilidade ... 57
3.6 Análises estatísticas ... 58
4 RESULTADOS E DISCUSSÃO ... 59
4.1 Composição centesimal da matéria prima ... 59
4.2 Ensaios ... 60
4.3 Caracterização do amido modificado ... 69
4.3.1 Composição centesimal das amostras de polvilho azedo e do amido de mandioca modificado. ... 69
4.3.1 Grupos carbonil e carboxil ... 70
4.3.4 Volume específico, índice de expansão e densidade ... 71
4.3.2 Propriedade de pasta (RVA) ... 74
4.3.3 Índice de absorção de água (IAA) e Índice de solubilidade em água (ISA) . 75 4.3.3 Resistência a ciclo de congelamento e descongelamento ... 76
4.4 Caracterização dos pães de queijo ... 78
4.4.1 Composição físico-química e valor energético total ... 78
4.4.3 Caracterização física (Volume específico, Índice de expansão, Densidade, Dureza e Espessura de crosta) ... 79
4.4.2 Cor ... 81
4.4.3 Teste de aceitabilidade ... 82
5 CONCLUSÕES ... 85
LISTA DE TABELAS
Página Tabela 1. . Níveis das variáveis de concentração de ácido lático e tempo de exposição do ensaio 3. ... 51 Tabela 2. Planejamento fatorial 52 completo simples do ensaio 3. ... 52 Tabela 3. Composição centesimal da amostra de amido de mandioca nativo. ... 60 Tabela 4. Resultados obtidos das análises de volume específico e carboxil das amostras do ensaio 1. ... 60 Tabela 5. Resultados da análise de volume específico dos corpos de prova dos tratamentos do ensaio 2. ... 62 Tabela 6. Resultados obtidos de volume específico nos tratamentos realizados no ensaio 3. ... 64 Tabela 7. Coeficientes de regressão estimados e ANOVA para volume específico dos tratamentos realizados. ... 65 Tabela 8. Coeficientes de regressão estimados e ANOVA para volume específico dos tratamentos realizados (modelo ajustado). ... 66 Tabela 9. Resultados obtidos de volume específico dos corpos de provas dos tratamentos realizados no ensaio 3, teste Tukey e quadro da análise de variância dos tratamentos realizados. ... 67 Tabela 10. Composição centesimal das amostras de polvilho azedo, amido de mandioca modificado comercial e amido de mandioca modificado. ... 69 Tabela 11. Teores de grupos carbonil e carboxil e total de oxidação das amostras de amido. ... 70 Tabela 12. Médias de volume específico, índice de expansão e densidade das amostras de amido. ... 72 Tabela 13. Resultados das análises de viscosidade das amostras de amido. ... 75 Tabela 14. Médias do índice de absorção de água (IAA) e índice de solubilidade em água (ISA) das amostras de amido. ... 76 Tabela 15. Luminosidade L*, croma a* e croma b* das amostras de amidos... 77 Tabela 16. Composição centesimal, umidade e quantidade de calorias das amostras de pão de queijo. ... 78
Tabela 17. Médias de volume específico, índice de expansão, densidade e dureza das amostras de pão de queijo. ... 79 Tabela 18. Resultados das medições de espessura de crosta, superior e inferior, das amostras de pão de queijo. ... 80 Tabela 19. Luminosidade L*, croma a* e croma b* das amostras de pão de queijo... 81 Tabela 20. Percentagem de notas entre 7 e 9 atribuídas na análise sensorial global das amostras de pão de queijo. ... 83
LISTA DE FIGURAS
Página
Figura 1. Estrutura molecular da amilose. ... 23
Figura 2. Estrutura molecular da amilopectina. ... 23
Figura 3. Fluxograma do processo industrial de extração do amido de mandioca. ... 25
Figura 4. (A) Tanques de fermentação do amido de mandioca; (B) Jiraus para secagem do polvilho azedo. ... 29
Figura 5. (A) Área de secagem do polvilho azedo; (B) Revolvimento do polvilho azedo, para secagem completa. ... 30
Figura 6. Fluxograma do processo de produção de pão de queijo. ... 36
Figura 7. Perfil típico de viscosidade do amido ... 46
Figura 8. Imagem padrão para avaliação de cor. ... 48
Figura 9. Esquema da mesa de exposição à Luz UV... 48
Figura 10. Fluxograma da metodologia da modificação do amido nativo do ensaio 1. ... 50
Figura 11. Fluxograma da foto modificação do amido de mandioca nativo do ensaio 3. .... 53
Figura 12. Fluxograma da foto modificação do amido nativo de mandioca (ensaio final). . 54
Figura 13. Corpos de provas da análise de volume específico das amostras de amido. Da amostra AMN, amido de mandioca nativo e modificado (Tratamento 13). ... 65
Figura 14. Efeito do tempo de exposição no volume específico dos tratamentos realizados. ... 66
Figura 15. Efeito da concentração de ácido lático no volume específico dos tratamentos realizados. ... 68
Figura 16. Corpos de provas da análise de volume específico das amostras de amido. Amostras de polvilho A, B, amido de mandioca nativo (AMN) e amido de mandioca modificado (AMM). ... 72
Figura 17. Corpos de provas da análise de volume específico das amostras de amido Amostras de polvilho A, B e C e amido de mandioca modificado (AMM). ... 73
Figura 18. Pães de queijo após assados cortados ao meio. ... 80
Figura 19. Pães de queijo assados das amostras, de polvilho azedo A, B e C, AMMC e AMM. ... 81
Figura 20. Gráfico de distribuição da frequência de notas na escala hedônica das amostras de pães de queijo. AMM: amido de mandioca modificado; AMMC: amido de mandioca modificado comercial. ... 82 Figura 21. Gráfico de distribuição da frequência de notas na escala hedônica das amostras de pães de queijo formados nos grupos de notas. ... 83
RESUMO
O amido de mandioca apresenta características que o diferenciam de outras fontes vegetais e tem sido preferido à medida que atende demandas por aplicações especificas. Utilizado nestas aplicações, in natura ou modificados, vem requerendo pesquisas e desenvolvimento de novas características, principalmente, incorporadas por modificações físicas, químicas e/ou enzimáticas. O polvilho azedo é um amido modificado por via fotoquímica em um processo de fermentação anaeróbia e secagem ao sol, não havendo padronização no produto final, quanto suas características físico-químicas e comportamentais, o que é indesejável para aplicações industriais, como na indústria de alimentos. Muitas pesquisas já foram realizadas a fim de investigar fatores que determinam o desenvolvimento da propriedade de expansão do polvilho azedo e revelaram que a fermentação lática e a exposição ao sol são os mais importantes. A partir disso, o presente trabalho teve como objetivo a avaliação de modificação com a oxidação do amido de mandioca com diferentes concentrações de ácido lático e secagem em diferentes tempos de exposição à radiação UV, buscando um protocolo de processo que apresentasse características desejáveis, como baixos níveis de acidez, elevada expansão e controle na qualidade físico-químicas, físicas e de pasta, com o intuito de se assemelhar ao polvilho
azedo. Foram realizados ensaios que indicaram a melhor forma de modificação assim como a variação do tempo de exposição da mesma, definindo assim, o protocolo de modificação de amido para o desenvolvimento da propriedade de expansão. Os amidos foram modificados por via úmida, oxidação com solução de ácido lático 85% PA a 2%, durante 10 minutos, em temperatura ambiente e agitação constante. Na sequência, o amido foi recuperado por filtragem a vácuo e exposto à radiação UV durante 60 minutos, com revolvimento do material a cada 15 minutos, em seguida, foi levado à estufa de circulação de ar a 45ºC durante 7 horas, para completar a secagem. Os amidos de mandioca modificados (AMM) foram analisados quanto a composição físico-química e suas propriedades físicas e comportamentais, sendo comparado a três amostras comerciais (A, B e C) de polvilho azedo, adquiridas no comercio local e uma amostra de amido de mandioca modificado comercial (AMMC). Em relação à composição química, o AMM se assemelhou as amostras de polvilho azedo, na maioria dos itens, exceto no teor de acidez, o qual estava de acordo com a legislação, diferente do ocorrido com as amostras de polvilho. Quanto à expansibilidade verificou-se que o AMM apresentou volume específico semelhante aos de duas das três amostras de polvilho azedo (amostras A e B) e ficou próximo do valor do AMMC, assim como no índice de expansão. Em relação a viscosidade final, a do amido AMM diminuiu cerca de 40% comparado com o amido nativo, mostrando a degradação sofrida no granulo do amido pelo processo de oxidação seguido de exposição UV foi intensa. As análises sensorial e física dos pães de queijo mostraram não haver diferença estatística frente a duas amostras de polvilho azedo (A e B), se diferenciando apenas da amostra C e AMMC, as quais não foram aprovadas pelos degustadores. Portanto, com os resultados obtidos, pode-se concluir que o protocolo de modificação fotoquímica, desenvolvida no presente trabalho, pode ser utilizada para a produção de amido de mandioca modificado com propriedade de expansão.
PRODUCTION OF STARCH MODIFIED WITH PROPERTY OF EXPANSION, FROM CASSAVA. Botucatu, 2011. 92 p. Dissertação (Mestrado em Agronomia/Energia na Agricultura) - Faculdade de Ciências Agronômicas, Universidade Estadual Paulista.
Author: THAÍS PAES RODRIGUES DOS SANTOS Adviser: Prof. Dr. CLÁUDIO CABELLO
SUMMARY
The cassava starch has characteristics that differentiate it from other plant sources and has been preferred as it meets demands for specific applications in the food industry, used both native as modified. Because of this industry is requesting searches for the development of new features, with modifications physical, chemical and/or enzymes. The cassava starch sour is a starch modified by a photochemical process of anaerobic fermentation and drying in the sun, there is no standard in the final product as its physicochemical characteristics and behavior, which is undesirable for industrial applications such as in food industry. Many studies have been conducted to investigate factors that determine the development of the expansion property of cassava starch, these
showed that the lactic acid fermentation and sun exposure are most important. From this, the present study aimed to evaluate changes in the oxidation of cassava starch with different concentrations of lactic acid and drying at different times of UV exposure, seeking a protocol process to produce desirable characteristics such as low levels of acidity, high growth and control in the physico-chemical, physical and paste, in order to resemble the sour. Assays were performed which showed the best way to modification as well as the variation in time of exposure of the same, thereby defining the protocol modification of starch for the development of expansion property. The starches have been modified by wet oxidation with lactic acid, solution 85% PA, 2% during 10 minutes at room temperature with constant stirring. Further, the starch was recovered by filtration under vacuum and exposed to UV radiation for 60 minutes and revolving material every 15 minutes, then was brought in an oven air circulation at 45 ° C for 7 hours to complete the drying. The cassava modified starches (AMM) were analyzed for physico-chemical composition and physical properties and behavior, as compared to three commercial samples (A, B and C) of sour cassava, acquired in local market and a sample of starch modified cassava trade (AMMC). Regarding the chemical composition, the AMM samples resembled sour in most items cassava, except for acidity, which was in accordance with the law, unlike what occurred with the samples of flour. As to the expansibility was found that the specific volume AMM showed similar to two of three samples sour (samples A and B) and was close to the value of the AMMC, as the expansion ratio. For final viscosity, the starch AMM decreased by 40% compared to native starch, showing the slump of the starch granules in the process of oxidation was followed by intense UV exposure. Analyses of physical and sensory cheese breads showed no statistical difference compared to two samples of cassava starch (A and B)cassava, differentiating only sample C and AMMC, which were not approved by the tasters. Therefore, with these results, we can conclude that the photochemical modification protocol, developed in this study may be used for the production of tapioca starch modified with expansion property.
1 INTRODUÇÃO
O amido de mandioca é um produto bastante utilizado em vários setores industriais, como têxtil, petrolífero, mineradora, e principalmente alimentício. No setor de alimentos sua aplicação se deve ao seu alto valor energético e suas propriedades, seja ele utilizado como matéria prima principal ou como ingrediente. O amido nativo algumas vezes não promove nos produtos às características desejáveis, devido a isso, a pesquisa sobre modificações que possam ser aplicadas nesse amido, assim como suas possíveis aplicações, se tornaram muito frequentes e conhecidas, pois elas ajustam o amido para ser utilizado em diversos tipos de produtos, como de baixo teor de gordura, congelados, sobremesas, etc., a fim de colocá-lo de forma competitiva no mercado.
As modificações podem ser físicas, químicas, enzimáticas ou combinadas, visando modificar a estrutura do amido para que assim ele possa ser ajustado à determinada aplicação produzindo os efeitos desejados. Exemplos de modificações são: extrusão, anneling, gelatinização, oxidação, acidificação, dextrinização. Os efeitos em processos industriais podem ser: maior resistência ao cisalhamento e a ciclo de congelamento/descongelamento, manutenção de viscosidade e estrutura, formação de géis, produção de monossacarídeos, entre outros.
Considerando o processo de fermentação natural na fabricação deste tipo de amido modificado, existe a dificuldade na produção de produtos padronizados, sem grandes variações no conteúdo de ácidos produzidos na etapa de fermentação e nas suas características, física e química.
O polvilho azedo é o produto originado por uma modificação fotoquímica por oxidação com ácidos orgânicos produzidos numa fermentação anaeróbia do amido de mandioca, seguida de secagem ao sol. Sua aplicação na panificação é muito conhecida, e alguns exemplos são o pão de queijo e o biscoito de polvilho. Sua principal característica se deve a sua propriedade de expandir durante o forneamento, o que ocorre sem a adição de fermentos químicos ou biológicos.
A produção do polvilho azedo é bastante difundida porém ainda não há um conclusão sobre o tipo de modificação ocorrida na molécula do amido para o desenvolvimento de sua expansão, juntamente a isso as pesquisas evidenciaram que a secagem ao sol e a presença de ácido lático são os dois principais fatores responsáveis por esta característica de expansibilidade.
Com base nos fatores já conhecidos muitos autores (OVIEDO, 1991; NUNES e CEREDA, 1994; MESTRES E ROUAU, 1997; PLATA-OVIEDO e CAMARGO, 1998; DEMIATE et al., 2000; VATANASUCHART et al., 2003; TAKIZAWA et al., 2004; VATANASUCHART et al., 2005; APLEVICZ e DEMIATE, 2007; MACHADO et al., 2007; SHIRAI et al., 2007) desenvolveram trabalhos com a suspensões de amido em soluções de ácidos, como ácido clorídrico, acético, lático, entre outros e secagem em estufa, com lâmpadas de mercúrio e lâmpadas com radiação UVA, UVB e UVC, na tentativa de substituir o tempo de fermentação e a secagem em locais abertos na produção de polvilho azedo.
O presente trabalho teve como objetivo a avaliação da modificação com a oxidação por via úmida do amido de mandioca com diferentes concentrações de ácido lático e de exposição em diferentes tempos à radiação UVC, buscando um protocolo de processo que apresentasse um produto com características desejáveis às indústrias de alimentos. Características essas, como baixos níveis de acidez, elevada expansão e controle na qualidade físico-químicas, físicas e de pasta, com o intuito de se assemelhar ao polvilho azedo. Com o intuito de comparação utilizou-se três amostras de polvilho azedo e uma
amostra de amido de mandioca modificado comercial. Em seguida, a fim de verificar sua aplicação, realizou-se a confecção de pães de queijo com o amido foto modificado, amostras de polvilho azedo e amido modificado comercial, com a caracterização quanto às propriedades físico-químicas e físicas e avaliação sensorial.
2 REVISÃO DE LITERATURA
2.1 Mandioca (Manihot esculenta Crantz)
A cultura da mandioca tem origem no continente americano, provavelmente no Brasil, na região amazônica fronteiriça da Venezuela. Foi disseminada pelo mundo através dos negociantes portugueses, antes de 1600, que a levaram ao continente africano e depois até a África Oriental e Ásia. (CEREDA, 2002)
O Brasil é um dos maiores produtores mundiais de mandioca, ocupando o terceiro lugar, atrás de Nigéria e Tailândia. Já no continente é o maior produtor, seguido pelo Paraguai e Colômbia. A produção nacional de mandioca somou, em 2010, 26,6 milhões de toneladas de raízes, numa área de 1,9 milhões de hectares. Apesar de ser cultivada em todo o país, a produção concentra-se em três estados, onde estão 50% da produção brasileira: Pará, Bahia e Paraná (INSTITUTO BRASILEIRO DE GEOGRAFIA E ESTATÍSTICA, 2010).
A mandioca apresenta uma série de vantagens em relação a outros cultivos: fácil propagação, elevada tolerância a longas estiagens, rendimentos satisfatórios
mesmo em solos de baixa fertilidade, potencial resistência ou tolerância a pragas e doenças (CEREDA, 2002).
A mandioca é uma raiz com alto teor de amido, por isso se constitui em alimento energético básico de milhões de habitantes dos trópicos de todo o mundo. No Brasil, é cultivada em quase todas as regiões, sendo utilizada principalmente sob a forma de farinha e outros produtos industrializados. O consumo de mandioca de mesa no Brasil é muito grande. A maior parte dessa mandioca é produzida em culturas de “fundo de quintal”, cuja produção não passa por processo organizado de comercialização.
A mandioca não é somente utilizada no consumo humano, mas também na produção de rações como farinhas, raspas e pellets. O seu uso na indústria também vem crescendo cada vez mais, principalmente, devido ao amido, que pode ser utilizado nas indústrias alimentícias como glicose, maltose, substitutos de gordura, dextrinas, como também nas indústrias têxtil, farmacêutica, papel e celulose, calçados, tintas, petrolífera e para a produção de álcool como combustível, e também para adição em bebidas e perfumarias (SAMPAIO et al., 1994).
2.2 Amido
Amidos são citados como os produtos amiláceos extraídos de partes comestíveis de cereais, tubérculos, raízes ou rizomas, segundo a Resolução RDC nº 263/2005 da Comissão Nacional de Normas e Padrões para Alimentos da Agencia Nacional de Vigilância Sanitária (ANVISA) (Brasil, 2005), que revoga a Resolução CNNPA nº 12/78, itens Cereais e Derivados, Amidos e Féculas.
O amido é a principal substância de reserva nas plantas superiores e fornece de 70 a 80% das calorias consumidas pelo homem. A matéria-prima é disponível em quantidades suficiente e os processos industriais permitem que o amido seja extraído com elevada pureza. Trata-se de uma matéria-prima renovável e não tóxica (VAN DER BURGT et al., 2000).
O amido é o produto final do processo fotossintético e reserva de carbono das plantas. Sua formação ocorre devido à atividade combinatória de algumas enzimas, tanto nas organelas fotossinteticamente ativas, onde o amido é reserva temporária,
quanto nos amiloplastos de órgãos de reserva (CEREDA, 2002) A biossíntese do amido ocorre no interior dos cloroplastos e amiloplastos onde estão localizadas enzimas que catalisam a síntese de polímeros, utilizando como material básico a glicose produzida na fotossíntese (GALLIARD e BOWLER, 1987). Após a síntese dos polímeros amilose e amilopectina, os grânulos de amido são formados. A funcionalidade do amido assim como sua organização física na estrutura granular é atribuída grandemente a estes dois polímeros (BILIADERIS, 1991).
A amilose é um polímero linear constituído de unidades de D-glicose, unidas entre si por ligações tipo Į- 1,4 com uma extremidade redutora e uma não redutora (Figura 1). A amilopectina é formada por cadeias curtas de amilose, ligadas entre si de modo a formar uma estrutura ramificada (Figura 2). Estas ramificações são formadas por ligações Į- 1,6, com média de uma a cada 18 a 28 unidades de glicose da cadeia de amilose, de forma que uma molécula de amilopectina contem entre 4 e 5% deste tipo de ligação (MANNERS e MATHESON, 1981).
Figura 1. Estrutura molecular da amilose.
O amido deve muito de sua funcionalidade a estas duas macromoléculas, assim como à organização física das mesmas dentro da estrutura granular (BILIADERIS, 1991). A proporção entre a amilose e amilopectina é variável com a fonte botânica, o que irá conferir características específicas à pasta de amido, como capacidade de absorção de água e temperatura de gelatinização (CABELLO, 1995).
A composição do amido é apenas de carboidratos. No entanto, o produto apresenta substâncias tais como matéria graxa, proteínas e cinzas, que são originarias da própria planta. As quantidades dessas substâncias dependem da composição da planta e do método de extração e purificação (CEREDA, 2002). A produção total mundial de amido está estimada em aproximadamente 60 milhões de toneladas por ano, a partir de diversas matérias primas, como raízes, tubérculos e cereais. Cerda de 54% da produção é destinada ao uso alimentício. A principal matéria prima é o milho, que corresponde a cerca de 70%, seguido da mandioca (10%).
A produção anual de amido nativo de mandioca no Brasil foi de, aproximadamente, 542 mil toneladas em 2010 (CENTRO DE ESTUDOS AVANÇADOS EM ECONOMIA APLICADA, 2011), sendo o estado de Paraná o maior produtor com 74,6% do total, seguido de Mato Grosso do Sul e São Paulo. Como a produção brasileira de amido destina-se basicamente ao mercado interno com mais de 95%, fica evidente a crescente demanda durante os últimos anos, uma vez que o volume produzido deste produto passou de 170 mil toneladas em 1990 para 584 mil toneladas em 2009 (ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE AMIDO DE MANDIOCA, 2009) . O país vem conquistando espaço no mercado internacional, sua exportação foi cerca de 6 mil toneladas em 2010 (ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE AMIDO DE MANDIOCA, 2010b). Os maiores consumidores do amido de mandioca são a indústria de papel e papelão (23,8%), seguido de atacadistas (19,8%), indústria de massas, biscoitos e panificação (18,7%) e frigoríficos (16,3%) (ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE AMIDO DE MANDIOCA, 2009a).
Na Figura 3 está descrito o processo industrial de extração do amido de mandioca utilizado no Brasil.
Figura 3. Fluxograma do processo industrial de extração do amido de mandioca.
Os amidos nativos são usados, principalmente, para preparo de alimentos e na indústria de papel e cartonagem (CEREDA et al., 2003). Sua utilização em alimentos é interessante por se tratar de produtos fabricados a partir de matérias-primas genuínas e isentas de sujidade, destacando sua naturalidade quanto aos vegetais modificados geneticamente. Recebimento de matéria-prima Pesagem da carga Descarregamento Lavagem e Descascamento Desintegração Extração Concentração Pré-secagem e secagem AMIDO Casca e sujidades Bagaço Manipueira
Nem sempre os amidos, na sua forma nativa, possuem propriedades físico-químicas adequadas para o processamento, e assim, muitas vezes os amidos são modificados para serem utilizados na fabricação de alimentos, sendo em sua maioria modificado quimicamente (BeMILLER, 1997).
2.3 Amidos Modificados
Os amidos modificados têm ampla aplicação em diversos setores da indústria, como têxtil, papeleira e alimentícia. As modificações do amido nativo visam proporcionar produtos amiláceos com propriedades específicas para sua utilização em diversos processos, podendo com isso aumentar sua valorização e seu uso.
O Brasil tem expressiva produção de amido modificado, segundo dados da Associação Brasileira de Amido de Mandioca (ABAM), o país exportou cerca de 35 mil toneladas de amido modificado (ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE AMIDO DE MANDIOCA, 2010a).
Conforme a Portaria nº 540 do Ministério da Saúde (BRASIL, 1997) amidos modificados quimicamente não são considerados como aditivos alimentares, devendo ser mencionados na lista de ingredientes como amidos modificados, e os amidos naturais e amidos modificados por via física ou enzimática devem ser mencionados na lista de ingredientes como amidos.
Existem várias formas para classificar as modificações em amido. Uma separa as modificações entre físicas, químicas, enzimáticas ou combinadas, outra entre reações degradativas e não degradativas. As reações degradativas alteram a estrutura física e química do amido, de forma que suas propriedades não são mais reconhecidas. Nas reações não degradativas a aparência e até algumas características da estrutura física e química do amido são mantidas, de forma que pode ser difícil de reconhecer se o amido foi ou não modificado (CEREDA et al., 2003).
As modificações por processo físico incluem o uso do calor, radiações e cisalhamento, sendo o primeiro o mais importante, pois afeta o amido de diferentes formas, dependendo da umidade. As modificações físicas mais utilizadas são a pré-gelatinização e o annealing.
Segundo Moorthy (1994), o amido pré-gelatinizado é usado no preparo de muitos alimentos instantâneos uma vez que é mais miscível em água e leite que os amidos nativos. Também são usados em produtos de panificação e confeitaria, sopas, cremes e sobremesas instantâneas. O processo para a obtenção do amido pré-gelatinizado pode ser realizado por pré-tratamento em autoclaves ou jet-cooking, com aquecimento da suspensão a temperaturas em torno de 100 a 160°C para a total solubilização do amido, seguido de desidratação em spray-dryer, drum-dryer ou extrusor.
Outro tipo de modificação física é o chamado annealing. O amido é mantido em temperaturas inferiores às de gelatinização em excesso de água, resultando na diminuição do potencial de lixiviação da amilose e pelo aumento na temperatura e da entalpia de gelatinização, assim como a diminuição da faixa de gelatinização e aumentando também a hidrolise por Į-amilase, pois há reorganização das cadeias de amilose, tornando difícil a ação das enzimas.
Outros processos de modificações, como os processos enzimáticos, transformam os amidos em dextrinas, maltose e glicose, sendo usados nas indústrias de alimentos, principalmente em bebidas fermentáveis ou não fermentáveis e as dextrinas na produção de cola.
As modificações por reações químicas englobam diversos métodos, como por exemplo, acidificação e oxidação, com introdução de agentes químicos. Também se tem os amidos fosfatados, que são importantes na redução de gordura. Esta modificação pode ser realizada através da reação com vários sais inorgânicos de fosfato, bem como com reagentes orgânicos desenvolvidos especialmente, para este fim. A fosfatação do amido afeta drasticamente sua capacidade coloidal.
A modificação química do amido por fosfatação caracteriza-se por aumentar o poder de inchamento e a solubilização dos grânulos, além de reduzir a temperatura de gelatinização, bem como aumentar a claridade da pasta e a viscosidade do gel (SIVAK e PREISS, 1998). Além disso, as pastas de amido fosfatado possuem maior estabilidade durante a armazenagem e frente aos ciclos de congelamento/descongelamento, possibilitando seu uso em produtos congelados ou enlatados (LIM e SEIB, 1993).
De acordo com Silva et al. (2006), a análise de resistência a ciclos de congelamento e descongelamento é importante para caracterizar um tipo de amido em
termos de sua aplicabilidade em alimentos que devem ser refrigerados e/ou congelados, visto que a liberação de água é geralmente prejudicial à qualidade do produto final.
A retrogradação é basicamente um processo de cristalização das moléculas de amido que ocorre pela forte tendência de formação de pontes de hidrogênio entre moléculas adjacentes. A associação das moléculas do amido propicia o desenvolvimento de uma rede tridimensional mantida coesa pelas áreas cristalinas. Esta rede é formada por grânulos de amido parcialmente inchados e componentes do amido em solução. A formação desta rede durante o resfriamento resulta no aparecimento de gel (HOOVER, 2001). Com o tempo, este gel formado tem a tendência de liberar água. Esta liberação de água é conhecida como sinerese e é comumente encontrada em alguns produtos como molhos em geral.
As modificações de amidos também podem ser acidas para diminuir a viscosidade, através da reação do amido com quantidade especifica de reagentes e controle de pH e temperatura. A oxidação pode gerar diferentes produtos dependendo dos agentes modificadores utilizados (CEREDA et al., 2003; MOORTHY, 1994). Os amidos podem ser oxidados por diversos agentes como o hipoclorito de sódio e de cálcio, o persulfato de amônio, o permanganato de potássio, o peróxido de hidrogênio, o ácido peracético, o cloridrato de sódio e os perboratos e ácidos hipoclóricos (CEREDA et al., 2003; SWINKELS, 1996). Dependendo do agente oxidante e das condições de reação, podem preferencialmente ser introduzidos grupos carboxil, aldeído ou cetona nas ma-cromoléculas constituintes do amido (DIAS, 2001).
O uso de amidos oxidados na indústria alimentícia tem aumentado devido a sua baixa viscosidade, alta estabilidade e claridade, formação de filme e propriedade de retenção de água. Também são utilizados como coberturas de alimentos, agentes ligantes em produtos de confeitaria e como emulsificantes (KONOO et al., 1996), balas de goma, sorvetes, sopas, conservas, doces pastosos, além de empanados de peixe e carne bovina (DEMIATE et al., 2005; PAROVUORI, et al., 1995).
2.3.1 Amido de mandioca modificado com expansibilidade
2.3.1.1 Polvilho azedo
Um produto bastante utilizado na culinária brasileira é o amido fermentado de mandioca, comumente chamado de polvilho azedo, que possui características peculiares que lhe conferem propriedades tecnológicas diferenciadas, em particular, sua capacidade de expansão, necessária para a produção de biscoitos de polvilho, produto tipicamente brasileiro e de grande aceitação (CEREDA, 1973).
O polvilho azedo é obtido a partir da fermentação natural do amido de mandioca. O processo é bastante rudimentar e tem a seguinte sequência: após a obtenção do amido, ainda úmido o mesmo é disperso em tanque e coberto por uma camada de 10 a 20 cm de água, para ocorrer à fermentação anaeróbia. Os tanques podem ser revestidos por lonas ou serem construídos de alvenaria e a área dos tanques coberta por toldos ou telhas (Figura 4A). Após o período de 30 a 40 dias de fermentação o amido é retirado, triturado e seco pela ação do sol e do vento em jiraus adaptados (Figura 4B). Os jiraus ficam a 1,2m de altura do solo e podem ser cobertos por lona plástica preta ou por tecido.
Figura 4. (A) Tanques de fermentação do amido de mandioca; (B) Jiraus para secagem do polvilho azedo.
Um fator limitante para a produção é o espaço requerido para a secagem, além da grande quantidade de mão de obra utilizada, pois o amido tem que ser
revirado de tempos em tempos para que a secagem seja realizada de forma homogênea (Figura 5). Outros inconvenientes também são de elevada importância, como as perdas durante o recolhimento perante a ameaça de chuva e também perdas ocasionadas pela ação dos ventos fortes, bem como a incorporação de contaminantes.
Figura 5. (A) Área de secagem do polvilho azedo; (B) Revolvimento do polvilho azedo, para secagem completa.
A produção de polvilho azedo é normalmente realizada por pequenas e médias empresas, sem controle de qualidade intenso e dependente das condições climáticas, devido seu processo de secagem, gerando assim um produto sem padrão e muitas vezes de péssimas características tecnológicas.
O polvilho azedo é considerado um amido modificado por oxidação. Devido a esta modificação, adquire a propriedade de expansão que outros amidos não têm, a qual permite seu uso na fabricação de biscoitos de polvilho e pão de queijo (CEREDA, 2002). Sua classificação é realizada de acordo com o teor de acidez, em polvilho doce ou polvilho azedo, respectivamente, máximo 1,5 e 5,0 ml de NaOH/100g (BRASIL, 1978).
Uma das consequências da fermentação é a formação de ácidos orgânicos, principalmente, lático, acético, butírico, propiônico, fórmico e succínico (CEREDA, 1973), formados a partir do desenvolvimento de uma microflora durante a fermentação do amido. Por se tratar de um produto ainda artesanal, o mesmo apresenta
grande heterogeneidade quanto à qualidade do produto, visto que pode haver variação na produção de ácidos durante a fermentação do amido, e também contaminações físicas devido a sua secagem ser realizada em locais abertos, expostos ao vento com sujidades que podem provir do ambiente.
Demiate et al. (1999) estudaram o perfil de ácidos orgânicos de amostras de polvilho azedo comercial utilizando o método de cromatografia líquida de alta eficiência. Detectaram quantidades de 0,036 a 0,813% de ácido lático, 0 a 0,068% de ácido acético, 0 a 0,013% de ácido propiônico e 0 a 0,057% de ácido butírico nas amostras de polvilho azedo analisadas. Acidez total variou entre 0,013 e 0,813%, evidenciando que ocorreram grandes variações nas quantidades de ácidos orgânicos e acidez total entre as amostras. A correlação existente entre a acidez total e a quantidade de ácido lático sugere que este ácido é o componente mais importante da acidez do amido fermentado de mandioca. Este estudo mostrou o perfil heterogêneo de ácidos orgânicos presentes no polvilho azedo, proveniente de diversas regiões, o que sugere a necessidade de melhorar o processo de produção com o propósito de normalizar a qualidade do mesmo.
Os amidos com propriedade de expansão são utilizados, frequentemente, na confecção de biscoitos e pão de queijo, porém sua utilização em snack´s e em outros produtos de panificação têm sido estudada, pois o amido de mandioca é livre de glúten, sendo um produto indicado a pessoas com intolerância ao glúten, denominados celíacos. A propriedade de expansão é uma característica exclusiva do amido de mandioca fermentado, visto que o amido de milho, seu maior concorrente, não tem essa propriedade.
O mecanismo de expansão dos biscoitos de polvilho azedo durante o forneamento pode ser similar ao dos produtos extrusados, em que três fatores principais estão envolvidos na expansão do amido de mandioca fermentado durante o forneamento. Em primeiro lugar, a força motriz é representada pela pressão de vapor da água retida, o que aumenta com o aumento da temperatura, induzindo o crescimento da
bolha. Em segundo lugar, transições térmicas modificam as
propriedades termomecânicas de massa, afetando o comportamento reológico e expansão da massa. Finalmente, a condição de perda de água do biscoito, que depende da permeabilidade da massa (BERTOLINI et al., 2001).
Segundo Pereira (1998), o polvilho azedo confere ao pão de queijo as seguintes características: maior volume; textura mais porosa com maior número de células de ar; miolo esponjoso, mais leve e elástico; casca lisa e uniforme.
2.3.1.2 Amido modificado quimicamente
Muitos estudos sobre a obtenção de amido de mandioca com propriedade de expansão já foram realizados, visando identificar as estruturas físicas e químicas dos amidos fermentados, ou modificados por ácidos e/ou óxidos, a fim de se ter um melhor entendimento dos fenômenos ocorrentes durante a obtenção dos mesmos. Foram utilizados adição de diversos ácidos, como ácido lático, acético, propiônico, butírico e clorídrico, e oxidantes como peróxido de hidrogênio e permanganato de potássio, hipoclorito de sódio e diferentes modos de secagem, como ao sol, radiação/Luz UV e estufa de circulação.
A característica tecnológica de expansão é verificada em amidos fermentados e secos ao sol ou previamente tratados com ácido lático, secos ao sol ou expostos à radiação UV (NUNES e CEREDA, 1994; VATANASUCHART et al., 2005).
O emprego de agentes oxidantes, como permanganato de potássio e hipoclorito de sódio, na modificação do amido, confere ao mesmo propriedades peculiares. As principais modificações são a oxidação dos grupos redutores a grupos carboxílicos e a formação de grupos carbonil mediante oxidação das hidroxilas e quebra de ligações glucosídicas das cadeias de amido (ABDEL-HAFIZ, 1995 input SILVA et al., 2008).
A propriedade de expansão é um importante indicador de degradação parcial dos grânulos em função do tratamento oxidativo (MESTRES E ROUAU, 1997).
O conteúdo de grupos carbonil e carboxil indica o grau de oxidação do amido, sendo que esses grupos são originados nas hidroxilas dos carbonos nas posições dois, três e seis. A reação de oxidação do amido é acompanhada de quebra de ligações glicosídicas, com parcial despolimerização do amido (WURZBURG, 1986 input KUAKPETOON e WANG, 2001).
A expansão de amido modificado, com ácido orgânico e secagem ao sol, é resultado de interações entre ácidos e o amido, catalisado pela irradiação UV da luz solar, sendo que essa seja também a explicação para o desenvolvimento da propriedade de expansão do amido de mandioca fermentado (polvilho azedo) (PLATA-OVIEDO e CAMARGO, 1998). Essa hipótese também é mencionada por Machado et al. (2007), que após estudos relatam que a radiação UV demonstrou ser um catalisador da etapa de secagem, além de demonstrar maior capacidade de absorção de água e maior resistência, apresentando maiores picos no perfil do poder de inchamento.
Modificações ácidas de amido de mandioca nativo mostraram que a propriedade de expansão dos biscoitos elaborados com este amido sofre influência quanto ao tipo e concentração do ácido adicionado (ácido clorídrico ou ácidos orgânicos) e tempo de hidrólise. Considerando apenas tipo de ácido, o acido lático foi o que se mostrou mais eficiente no desenvolvimento de expansibilidade, obtendo biscoitos com volumes específicos médios (PLATA-OVIEDO, 1991).
Plata-Oviedo (1998) verificou que a secagem do amido fermentado de mandioca através da utilização de luz ultravioleta desenvolvia a propriedade de expansão, porém com a necessidade da presença de ácidos orgânicos. O mesmo autor realizou um estudo sobre o efeito da modificação ácida (ácido clorídrico ou ácidos orgânicos) e do tipo de secagem (estufa ou ao sol) no desenvolvimento da propriedade de expansão do amido nativo de mandioca, observando que as amostras tratadas com ácido clorídrico, ácido acético, lático ou propiônico, ou com misturas binárias ou terciárias desses ácidos, não apresentaram expansão quando secas em estufa, mas ocorreu grande aumento no volume específico quando as amostras foram secas ao sol, tendo a amostra tratada com ácido lático apresentado a maior expansão. Resultados similares foram obtidos por Nunes e Cereda (1994a), ao submeterem o amido de mandioca nativo a tratamento com ácido lático e secagem em estufa e ao sol.
Modificação de amido de mandioca por tratamento oxidativo com permanganato de potássio e ácido lático seco em estufa de circulação foram realizadas por Takizawa et al. (2004) e resultaram em amidos modificados com maiores valores de expansão e teor de carboxil que o amido nativo.
Estudo realizado com modificação de amido de mandioca por tratamento oxidativo, com peróxido de hidrogênio durante 15 minutos a temperatura ambiente e secagem em estufa de circulação a 45°C por 24 horas, resultou em altos índices de expansão nos biscoitos do amido modificado, 11,7cm.g-1, o qual foi comparado com o polvilho azedo que obteve volume específico médio de 7,4 cm.g-1 (APLEVICZ e DEMIATE, 2007). Em estudo semelhante, Shirai et al. (2007) utilizou peróxido de hidrogênio e sulfato ferroso hepta-hidratado 0,01%, com o objetivo de introduzir grupos carboxil e carbonil a fim de obter amido modificado com propriedade de expansão, demonstrou haver relação entre o aumento de grupos carboxil e carbonil com o aumento da propriedade de expansão.
Demiate et al. (2000) estudou a modificação de amido de mandioca com ácidos e oxidantes, visando o desenvolvimento da propriedade de expansão pela introdução de grupos carboxil e secagem em estufa, seus resultados mostraram amostras com altos valores de expansão, as amostras somente acidificadas e secas ao sol também mostraram capacidade de expansão, mas em menores valores e as amostras secas artificialmente apresentaram pequena expansão. Tratamento com permanganato de potássio (soluções com 0,06N a 0,01N) durante 15 minutos, seguido de imersão em soluções de 0,79 a 1,00% (p/p) de ácido lático durante 30 minutos e secas artificialmente apresentaram volume específico dos biscoitos em torno de 17cm.g-1, já quando foi utilizado ácido cítrico os valores situaram-se em torno de 13cm.g-1 e tratadas com hipoclorito de sódio (solução a 2,4%) durante 15 minutos e imerso em solução com ácido lático (0,86% p/p) apresentaram volume específico de 10cm.g-1.
Vatanasuchart et al. (2003) estudaram a influência da irradiação UV na propriedade de expansão do amido de mandioca tratado em solução ácido lático a 1% (p/p) durante 15 minutos, em seguida o amido seco foi irradiado com lâmpadas em estufa de circulação de diferentes comprimento de ondas UV, por tempos entre 7 a 15 horas. As ondas utilizadas foram: UVBA (280-420 nm; 64% UVB e 36% UVA), UVB (300-330 nm) ou UVC (254nm). Os biscoitos das amostras secas em lâmpadas UVB ou UVC, por 7 e 9 horas, foram os que apresentaram maior volume específico, sendo que o maior volume específico obtido foi de 12,23 cm.g-1 da amostra seca em lâmpada UVB por 9h. Os autores
verificaram que a reação da energia UV causa uma parcial despolimerização das moléculas de amilose.
As literaturas disponíveis sobre as modificações ácidas de amido de mandioca nativo para a obtenção de amido modificado com propriedade de expansão ainda não demonstram haver completo conhecimento das ações ocorridas no amido durante este processo, assim como a necessidade ou não da luz solar durante a secagem. Porém, a utilização de ácido lático demonstra ser de grande influência nesta modificação de amido, pois ele está presente no amido de mandioca modificado naturalmente por fermentação.
2.4 Pão de queijo
O pão de queijo é basicamente um produto de panificação no qual se baseia no escaldamento do amido nativo de mandioca ou polvilho azedo com mistura de água ou leite, óleo ou margarina e sal, seguida da adição de ovos e queijos após o resfriamento da massa, com amassamento. É um produto de grande consumo em todo território brasileiro, e também bastante procurado por brasileiros que moram no exterior.
A origem do pão de queijo ainda não foi bem elucidada, acreditando-se que esse produto tenha surgido nas cozinhas das fazendas mineiras há mais de duzentos anos, de onde se disseminou por todo o país (PEREIRA, 1998), ou nos antigos casarões, onde os escravos faziam biscoito de polvilho, cuja formulação era desprovida de queijo; entretanto, acredita-se que, acrescentando-o à formulação chegou-se ao pão de queijo (MACHADO, 2001).
O pão de queijo é um produto de panificação que não contém glúten, pois em sua formulação não se utilizada farinha de trigo, e sim, amido nativo de mandioca, fermentado naturalmente e/ou modificado (PEREIRA et al., 1995). Sendo assim, pode ser consumido por pessoas portadoras de doença celíaca, que é a intolerância permanente à gliadina e a outras proteínas afins, contidas na dieta alimentar à base de trigo, aveia, cevada e centeio (PEREIRA, 2001; PIZZINATTO e ORMENESE, 2002).
A ausência na legislação brasileira, de padrões de qualidade e a inexistência de tecnologia padronizada para a elaboração de pão de queijo contribuiu para o a aparecimento de muitas receitas com diferentes ingredientes (MACHADO, 2003). O
produto pode ser comercializado pronto ou como massa crua e congelada, em formatos que variam para cada fabricante, diferindo na qualidade, aparência, volume, sabor, vida de prateleira e valor comercial. O congelamento das massas de pão de queijo propiciou uma ampliação de mercado, interno e externo, que era pouco explorado por esse produto. Esta evolução evidenciou a necessidade de se padronizar a sua fabricação, a fim de melhorar sua qualidade.
O método de fabricação adotado pela grande maioria dos produtores de pão de queijo utiliza como ingredientes básicos: amido nativo de mandioca e/ou polvilho azedo; queijo minas curado ou meia cura; óleo de soja, margarina ou gordura hidrogenada; leite integral; ovo líquido ou desidratado e sal. É utilizado o princípio básico de escaldamento do polvilho com água ou leite, óleo e sal, seguido da adição dos ovos e o queijo, até obter uma massa com textura desejada.
O processo de fabricação de pão de queijo envolve as seguintes etapas, apresentadas na Figura 6.
Figura 6. Fluxograma do processo de produção de pão de queijo. Polvilho azedo ou amido nativo
Escaldamento
Amassamento
Moldagem
Forneamento
Leite, margarina ou óleo e sal (em ebulição)
Adição de ovos e queijo
Pão de queijo Resfriamento da massa
Para a obtenção de massas de pão de queijo de melhor qualidade, o escaldamento é uma etapa essencial, dando-se preferência à utilização de leite integral na mistura de escaldamento para obtenção de pães de queijo com melhor sabor, textura, maciez, coloração da casca e aumento de seu valor nutricional. Esta etapa é realizada com o objetivo de iniciar o processo de gelatinização do amido, proporcionando características desejáveis ao produto final, obtendo assim massas mais fáceis de trabalhar e resultando em pães de queijo mais saborosos e macios (SANTOS, 2006).
Quando a temperatura aumenta e atinge certo intervalo, chamado temperatura de gelatinização, o grânulo começa a intumescer e formar soluções viscosas, em razão dos grupos hidroxilas expostos e também pelo rompimento das pontes de hidrogênio mais fracas entre as cadeias de amilose e amilopectina (CIACCO e CRUZ, 1982). Segundo Machado (2003), os pães de queijo de polvilho azedo que são submetidos ao escaldamento, apresentam melhores resultados de volume, textura, índices de expansão e menor densidade.
Após o resfriamento da massa inicia-se o amassamento da massa com a adição de ovos e queijo. Nesta etapa, ocorre à incorporação de certa quantidade de ar, o que irá melhorar o volume e a textura do produto assado (PIZZINATTO e ORMENESE, 2000; PEREIRA, 1998; JESUS, 1997).
Em seguida, o produto é moldado manualmente ou através de equipamentos apropriados, em formatos de pequenas bolas ou cilindros, que variam de tamanho e peso, dependendo do tipo de pão de queijo a ser produzido. Este é um ponto crítico do processo, já que devido ao grande manuseio do produto, pode acarretar contaminação microbiológica. Após a moldagem os pães seguem para o congelamento ou forneamento, dependendo do objetivo da produção.
Durante o forneamento, as paredes das células da massa sofrem modificações que impedem uma posterior expansão, formando simultaneamente, uma crosta na parte exterior do pão de queijo que impede o incremento posterior de volume (PEREIRA, 1998). Este crescimento é resultado de uma série de reações. Há o efeito puramente físico da expansão dos gases, fazendo com que a massa aumente de volume (PEREIRA, 2001).
Nos primeiros instantes do cozimento há um aumento constante de calor e, quando a temperatura chega próxima a 55°C, os grânulos do amido de mandioca começam a inchar e isto pode ser verificado pela retirada de água de outros ingredientes, aumentando a proporção do amido gelatinizado (PEREIRA, 1998). Próximo a 77°C, os grânulos do amido de mandioca aumentam de tamanho e são fixados na estrutura proteica (PEREIRA, 1998). Se esta etapa não for bem controlada, pode-se comprometer a qualidade final do pão de queijo (PEREIRA, 1998; JESUS, 1997).
3 MATERIAL E MÉTODOS
O desenvolvimento dos estudos foi realizado nos laboratórios do Centro de Raízes e Amidos Tropicais – CERAT, da UNESP, localizado no Campus da Fazenda Experimental Lageado, na cidade de Botucatu.
3.1 Matéria Prima
Para a realização da modificação foi utilizado amido de mandioca nativo (AMN) Girassol da Indústria de Produtos de Mandioca Sol Ltda., localizada na cidade de Cândido Mota/SP. Para efeito de comparação das propriedades, foram utilizadas três amostras de polvilho azedo de diferentes marcas, amostra A, B e C, compradas no comércio local, e também amostra de amido de mandioca modificado comercial (AMMC).
3.2 Caracterização da matéria prima e do amido de mandioca modificado
As amostras de polvilho azedo comercial (A, B e C), amido de mandioca nativo (ANM), amido de mandioca modificado (AMM) e amido de mandioca
modificado comercial (AMMC) foram caracterizadas quanto suas propriedades físico-químicas, físicas e de pasta.
3.2.1 Acidez titulável e pH
A acidez titulável foi determinada através de titulação com NaOH 0,1N até atingir o pH 8,2 a 8,3, utilizando solução alcoólica de fenolftaleína para determinação da mudança de cor. A suspensão de 10g de amostra em 100ml de água destilada foi agitada por 20 minutos, em seguida titulada. A acidez foi realizada em duplicata e expressa em mililitros de NaOH por 100g de matéria (Normas Analíticas do Instituto Adolfo Lutz, 1985).
O pH foi determinado por leitura direta do líquido sobrenadante, após mistura de 10g da amostra em 100ml de água destilada, realizados em duplicata (Normas Analíticas do Instituto Adolfo Lutz, 1985). Os resultados foram expressos na base seca em g.100g-1.
3.2.2 Açúcares redutores
Para determinar o teor de açúcares redutores, que representa o conteúdo total de açúcares livres da amostra, exceto a sacarose, amostras de aproximadamente 1,0g de cada amostra, foram pesadas em erlenmeyers de 125 ml, em triplicata. Em seguida, foram acrescentados 50 ml de água destilada e aquecidos em banho-maria à temperatura de 65ºC durante 30 minutos, com agitação constante. Após esse procedimento, as amostras foram resfriadas a temperatura ambiente e transferidas para balão volumétrico de 100 ml, e completado seu o volume com água destilada. Após a homogeneização e filtragem, foram determinados os açúcares redutores seguindo a metodologia de Somogyi (1945) e Nelson (1944). Os resultados foram expressos na base seca em g.100g-1.
3.2.3 Amido
A determinação de amido foi realizada pelo método enzimático. Amostras de 200 mg de amido foram pesadas em erlenmeyers, em triplicata, e diluídas em 42 ml de água. Foram acrescentados 1,0 ml de solução comercial de alfa-amilase as suspensões e colocados em banho-maria a 90ºC durante 120 minutos, com agitação constante. Após resfriamento das amostras, acrescentou-se 2,5 ml de tampão acetato 4 M, pH 4,8 e 5 ml de solução de amiloglucosidade Sigma na concentração de 10 mg.ml-1 e as retornaram para banho-maria a 55ºC por 120 minutos, com agitação constante. Após atingir temperatura ambiente, as amostras hidrolisadas foram transferidas para balões volumétricos de 250 ml e completado o volume com água destilada. Em seguida, 5 ml da amostra foram transferidos para balões volumétricos de 100 ml, neutralizadas com NaOH (4M), completado o volume com água destilada e filtradas, em seguida foram determinados o teor de açúcares redutores pelo método de Somogyi, adaptado por Nelson (1944), sendo feita a conversão para amido pela multiplicação da porcentagem de açúcar obtida pelo fator 0,9. Os resultados foram expressos na base seca em g.100g-1.
3.2.4 Cinzas
Para a determinação do teor de cinzas, conteúdo que representa o total de resíduos inorgânicos contidos na amostra (substâncias não voláteis a 550ºC), utilizou-se o método de incineração. Foram pesadas, em triplicata, amostras com aproximadamente 3,0g, em cadinho de porcelana tarados, e colocadas em mufla aumentando a temperatura até atingir 550ºC, em seguida deixadas por 2 horas ou até a calcinação completa. Após esse período as amostras foram colocadas em dessecador e pesadas para determinação da quantidade de cinzas (AOAC, 2006). Os resultados foram expressos na base seca em g.100g-1.
3.2.5 Fibras
Para determinar o teor de fibra bruta dos alimentos, que representa o conteúdo total de fibras, utilizou-se do método de digestão ácido-base. Foram pesados, em triplicata, aproximadamente 3,0g de cada amostra em béquer e transferidos para tubo de digestão, em seguida acrescentados 200 ml de solução de H2SO4 a 1,25% e submetidos à
ebulição branda durante 30 minutos. O material foi filtrado em filtro de papel e lavado com auxílio de água destilada quente. O material retido no filtro foi transferido para o tubo digestor com auxílio de 200 ml de NaOH a 1,25% e submetido novamente ao processo de digestão e filtragem, em papel filtro tarado. O filtro juntamente com a amostra retida foi submetido ao processo de secagem completa em estufa a 105ºC, com circulação de ar forçado. Em seguida, foram resfriados à temperatura ambiente por 1 hora em dessecador e pesados, conforme a metodologia da AOAC (2006). Os resultados foram expressos na base seca em g.100g-1.
3.2.6 Lipídios
O teor de lipídios foi determinador em extrator Soxhlet utilizando éter de petróleo para a extração. Foram pesadas, em triplicata, aproximadamente 3,0g de cada amostra em cartucho de papel e colocadas para extração, segundo a metodologia da AOAC (2006). Os resultados foram expressos na base seca em g.100g-1.
3.2.7 Proteínas
Para o teor de proteína bruta, que representa o conteúdo total de protídeos na amostra, foram pesadas, em triplicata, aproximadamente 200 mg de cada amostra, as quais foram submetidas em bloco digestor de proteína, seguido de destilação (Micro-Kjeldahl), obedecendo à metodologia da AOAC (2006). O fator utilizado para conversão do teor de nitrogênio em proteína bruta foi de 6,25. Os resultados foram expressos na base seca em g.100g-1.
3.2.8 Umidade
A determinação do teor de umidade, que representa o conteúdo total de água na amostra, foi obtida através da secagem do material em estufa a 105ºC, com circulação de ar forçado, até a obtenção de peso constante. Foram pesadas, em triplicata, aproximadamente 3,0g de amostra de cada material, após a secagem foram retiradas da estufa em dessecador e novamente pesadas, obedecendo ao método da AOAC (2006). Os resultados foram expressos em porcentagem.
3.2.9 Determinação da concentração de grupos carbonil
Para determinação dos grupos carbonil foram pesadas, em triplicata, amostras com aproximadamente 4,0g em béquer de 500ml e suspensas em 100ml de água destilada, em seguida foram submetidas à gelatinização em banho de água a 100°C por 20 minutos. Após resfriada a 40°C, foi ajustado o pH para 3,2 com de HCl 0,1 N e adicionado 15 ml de reagente hidroxilamina. O frasco foi tampado e colocado em banho de água a 40°C por 4 horas, com agitação lenta. O excesso de hidroxilamina foi determinado por titulação com solução padrão de HCl 0,1 N. O branco da análise, somente com o reagente hidroxilamina, foi realizado do mesmo modo. O reagente hidroxilamina foi preparado dissolvendo 25 gramas de hidrocloreto de hidroxilamina em 100 ml de NaOH 0,5 N e em seguida elevado a 500 ml com água destilada. A metodologia foi adaptada de Smith (1967). Os grupos carbonil foram calculados de acordo com a Equação 1 (Eq. 1) e os resultados expressos na base seca em g.100g-1.
(Eq. 1)
(
)
[
]
( )( )
b.s. g amostra da peso 100 x 0,028 x (HCl) N x gasto mL branco amostra carbonila m Porcentage = −3.2.10 Determinação da concentração de grupos carboxil
Para determinar a concentração de grupos carboxil foram pesados, em triplicata, aproximadamente 2,0g de amostra em béquer 50 ml e adicionados 25 ml de
HCl 0,1 N. A mistura foi mantida em agitação por 30 minutos, em agitador magnético, em seguida foi filtrada à vácuo em funil de vidro sinterizado de porosidade média e lavada com, aproximadamente, 400 ml de água destilada. O amido depositado foi transferido para um béquer de 500 ml e suspenso em 300 ml de água destilada, a suspensão foi gelatinizada em banho de água a 100°C com agitação constante por 15 minutos, até completa gelatinização. O volume da suspensão de amido gelatinizado foi elevada a 450 ml com água destilada e em seguida titulada até pH 8,3 com solução padrão de NaOH 0,01 N. A metodologia foi adaptada por Kuakpetoon e Wang (2001). Os grupos carboxílicos foram calculados através das Equações 2 e 3 e os resultados expressos na base seca em g.100g-1.
(Eq. 2)
[
]
( )( )
b.s. g amostra da peso 100 x (NaOH) N x gasto mL amido de 100g / acidez de Milieq = (Eq. 3) 0,045 x amido de g 100 acidez de milieq carboxila de m Porcentage » ¼ º « ¬ ª =3.2.14 Volume específico, Densidade e Índice de expansão
A propriedade de expansão das amostras foi avaliada seguindo a metodologia proposta por Cereda (1983), com algumas adaptações. Foram confeccionados 3 corpos de prova em formato redondo a partir de 20g de amostra e quantidade de água fervente suficiente para que a massa ficasse lisa, desprendendo das mãos. Os corpos de prova foram assados em forno elétrico termoestatizado a 200ºC por 16 minutos. Depois de frios foram pesados e o volume determinado por imersão em painço (transbordamento de painço) e leitura volumétrica em proveta, obtendo-se por cálculo o volume específico (expansão). O volume específico foi calculado conforme equação 4:
(Eq. 4)
( )
( )
g peso cm volume específico Volume 3 =Os corpos de provas foram classificados segundo a metodologia proposta por Nunes e Cereda (1994b) para a classificação dos biscoitos de polvilho em:
− Pequeno (< 5,0 cm3 .g-1); − Médio (de 5,0 a 10 cm3 .g-1); − Grande (> 10,0 cm3 .g-1).
A partir da análise de volume específico foi calculada também a densidade dos corpos de provas seguindo a equação 5:
(Eq. 5)
( )
( )
cm volume g peso Densidade= 3Para a determinação do Índice de expansão foram medidos a altura e diâmetro dos corpos de prova, confeccionados na análise de volume específico, com o auxílio de um paquímetro, da massa crua e após o forneamento, em seguida o índice de expansão foi calculado através da Equação 6:
(Eq. 6)
(
)
(
)
(
diâmetro alturadamassacrua 2)
2 prova de corpo do altura diâmetro expansão de Índice + + =
3.2.11 Propriedade de pasta (RVA)
As propriedades de pasta foram determinadas através do “Rapid Visco Analyser” (RVA), série 4, da “Newport Scientific” com auxílio do programa “Thermocline for Windows”, segundo método descrito no manual do fabricante (NEWPORT SCIENTIFIC, 1998). As amostras contendo 2,9 g de amido foram dispersas em 25 ml de água destilada. Para o cálculo desta concentração, anteriormente, foram efetuadas correções na quantidade de amido a ser pesada e na quantidade de água a ser adicionada, segundo a tabela fornecida pelo fabricante (Newport Scientific, 1998), tomando como base um teor de umidade de, aproximadamente, 12%, para obter um peso seco de amido de 2,9 g. A mistura foi agitada a 960 rpm por 10 segundos e a 160 rpm durante o restante do teste. A viscosidade aparente foi expressa em centipoise (Cp).
A programação de temperatura utilizada foi a STD 2: manutenção a 50ºC por 1 minuto, seguida de aquecimento de 50ºC a 95ºC, a uma taxa de 6ºC minutos-1.; manutenção a 95ºC por 5 minutos, e resfriamento a 50ºC, a 6ºC minutos-1. Do gráfico obtido, foram avaliadas as seguintes características: temperatura da pasta, viscosidade máxima (pico), quebra de viscosidade (diferença entre a viscosidade máxima e da pasta mantida a 95°C por 5 min.), viscosidade final e tendência à retrogradação (diferença entre a viscosidade final e da pasta a 50°C por 5 minutos) e tempo para atingir o pico, como mostra a Figura 7. As análises foram realizadas em duplicatas.
Figura 7. Perfil típico de viscosidade do amido
3.2.12 Índice de absorção de água (IAA) e Índice de solubilidade em água (ISA)
O IAA e ISA foram determinados pelo método descrito por Anderson et al. (1969), com pequenas modificações. Foram pesadas amostras de 2,5 g dos amidos, em triplicata, e suspensas em 30 ml de água, em tubos de centrifuga de 50 ml, previamente tarados. A suspensão foi agitada intermitente até sua homogeneização e centrifugada a 4000 rpm por 10 minutos. Uma alíquota de 10 ml do sobrenadante líquido
foi transferida para um cadinho de porcelana, de peso conhecido, e levada à estufa a 105°C, com circulação de ar, até atingir peso constante. O ISA foi obtido através do peso dos sólidos secos recuperados pela evaporação multiplicado por três, sendo o valor obtido chamado de resíduo da evaporação. O peso do resíduo da centrifugação foi obtido da diferença de peso do tubo de centrifuga com e sem a amostra, os resultados de ISA e IAA fora determinados através das Equações 4 e 5 e expressos na base seca em g.100g-1.
(Eq. 4)
( )
( )
( )
100 g amostra da peso g evaporação da resíduo do peso % ISA × ¸¸¹ · ¨¨© § = (Eq. 5)(
)
( )
( )
g ção centrifuga da resíduo do peso amostra da peso g ção centrifuga da resíduo do peso MS gel/g g IAA − =3.2.13 Resistência a ciclos de congelamento e descongelamento
Pastas de amido a 8% (p/p) foram aquecidas durante 10 minutos após a gelatinização, e então, armazenadas e congeladas em embalagens plásticas herméticas por um período de 72 horas; após descongelamento a 45 °C por 3 horas, a quan-tidade de água liberada foi determinada gravimetricamente e expressa como porcentagem de perda de peso da pasta inicial (SILVA et al., 2008). O procedimento de congelamento e descongelamento foi repetido duas vezes para verificar a liberação de líquido e a análise realizada em triplicata.
3.2.16 Cor
Para determinação da cor das amostras foi utilizado o colorímetro Minolta CR-400 (Konica Minolta Sensing). As coordenadas utilizadas foram “L” [indicando a luminosidade (valor zero para cor preta e 100 para cor branca)], “a” [indicando a faixa que é de verde (-60) até vermelho (+60)] e “b” [indicando a faixa que é de azul (-60) até amarelo (+60)], conforme Figura 8. Os resultados foram expressos como média de 2 leituras.
Figura 8. Imagem padrão para avaliação de cor.
3.3 Processo de modificação do amido
Os processos de modificação dos amidos de mandioca ocorreram com base nos métodos descritos por Plata-Oviedo e Camargo (1998), Bertolini et al. (2000), Leonel et al. (2004), Garcia e Leonel (2005), Vatanasuchart et al. (2005).
Os amidos de mandioca foram modificados em mesa de exposição (Figura 9) composta por uma superfície de 100 x 60 centímetros, revestida com chapa de alumínio e sobre posta uma tampa articulada tendo 5 lâmpadas tipo fluorescente com emissão na região de UV-C, comprimento de onda 254 nm, fixadas em calha com refletor em inox a uma distância do material de 8 cm.
