UNIVERSIDADE FEDERAL DE SÃO JOÃO DEL REI

JANAINA GONÇALVES FERNANDES

CARACTERIZAÇÃO FÍSICO-QUÍMICA DA POLPA DE CAGAITA ATOMIZADA

UTILIZANDO DIFERENTES AGENTES CARREADORES

Sete Lagoas

2017

JANAINA GONÇALVES FERNANDES

CARACTERIZAÇÃO FÍSICO-QUÍMICA DA POLPA DE CAGAITA ATOMIZADA

UTILIZANDO DIFERENTES AGENTES CARREADORES

Trabalho de Conclusão de Curso apresentado

ao curso de Bacharel Interdisciplinar em

Biossistemas da Universidade Federal de São

João del-Rei como requisito parcial para

obtenção do título de bacharel em Biossistemas.

Orientadora: Profa. Dra. Cintia Nanci Kobori

Sete Lagoas

2017

JANAINA GONÇALVES FENANDES

CARACTERIZAÇÃO FÍSICO-QUÍMICA DA POLPA DE CAGAITA

ATOMIZADA UTILIZANDO DIFERENTES AGENTES CARREADORES

Trabalho de Conclusão de Curso

apresentado ao curso de Bacharel

Interdisciplinar em Biossistemas da

Universidade Federal de São João del Rei

como requisito parcial para obtenção do

título de bacharel em Biossistemas.

Sete Lagoas, 15 de fevereiro de 2017.

Banca Examinadora:

_________________________________________________

Cintia Nanci Kobori (UFSJ)

_________________________________________________

Janaina Miranda Barbosa (UFSJ)

_________________________________________________

Kassílio José Guedes (UFSJ)

3

AGRADECIMENTOS

A Deus, por me dar sabedoria, oportunidade de viver, paciência e fôlego de vida a cada

amanhecer.

Aos meus pais Osvaldo e Mêrces, pela força, incentivo a lutar pelos meus ideais, carinho

e muito amor que me deram durante toda a minha vida pessoal e acadêmica.

À minha irmã Jaqueline, pelo apoio e incentivo, por estar sempre disposta a me ajudar

em todas as horas.

Ao meu namorado Nélio, pelo carinho e cumplicidade, por ter sido um bom ouvinte e

conselheiro.

À minha orientadora Cintia Nanci Kobori, obrigada pela atenção, esforço e paciencia. Foi

um pivilégio ter sido orientada por uma profissional tão competente, educada e sempre

bem humorada como você.

Aos demais integrantes da banca: professora Janaina e o professor Kassílio.

À minha amiga Naiara, sempre disposta a ajudar a todos os momentos, tanto na vida

pessoal quanto acadêmica. Obrigada pela paciencia e companheirismo nesses ultimos

anos da graduação.

À minha amiga Jovana pela grande amizade durante todos esses anos na faculdade, e toda

sua família pelo carinho e afeto.

Às minhas colegas Raíssa, Fernanda, Milla e Karen pelas conversas, auxilios e carinho.

À todos os professores e funcionários da UFSJ, sempre prestativos e atenciosos.

Muito obrigada a todos!

4

“Se quiseres conhecer uma pessoa,

Não lhe pergunte o que pensa,

Mas sim o que ama”.

(Santo Agostinho)

5

RESUMO

A cagaita é um fruto do Cerrado cuja polpa contém alto teor de vitamina C e

folatos, que apresenta alta atividade metabólica, após a colheita, sendo assim é

considerada muito perecível. Uma alternativa para aumentar a vida útil da polpa de frutos

é a atomização. Este trabalho teve por objetivo desenvolver polpa de cagaita

microencapsulada por spray-drying utilizando diferentes materiais de parede (amido

modificado Capsul®, goma arábica ou maltodextrina) e caracterizar as microcápsulas.

Foram realizadas análises de rendimento, densidade aparente, umidade, solubilidade e

higroscopicidade nas microcápsulas. Todas as amostras apresentaram baixa umidade

(1,87 a 2,53%), alta solubilidade (92,77 a 98,42%) e boa densidade aparente (0,41 a

0,62g/100g), mas possuíam alta higroscopicidade (19,76 a 25,47g/100g). Considerando

as características das microcápsulas, o Capsul® parece conferir as melhores propriedades

para o produto, pois apresentou a maior solubilidade e a menor higroscopicidade.

Palavras-chave: Atomização. Cagaita. Amido modificado. Maltodextrina. Goma

arábica.

6

ABSTRACT

Cagaita is a fruit of the Cerrado whose pulp contains high content of vitamin C

and folate, the fruit has a high metabolic activity, so is considered very perishable. An

alternative to increase fruit pulp life is the atomization. This work aimed to develop

cagaita pulps microencapsulated by spray-drying with different wall materials (modified

starch Capsul®, gum arabic and maltodextrin) and characterize the microcapsules and

their reconstituted juices. The analysis of yield, bulk density, moisture, solubility and

hygroscopicity were performed in microcapsules samples. All samples showed low

humidity (1,87 a 2,53%), high solubility (92,77 a 98,42%) and good bulk density (0,41

a 0,62g/100g), but have high hygroscopicity (19,76 a 25,47g/100g). Considering the

characteristics of the microcapsules, Capsul® appears to give the best properties for the

product.

Keywords: Spray-drying. Cagaita. Modified starch. Maltodextrin. Gum arabic

7

SUMÁRIO

1 INTRODUÇÃO ............................................................................................................. 8

2 MATERIAIS E MÉTODOS ........................................................................................ 12

2.1 Local de estudo ..................................................................................................... 12

2.2 Material ................................................................................................................. 12

2.3 Produção da polpa de cagaita microencapsulada ................................................. 13

2.4 Caracterização da polpa de cagaita microencapsuladas ....................................... 14

2.5 Análises estatísticas dos resultados ...................................................................... 14

3 RESULTADOS E DISCUSSÕES ............................................................................... 14

3.1 Rendimento/recuperação do processo de microencapsulação .............................. 14

3.2 Caracterização da polpa de cagaita microencapsulada ......................................... 15

4 CONCLUSÃO ............................................................................................................. 17

5 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ........................................................................ 18

8

1 INTRODUÇÃO

O Cerrado é o segundo maior bioma do Brasil e da América do Sul, estendendo-

se pelos estados de Minas Gerais, Goiás, Mato Grosso, Mato Grosso do Sul, Tocantins,

Bahia, Piauí, Maranhão e Distrito Federal. Em extensão, perde apenas para a Floresta

Amazônica. Abrange cerca de 22%, em área, do território brasileiro. (PROENÇA et al.,

2000). Sua biodiversidade vegetal é utilizada de diversas formas, sendo muito importante

para as populações rurais locais e para o manejo sustentável. Porém, a cobertura original

desse bioma tem reduzido devido à expansão agrícola do Brasil, desprezando as espécies

nativas do Cerrado. (FONSECA; SANO, 2003)

Muitas árvores nativas do Cerrado produzem frutos com características sensoriais

muito apreciadas pela população, além de serem uma ótima fonte de nutrientes. Esses

frutos são de extrema importância para a geração de renda das famílias pertencentes aos

grupos de classe baixa. Entretanto, devido a produção ser sazonal, essas pessoas precisam

buscar outras atividades durante a entressafra para garantir a suas subsistências

(RIBEIRO, 2000).

Dentre os frutos do Cerrado temos a cagaita (Eugenia dysenterica DC.), que é

uma ótima fonte de vitamina C (18,28 mg/ 100 g), superando algumas frutas

convencionalmente cultivadas, como a maçã Argentina (5,9 mg/ 100g) e a banana madura

(6,4 mg/ 100g) (FRANCO, 1992). Aproximadamente 90% do seu peso corresponde a

polpa, que apresenta sabor acidulado e bastante suculenta. Ela possui um formato

globuloso e achatado, coloração amarelo-claro e casca fina (Figura 1) (BEDETTI et al.,

2013). Entretanto, a cagaita possui um baixo consumo em relação a outros frutos do

Cerrado, que pode ser explicado pelo seu efeito laxativo, pois quando são consumidas

quentes ou em excesso podem causar diarreia e embriagues (RIBEIRO et al., 1986).

9

Figura 1: Imagem da cagaita madura.

Fonte: Flickr (2008).

Os produtos processados a partir da cagaita está praticamente restrito ao mercado

da região central do Brasil. A fabricação de refrescos e sorvetes a partir da cagaita já vem

sendo explorada por algumas pequenas indústrias alimentícias. Os mercados regionais

produzem também outros alimentos com a cagaita, como por exemplo pudim, compota e

geleia (MARTINOTTO, et al., 2008).

Como a maioria das frutas, a cagaita é um alimento que apresenta alta atividade

metabólica após a colheita, sendo assim é considerada muito perecível. Logo, para

aumentar a sua vida útil e minimizar o desperdício, é comum utilizar métodos para a sua

conservação, como o congelamento e secagem (SANTOS, 2015).

No congelamento, o estado físico de parte da água do alimento sofre mudança,

assim a atividade de água do alimento é reduzida, retardando as as reações físico-químicas

e bioquímicas que provocam a deterioração dos alimentos, aumentando assim a vida útil

do produto. Todavia, mesmo estando congelado, o alimento vai sofrer mudanças na sua

qualidade sensorial, porém de forma mais lenta (RAHMAN; RUIZ, 2007).

A secagem é a eliminação da água do material através da evaporação. Diversas

são as vantagens de se utilizar esse processo, dentre elas: redução do seu peso; economia

de energia por não necessitar de refrigeração e aumento da vida de prateleira e maior

disponibilidade de produto sazonais (PARK et al., 2001).

A microencapsulação (spray-drying) é um dos métodos de secagem mais

utilizados na indústria alimentícia para a transformação de liquido em pó, que por sua vez

é um processo econômico, contínuo e flexível. Nesse processo, o liquido ou pasta é

rapidamente seco quando entra em contato com uma corrente de ar quente no interior de

uma câmara de secagem. Embora a temperatura em que as gotículas do líquido são

10

submetidas seja elevada, a temperatura no interior da gotícula permanece baixa, devido

ao curto tempo de secagem. Dessa forma, as características organolépticas e nutricionais

do produto são conservadas (ALMEIDA, 2012). A Figura 2 apresenta um esquema

ilustrando o equipamento (spray-dryer) utilizado para atomização.

Figura 2: Ilustração do equipamento Spray-dryer.

Fonte: TONON, 2010

A tecnologia de microencapsulação pode ser definida como o processo de recobrir

partículas ou pequenas gotas de material líquido ou gasoso, formando minúsculas

cápsulas, as quais tendem a liberar seu conteúdo em taxas controladas e/ou sob condições

específicas. As microcápsulas podem apresentar tamanho na faixa de frações de mícron

até vários milímetros, e dependendo dos materiais e métodos utilizados em sua

preparação, apresentam diferentes formas. O material externo é denominado agente

encapsulante ou material de parede, enquanto o ingrediente interno é o material ativo ou

recheio (MENEZES et al., 2012).

11

A Figura 3 ilustra a estrutura de uma microesfera (A) e de uma microcápsula (B).

Na microesfera, o agente ativo está distribuído em uma matriz polimérica e na

microcápsula, o agente está envolvido pelo agente encapsulante (polímero).

Figura 3: Ilustração da microesfera e da microcápsula

Fonte: (SUAVE, 2006).

Inúmeras são as aplicações da microencapsulação no setor alimentício, pode-se

utilizar na encapsulação de polpas de frutas. A aplicação dessa tecnologia estende-se à

incorporação de corantes, temperos, acidulantes, vitaminas e minerais. A técnica de

microencapsulação protege esses ingredientes contra perdas nutricionais e preserva ou

mascara cor e sabor (inibindo a reação com outros materiais), além de incorporar aos

alimentos mecanismos de controle de liberação de certos componentes (SUAVE et al.,

2006).

A seleção do material encapsulante é de grande relevância, uma vez que sua

natureza irá influenciar na estabilidade do produto encapsulado. Uma série de fatores deve

ser levado em consideração na escolha do material a ser utilizado, como: propriedades

físicas e químicas do núcleo (porosidade, solubilidade, etc.) e da parede (viscosidade,

propriedades mecânicas, transição vítrea, capacidade de formação de filme, etc.),

compatibilidade do núcleo com a parede, mecanismo de controle e fatores econômicos

(AZEREDO, 2005).

O Capsul® é um amido modificado desenvolvido, pela National Starch and

Chemical Corporation dos Estados Unidos. A modificação consiste no acréscimo de um

componente lipofílico – succinato de octanil – que aumenta a capacidade de estabilidade

das emulsões nas formulações. A produção de amidos modificados é uma alternativa para

aumentar a utilidade e aplicabilidade deste polímero pelas indústrias. O Capsul® oferece

ótima propriedade emulsificante para óleos essenciais e cítricos e uma grande variedade

12

de misturas com voláteis, estabilizando-os para a secagem por atomização. O amido de

milho modificado custa em média 3 vezes menos que a goma arábica e algumas proteínas,

por isso tem se tornado um bom substituto das mesmas (REIS, 2009).

A goma arábica é um material heterogêneo, cerca de 70% dela é composta por

uma cadeia de polissacarídeos com pouca ou nenhuma proteína, já a outra fração possui

proteínas como parte de sua estrutura e contém moléculas de maior massa molecular

(SOUZA et al., 2015). A goma arábica tem diversas aplicações na indústria alimentícia

como estabilizante e emulsificante, destaca-se pelo sabor insípido, ou seja, não

influenciando na palatabilidade quando introduzida em alimentos. Além disso, possui

capacidade de diminuir as concentrações séricas de colesterol e triacilgliceróis, devido a

completa fermentação no cólon humano (MELO et al., 2008).

A maltodextrina é um produto da hidrólise do amido e representa o agente

carreador mais comum na secagem de sucos de frutas, por ser um material inodoro, de

baixo custo e possuir baixa viscosidade em altas concentrações (OLIVEIRA et al., 2013).

O objetivo desse trabalho foi verificar as características físico-químicas da polpa

de cagaita atomizada utilizando diferentes materiais de parede (goma arábica,

maltodextrina e amido modificado Capsul®).

2 MATERIAIS E MÉTODOS

2.1 Local de estudo

O experimento foi executado no Laboratório de Tecnologia de Óleos e

Gorduras/Desenvolvimento de Novos Produtos, Laboratório de Análise de Alimentos,

Laboratório de Química de Alimentos e Laboratório de Análise Sensorial da

Universidade Federal de São João del-Rei (UFSJ), Campus Sete Lagoas, Departamento

de Engenharia de Alimentos.

2.2 Material

A polpa de cagaita congelada foi obtida da Cooperativa Grande Sertão de Montes

Claros, Minas Gerais, Brasil. Os agentes encapsulantes utilizados foram: goma arábica

da Nexira Brasil Comercial (Rouen, França), maltodextrina de 20 dextrose equivalente

13

(DE) e amido de milho modificado com octenilsuccinato (Capsul®), ambos fornecidos

pela Corn Products/Ingredion Brasil (Mogi-Guaçu, Brasil).

2.3 Produção da polpa de cagaita microencapsulada

As soluções foram preparadas com as seguintes proporções do material

encapsulante: 30% de maltodextrina, 30% de amido modificado (Capsul®) e 20% de

goma arábica. Os materiais de parede foram adicionados à polpa de cagaita previamente

descongelada e foram homogeneizados por um agitador mecânico da marca Marconi –

MA 1039/E (Piracicaba, Brasil) durante 10 minutos a 1400 rpm (KOBORI, 2010). A

Figura 4 mostra um esquema ilustrado do processo para obtenção das microcápsulas de

cagaita por spray-dryer.

Figura 4: Esquema ilustrado da preparação das soluções de alimentação para a obtenção

das microcápsulas de cagaita.

A microencapsulação por atomização foi realizada em mini spray-dryer, modelo

MSD 3.0, marca LM - Labmag do Brasil LTDA (Ribeirão Preto, Brasil). As condições

operacionais foram programadas para: a temperatura de entrada de 150ºC para

maltodextrina e amido modificado e 175°C para goma arábica; 3 bar de pressão no bico

atomizador; 3,0 m3/h de vazão média do ar de secagem; 1,25 L/h de vazão média de

alimentação e foi utilizado bico atomizador de 1,2 mm (KOBORI, 2010).

O rendimento em pó do processo de microencapsulação por spray dryer foi calculado

pela Equação 1.

Rendimento (%) = 100 – (Quantidade Esperada−Quantidade Real

Quantidade Esperada x 100) Equação 1

14

Sendo que a quantidade esperada é o peso do material de parede adicionado (g) mais o

peso da polpa de cagaita em matéria seca e a quantidade real é o peso do pó obtido aferido em

balança (g).

2.4 Caracterização da polpa de cagaita microencapsuladas

Densidade aparente: a densidade aparente das microcápsulas foi determinada pela

medida do volume ocupado por 2 g da amostra em pó em uma proveta graduada de 10

mL (CARNEIRO et al., 2011).

Sólidos totais: o teor de sólidos totais das amostras foi determinado por gravimetria,

baseado na perda de umidade em estufa a vácuo a 60 °C até peso constante (AOAC, 1997)

para a polpa de cagaita e por diferença de umidade analisada em balança determinadora

de umidade por infravermelho (Marte, modelo ID 200) para as microcápsulas.

Solubilidade: a solubilidade foi determinada pela diferença de peso após a

solubilização das amostras em água destilada, centrifugação e secagem, conforme o

método descrito por Cano-Chauca et al. (2005).

Higroscopicidade: para determinação da higroscopicidade, pesou-se cerca de 2 g de

cada amostra e transferiu-se para um dessecador contendo solução saturada de NaCl a

temperatura ambiente (75% de URE). A higroscopicidade foi expressa como o conteúdo

de água absorvida por 100 g de pó em base seca.

2.5 Análises estatísticas dos resultados

Todas as análises foram realizadas em triplicata e os resultados foram submetidos

à análise de variância (ANOVA) e as médias foram comparadas pelo Teste de Tukey ao

nível de 5% de significância (p<0,05), com auxílio do programa estatístico Assistat beta,

versão 7.7 (Statistical Assistance, 2016).

3 RESULTADOS E DISCUSSÕES

3.1 Rendimento/recuperação do processo de microencapsulação

As médias do rendimento em pó (recuperação) da polpa de cagaita

microencapsulada com os difrentes materiais encapsulantes foram: 64,25% para

Capsul®, 55,44% para goma arábica e 50,41% para maltodextrina. Em estudo sobre

15

secagem por atomização de polpa de caju contendo 15% de goma arábica a 150°C,

Moraes (2014) observou que o rendimento foi de 83,61%, valor consideravelmente mais

elevado que o obtido neste estudo utilizado a concentração de 20% de goma arábica a

175°C.

Apesar de Shrestha et al. (2007) reportarem que o aumento da quantidade de

maltodextrina pode melhorar a recuperação do produto atomizado, o rendimento obtido

neste estudo utilizando 30% de maltodextrina a 150°C foi inferior ao reportado no estudo

de Almeida (2012), que obteve um rendimento de 82%, utilizando 10% de maltodextrina

em suco probiótico de abacaxi na mesma temperatura. Porém, outros fatores podem

interferir no rendimento do processo como as características físico-químicas das polpas

das frutas e o modelo do equipamento utilizado.

3.2 Caracterização da polpa de cagaita microencapsulada

A caracterização físico-química da polpa de cagaita microencapsulada com os

diferentes materiais encapsulantes pode ser observada na Tabela 1.

Tabela 1 - Caracterização das microcápsulas de polpa de cagaita com diferentes materiais

de parede.

Parâmetros * Capsul® Goma Arábica Maltodextrina

Densidade aparente (g/cm³) 0,41 ± 0,04 c 0,62 ± 0,05 a 0,52 ± 0,01 b

Umidade (%) 2,53 ± 0,23 a 2,17 ± 0,21 ab 1,87 ± 0,12 b

Solubilidade (%) 98,42 ± 0,62 a 92,77 ± 1,91 b 97,44 ± 1,95 a

Higroscopicidade (g/100g) 19,76 ± 0,34 b 25,47 ± 0,96 a 21,23 ± 0,85 b

* Médias ± desvios padrão seguidos pela mesma letra minúscula na linha não diferem estatisticamente entre

si pelo teste de Tukey a 5% de significância.

As densidades aparentes das três amostras diferiram significativamente entre si,

sendo que o Capsul® foi o material que apresentou menor valor (0,41 g/cm³), seguido da

maltodextrina (0,52 g/cm³) e goma arábica (0,62 g/cm³). Tonon et al. (2013) encontraram

valores menores para goma arábica (0,38 g/cm³) e maltodextrina (0,37 g/cm³) em polpa

de açaí atomizada. Já Oliveira et al. (2013) encontraram resultados maiores para polpa de

morango atomizada com Capsul® (0,52 g/cm³) e menores para goma arábica (0,47 g/cm³)

e maltodextrina (0,40 g/cm³). Partículas com maior densidade aparente ocupam menos

16

espaço, podendo ser estocadas em maior quantidade, em menor volume, facilitando e

reduzindo o custo de embalagem e transporte.

Em relação à umidade, a variação foi de 1,87% a 2,53%, as microcápsulas com

Capsul® e maltodextrina diferiram entre si e ambas foram estatisticamente iguais à goma

arábica. Oliveira et al. (2013), em estudo da estabilidade da polpa de morango atomizada,

reportou valores semelhantes: 1,73% para Capsul®, 2,45% para goma arábica e 1,85%

para maltodextrina.

Todos os materiais de parede estudados apresentaram alta solubilidade, sendo os

mais solúveis a polpa microencapsulada com Capsul® (98,4%) e maltodextrina (97,4%).

A goma arábica obteve 92,8% de solubilidade, resultado similar ao encontrado para polpa

de caju amarelo desidratada com 15% de goma arábica (95,5%) (MOARES, 2014).

Barbosa (2010) obteve resultados semelhantes ao secar a 165°C uma mistura de polpas

de frutas (cajá, manga e mamão) em spray-dryer com 21% de maltodextrina (96,47). A

elevada solubilidade da polpa de cagaita microencapsulada é uma boa característica para

sua reconstituição no preparo de sucos.

O material de parede que apresentou maior higroscopicidade foi a goma arábica

(25,47%), valor semelhante ao encontrado por Santos (2015) para a polpa de cagaita

atomizada utilizando 10% do mesmo material encapsulante (22,13%). Barbosa (2010)

reportou um valor superior ao encontrado neste trabalho (21,23%) para microcápsulas de

suco de frutas com maltodextrina (24,20%). Entre os três materiais encapsulantes

estudados, o Capsul® foi o que obteve a menor higroscopicidade (19,76%), esta é uma

propriedade importante para a conservação de produtos com baixa atividade de água.

17

4 CONCLUSÃO

O processo de microencapsulação por spray-drying pode aumentar a vida de

prateleira da polpa de cagaita, pois resulta em produtos com baixa umidade, alta

solubilidade e boa densidade aparente (características desejáveis para uma polpa em pó),

apesar do baixo rendimento e da alta higroscopicidade.

Considerando as características das microcápsulas avaliadas, o Capsul® parece

ser o melhor material de parede, pois apresentou a maior solubilidade e a menor

higroscopicidade. Porém, a avaliação do efeito da combinação destes materiais

encapsulantes numa mesma formulação ainda pode ser estudada em trabalhos futuros.

18

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