Revista Iberoamericana de Polímeros
Silva et al.
Volumen 11(6), Noviembre de 2010
Propiedades química y reológicas de polisacáridos
ESTUDO DAS PROPRIEDADES QUÍMICAS E REOLOGICAS DOS
POLISSACARIDEOS EXTRAIDOS DA GABIROBA (Campomanesia
xanthocarpa Berg)
Marli da Silva Santos1*, Carmen Lucia Oliveira Petkowicz2, Charles Windson Isidoro
Haminiuk3, Lys Mary Bileski Candido 4
1*
Programa de Pós-Graduação em Tecnologia de Alimentos da UFPR. Correo electrónico: [email protected]
Depto. Bioquímica - UFPR; [email protected]
3
Univer. Tecnológica Federal do Paraná UTFPR-Campo Mourão. Correo electrónico: [email protected]
4
Programa de Pós-Graduação em Tecnologia de Alimentos da UFPR e da Universidade Tecnológica Federal do Paraná
UTFPR - Francisco Beltrão. Correo electrónico: [email protected]
2
Recibido: Febrero 2010; Aceptado: Junio de 2010
RESUMO
Os polissacarídeos extraídos da polpa de gabiroba, provenientes de diferentes extrações foram
caracterizados quanto à composição química e perfil reológico. Os altos teores de ácidos urônicos,
arabinose e galactose observada para todas as frações, indicam que estas são constituídas por pectinas,
sendo a fração aquosa a de maior rendimento. Os resultados indicam que o método de extração utilizado
foi eficiente no fracionamento das pectinas de diferentes domínios da parede celular. A extração alcalina
removeu hemicelulose, cuja composição monossacarídica sugere a presença de arabinoxilana. Os
polissacarideos extraídos da polpa dos frutos da gabiroba apresentaram um comportamento
pseudoplástico e pouca tixotropia.
Palavras chave: Pectinas, gabiroba, reologia, composição química.
RESUMEN
Los polisacáridos extraídos de los gabiroba pulpa a partir de diferentes extracciones se caracteriza por su
composición química y el perfil de reológicas. Los altos niveles de ácidos urónicos, arabinosa y galactosa
observado en todas las fracciones, lo que indica que consisten en pectinas, y la fracción acuosa de la
mayor rendimiento. Los resultados indican que el método de extracción utilizado fue eficiente para el
fraccionamiento de lãs pectinas de las diferentes áreas de la pared celular. La extracción alcalina de
hemicelulosa de semilla de eliminado, la composición de monosacáridos sugiere la presencia de
arabinoxilano. Los polisacáridos extraídos de la pulpa de gabiroba muestran un comportamiento
pseudoplástico y poca tixotropía.
Palabras clave: Pectinas, gabiroba, reología, la composición química.
INTRODUÇÃO
Pectinas são heteropolissacarideos complexos encontrados na parede celular primária e nas
camadas intercelulares dos vegetais. Estão associadas aos polissacarídeos estruturais, contribuindo
para adesão entre as células e para a resistência mecânica da parede celular [1]. Estruturalmente, as
pectinas são constituídas por uma cadeia principal linear de umidades repetidas de ácidos Dgalacturônicos unidas por ligações α (1→ 4), onde parte dessas unidades podem apresentar-se
esterificadas, como éster metílico. As cadeias lineares são intercaladas por unidades de (1→2) –α L-ramnose, que servem de pontos de ligações para as cadeias laterais, formadas por açucares
neutros, principalmente D-galactose, L-arabinose, L-rhamnose. As pectinas são subdivididas em
dois grupos, um com alto grau de metoxilação onde apresentam mais de 50% dos seus grupos
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carboxílicos esterificados e outro com baixo grau de esterificação as que apresentam menos de 50%
dos seus grupos carboxílicos esterificados [1]
As pectinas de alto grau de metoxilação geleificam em presença de altas concentrações de
sólidos solúveis, geralmente superior a 55% e valores de pH de 2,0 a 3,5 [2]. Este gel se estabiliza
por interações hidrofóbicos entre os grupos éster metílicos e por formação de pontes de hidrogênio.
A adição de sólidos solúveis diminui a atividade e disponibilidade de água livre para solvatar os
polissacarídeos, os aproximado e facilitando a ocorrência de interações hidrofóbicas entre os grupos
éster metílicos [3]. As pectinas de baixo grau de metoxilação formam géis na presença de cálcio e
outros íons divalentes. A geleificação é devida à formação de zonas de junções intermoleculares
entre as regiões homogalacturônicas de diferentes cadeias, de acordo com o modelo egg Box [1].
As pectinas são polissacarídeos muito utilizados industrialmente, principalmente em
produtos alimentícios, aos quais são adicionados em pequenas quantidades. O objetivo deste
trabalho foi avaliar as características físico-químicas e reológicas das pectinas extraídas da polpa de
gabiroba, isolamento dos polissacarídeos da parede celular do fruto da Campomanesia xanthocarpa
Berg, foi realizado através de extração seqüencial dos polissacarídeos procurando aplicar métodos e
solventes que causem um mínimo de degradação nos polímeros, a fim de elucidar as características
estruturais dos polissacarídeos presentes na parede celular desse fruto.
PARTE EXPERIMENTAL
Material vegetal. Os frutos de Campomanesia xanthocarpa Berg foram coletados em
populações de plantas que se encontram de forma espontâneas e dispersas no distrito de Itaiacoca,
localizadas próximo ao município de Ponta Grossa-PR, situado a aproximadamente 975 m de
altitude, apresentando como coordenadas geográficas 25º 05’ 42”de latitude sul e 50º 09’ 43” de
longitude.
Extração dos polissacarídeos. Para a extração dos polissacarídeos foram removidas as
sementes do fruto com a ajuda de uma espátula pequena. A polpa do fruto da C. xanthocarpa sem
semente (1.500 g) foi misturada em etanol/água na proporção de 1:4, triturada em um
homogeneizador, refluxada por 15 minutos em temperatura de ebulição para inativação de enzimas
endógenas, seguida de resfriamento em banho de gelo e filtrada em filtro sintético para obtenção do
resíduo insolúvel em álcool (RIA), material de partida para obtenção dos polissacarídeos. Após a
filtragem, o RIA foi submetido à centrifugação por quatro vezes (500 G rotor 30 por 20 minutos) e
desidratado em estufa a vácuo até não ser detectada variação de massa.
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As extrações foram otimizadas utilizando um planejamento fatorial 22, tendo como variáveis a
concentração do ácido cítrico (0,5 e 5%) e a temperatura (50 e 100°C) e um tempo de extração
fixando em 60 minutos para todas as extrações. O resíduo insolúvel foi extraído primeiramente com
água destilada durante 60 minutos á temperatura ambiente (26±2°C) visando extrair os
polissacarídeos pécticos solúveis, em seguida, o material foi filtrado em filtro sintético (poliéster) e
lavado com água destilada e acetona. A fração retida do filtro é o material de partida para as demais
extrações ácida, seguindo o planejamento experimental visando extrair os polissacarídeos da lamela
media e parede celular primaria. Após a última extração com ácido cítrico o resíduo insolúvel foi
submetido a uma extração alcalina utilizando uma solução de hidróxido de sódio a 2 mol.L-1 a
temperatura ambiente (26±2°C) por 60 minutos visando obter xiloglucanas, mananas e celulose. Os
polissacarídeos solúveis; porção filtrada de todas as frações foi precipitada com 2 volumes de etanol
e deixado em repouso de 24 horas sob refrigeração e posteriormente o material obtido foi filtrado e
desidratada em estufa vácuo até não ser detectada variação de peso. O rendimento das duas
extrações foi calculado em relação ao resíduo insolúvel em álcool (RIA).
Análise da composição química. Após obtenção das frações, as mesmas foram secas a
vácuo, e o rendimento calculado. Em seguida as frações foram analisadas quanto ao seu teor em
açúcar total, ácidos urônicos e proteínas. Todas as análises foram efetuadas em triplicata. A
absorbância foi medida em espectrofotômetro UV-VIS Shimadzu Multispec 1501. Açúcares totais
foram determinados pelo método fenol-ácido sulfúrico [4] leitura efetuada em comprimento de onda
de 490 nm, utilizando como padrão solução de glucose nas concentrações de 20-70 µg.mL-1. A
dosagem de ácidos urônicos foi realizada através do método descrito por Filisetti-Cozzie Carpita
[5] com algumas modificações. Em 400 μL de amostra solubilizada foi adicionado 40 μL de solução
de ácido sulfâmico-sulfamato de potássio 4 mol.L-1 em pH 1,6 (dissolução de 3,81g de acido
sulfâmico em 100 mL de água destilada, acertando o pH com solução saturada de KOH) onde
acrescentou-se 2,4 mL de solução de tetraborato de sódio 75 mM, em H 2SO4 concentrado (resfriado
em banho de gelo). Após o resfriamento os tubos de ensaios foram aquecidos em banho maria a
100°C por 20 min. Esta mistura foi resfriada e adicionados 80 μL da solução de m-hidroxi-bifenil
(Sigma) a 0,15% em NaOH 0,5% para a produção do complexo colorido que foi lido em 525 nm. A
quantificação foi realizada com o auxílio de uma curva padrão de ácido galacturônico (Sigma)
dentro da sensibilidade do método (20 a 100 μg de ácido urônico). Os teores de proteínas foram
determinados pelo método de Hartree (1972) [6] sendo a leitura efetuada em 650 nm. O padrão
empregado foi soro albumina bovina (BSA-Sigma) nas concentrações de 20-80 µg.mL-1.
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Para a determinação da composição monossacarídica, os polissacarídeos foram hidrolisadas
com ácido trifluoracético 2 mol.L-1 em tubo hermeticamente fechado, a 100ºC em estufa fanem
Modelo Orion com controlador A-HT por cinco horas [7]. O ácido foi removido remanescente no
hidrolisado foi evaporado em capela. Os monossacarídeos resultantes da hidrólise ácida total foram
reduzidos com boroidreto de sódio (NaBH 4) durante duas horas para promover a redução dos
grupamentos carboxilicos dos monossacarídeos e formar os alditóis [8].
O excesso do agente redutor foi decomposto e os cátions sódio removidos pela adição de
resina trocadora de cátions (Lewatit) na forma ácida. A solução foi filtrada em algodão, após
filtração, o material foi evaporado até a secura, com fluxo de nitrogênio, seguido de três lavagens
consecutivas de metanol para remoção do boro remanescente por co-destilação, na forma de borato
de trimetila. Os alditóis resultantes foram acetilados pela adição de piridina que atua como agente
catalisador e anidrido acético um acetilante na proporção de 1:1 v/v durante aproximadamente 16 h
em tubo de hidrólise hermeticamente fechado, por 16 h a temperatura ambiente (27±2ºC). Esta
reação foi interrompida pela adição de gelo moído dentro dos tubos.
Os acetatos de alditóis foram extraídos com 1 mL de clorofórmio. A piridina residual foi
complexada com solução aquosa de sulfato de cobre (CuSO 4) a 5% (p/v), sendo assim separada da
fase clorofórmica e eliminada por sucessivas e intercaladas lavagens com água destilada e CuSO 4.
A fase clorofórmica contendo os acetatos de alditóis foi coletada, e após secura, a amostra foi
ressolubilizada em acetona para ser analisada por cromatografia líquido-gasosa (GLC).
As análises por GLC foram efetuadas em cromatógrafo gasoso Hewlett Packard modelo 5890
A Série II, com detector de ionização de chama (FID) e injetor à temperatura de 250ºC, coluna
capilar DB-210 (30 m x 0,25 mm de diâmetro interno), com espessura de filme de 0,25 μm a 220ºC,
e nitrogênio como gás de arraste em fluxo de 2,0 mL.min -1 [7].
Determinação do grau de esterificação dos polissacarídeos pécticos. O grau de
esterificação das pectinas foi determinado através de espectroscopia de infravermelho (FT-IR Fourier transform-infrared), em espectrofotômetro BOMEM MB-100 [9]. Os espectros foram
coletados no modo de absorbância na freqüência de 4.000-400 cm-1, numa resolução de 4 cm -1, 32
scans, empregando amostras sólidas pulverizadas. Utilizou-se brometo de potássio (KBr) de grau
espectroscópico e preparou-se cada pastilha usando uma proporção de 90:10 (p/p) de KBr/amostra.
Como branco empregou-se uma pastilha de KBr, para correção da absorção do CO 2 e mistura de ar
antes das análises [10]. Padrões de pectinas com grau de esterificação de 22 e 89% foram
adquiridos da marca Sigma. Pectinas padrão com diferentes graus de esterificação foram preparadas
misturando-se quantidades apropriadas dos padrões. Seus espectros de FT-IR foram obtido e as
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áreas dos picos correspondentes aos grupos carboxílicos esterificados (1.749 cm-1) e não
esterificados (1.630 cm-1) foram quantificadas utilizando o software do equipamento. Calculou-se a
razão da área da banda dos grupos carboxílicos metilesterificados (1.749 cm-1 - COO-R) em relação
à área total dos grupos carboxílicos [soma das áreas de 1.749 cm-1 (COO-R) e 1.630 cm-1 (COO-)]
das duplicatas dos padrões de pectina. Para cada padrão, obteve-se uma média, que foi então
plotada contra seu respectivo grau de esterificação. Assim, obteve-se uma curva de calibração para
determinar o grau de esterificação (DE) das amostras desconhecidas. Previamente às análises por
FT-IR, o KBr foi desidratado a 105ºC em estufa com circulação de ar durante 24 horas. Os
espectros de FT-IR das amostras de pectinas foram obtidos exatamente da mesma forma que os
espectros dos padrões de pectinas. Para a pesagem dos polissacarideos e do KBr utilizou-se uma
balança analítica Radwag, com precisão de 0,0001 g [10].
Análise do perfil reológico. O perfil reológico das amostras foi determinado em reômetro
Haake RS 75 Rheoestress, acoplado a um controlador de temperatura Peltier (TC81) utilizando os
sensores cone-placa (C60 2 Ti) e placa-placa (PP 35 Ti). Previamente às análises reológicas, foi
determinada a inércia para descontar os valores das forças centrífugas e centrípetas geradas durante
os experimentos. Durante as análises, a temperatura ambiente manteve-se em 20 ± 1ºC. As soluções
poliméricas foram preparadas em diferentes condições para a obtenção de géis. Para as pectinas que
apresentarem baixo grau de esterificação (LM), os géis foram preparados na concentração de 30
g.L-1 e 20% de sacarose. Os polissacarídeos pulverizados e o açúcar foram dissolvidos em solução
de NaCl 0,1 mol.L-1 com agitação por aproximadamente 24 horas à temperatura ambiente (28±2°C).
Após a dissolução, o pH da suspensão foi ajustado para 4,0 e adicionado cloreto de cálcio na
relação [2(Ca+2 )/(COO- )] para se obter as concentrações R = 0,58 seguido de aquecimento a 80°C
sob agitação por 10 minutos [11].
Os géis de pectinas de alto grau de metoxilação também foram preparados na concentração de
30 g.L-1 do polissacarídeo e 70% de sacarose. Os polissacarídeos e 10% do conteúdo total do açúcar
utilizado foram solubilizados em solução de NaCl 0,1 mol.L-1 (24 h) e aquecidos a 80°C,
adicionando-se o restante do açúcar e mantendo a solução em banho a 80°C por 10 minutos, sob
agitação. Após o resfriamento, ajustado o pH para 3,0 e o gel foi mantido refrigerado a até o
momento da análise. Inicialmente realizou-se uma varredura de tensão na frequencia de 1 Hz para
verificação da faixa visco elástica linear e seleção da tensão ou deformação que seriam empregadas
nas análises de varredura de frequencia e rampas de temperatura, de modo a preservar a estrutura do
gel em análise. As varreduras de frequencia foram conduzidas na tensão ou deformação préselecionada, aumentando a freqüência oscilatória com o tempo, na faixa de 0,1-10 Hz. As curvas de
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viscosidade e fluxo foram realizadas a 25ºC na faixa de 0,1-500 s-1. Durante as análises, a
temperatura ambiente foi mantida a 25°C.
As curvas de taxa de deformação versus tensão de cisalhamento foram ajustadas pelos
modelos de Ostwald-de-Waelle (Lei da Potência) - (Equação 1), Herschel-Bulkley Equação 2) , por
se tratarem dos modelos mais simples empregados para descrever a maioria dos comportamentos
não newtonianos pseudoplásticos em sistema polimérico.
  K .
n
(1)
   O H  K H .
n
(2)
onde τ = tensão de cisalhamento (Pa); γ = taxa de deformação (s-1); K = índice de consistência
(mPasn); n = índice de comportamento (adimensional); τ 0H = tensão de cisalhamento inicial de
Herschell-Bulkley (Pa); KH = índice de consistência de Herschell-Bulkley (mPa.sn).
Os resultados experimentais obtidos foram ajustados aos modelos reológicos de Ostwald-deWaelle, e Herschell-Bulkley usando-se o software Origin 6.0. Os resultados dos ajustes foram
expressos com seus desvios padrão e com o X2 (qui-quadrado), que expressa à diferença entre os
valores previstos pelo modelo e os valores obtidos experimentalmente. Segundo Bender et al. [33],
a definição de X2, conforme a Equação 3.
X
2

y
obs
 y pre 
2
(3)
onde: X = teste do Qui-quadrado; obsY = valor experimental; preY = valor previsto pelo modelo.
As amostras também foram avaliadas frente a variações de temperatura utilizando um programa de
aquecimento de 1ºC.min -1, nas temperaturas crescentes de 5-100ºC em 2.200 segundos, seguida de
resfriamento de 100-5ºC em 2.200 segundos, em frequencia fixa de 1 Hz. Para prevenir a
evaporação do solvente foi aplicada uma camada de óleo mineral ao redor da placa de análise.
Os resultados das análises químicas foram tratados estatisticamente através da Análise de
variância e aplicado o teste de Tukey entre as médias a 5% de probabilidade.
RESULTADO E DISCUSSÕES
As frações de polissacarídeos foram obtidas através de extrações seqüenciais. Os rendimentos,
grau de esterificação (DE), teores de açúcares totais e proteínas das frações obtidas estão
apresentados na Tabela 1. Os rendimentos obtidos variaram de 2,10 a 8,53%.
A fração extraída utilizando como solvente água destilada (F1) foi a que apresentou maior
rendimento, apresentando elevado teor de açucares total e alto grau de metoxilação (Tabela 1).
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Os rendimentos das frações foram similares aos obtidos para pectinas da polpa do araçá [12].
Tabela 1. Rendimento, teor de açúcar total, de proteínas, grau de esterificação e ácidos urônicos das
frações de polissacarídeos extraídos da polpa de gabiroba.
DE2
Açúcares
totais 3
µg.mL-1
Proteína4
µg.mL-1
8,530
5,890
3,123
62,7±0,2
53,60±0,08
52,90±0,07
86,20±0,02
84,33±0,04
74,43±0,08
5,73±0,23
5,65±0,11
5,82±0,16
60
3,103
5,2±0,1
75,47±0,06
7,33±0,08
100
60
2,118
50,4±0,1
78,17±0,02
6,25±0,07
26
60
2,107
47,7±0,1
78,87±0,03
7,46±0,10
Frações
T/°C
F1-H2O
F2 Ac. cítrico 0,5%
F3-Ac. cítrico 0,5%
26
50
100
60
60
60
F4-Ac. cítrico 5%
50
F5-Ac. cítrico 5%
1
F6-2 mol.L NaOH
Tempo Rendimento
min
(%)1
DE = Grau de esterificação; 1: Rendimento das frações em relação ao RIA, 2: determinado por FTIR, 3:
Determinado em triplicata pelo método espectrofotométrico, Dubois et al., 1956. 4: Determinado em triplicata
pelo método espectrofotométrico, Hartree, 1972. * médias (± desvio padrão)
O rendimento foi menor que aquele encontrado para pectinas extraídas da farinha da casca do
maracujá [13]. A Fração 6, obtida pela extração com agente extrator alcalino, apresentou menor
rendimento, maior teor de proteínas e grau de esterificação mais baixo em relação às demais frações
obtidas. O maior rendimento foi obtido na Fração 1 que apresentou maior grau de esterificação. O
agente extrator e a temperatura influenciam o rendimento e a composição do polissacarídeo.
O teor de açúcar total das frações polissacarídicas ficou compreendido entre 74,43 e 86,20%.
Estando bem próximo dos teores encontrados para polissacarídeos extraídos por outros
pesquisadores de outras frontes [12,14,15]. Diferentes fontes pectinas são descritas contendo
materiais protéicos por diferentes autores [16]. No entanto os valores encontrados para as frações da
polpa de gabiroba podem estar superestimados, pois os compostos fenólicos, presente nos frutos
interferem no método utilizado [6].
As características dos diversos polissacarídeos são determinadas através de sua composição
monossacarídica e teores de ácidos urônicos [17]. A composição monossacarídica e o teor se ácidos
urônicos das frações obtidas após hidrolise dos polissacarídeos extraídos está apresentada na Tabela
2. Pode-se observar que as frações apresentaram elevados teores de arabinoses e galactose.
Todas as frações de polissacarídeos obtidas através e extração sequencial apresentaram
basicamente a mesma composição. Não foi detectado teores de fucose nas frações F3, F4 e F5. No
entanto foi verificada a presença de ramnose em todas as frações. A ramnose é um monossacarídeo
que se constitui em pontos de ramificações das cadeias laterais, as quais contêm principalmente
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arabinoses, galactose, podendo conter também outros açúcares como a xilose namose, glucose e
também fucose [18].
Tabela 2. Composição monossacarídica1 dos polissacarídeos extraídos da polpa de gabiroba.
Fração
Ácidos 2 Rha
Urônicos
µg.mL-1
Fuc
Ara
Xyl
Man
Gal
Glc
Mol%
F1
16,91±0,04
0,82±0,32
nd
74,99±0,26
2,94±0,63
0,81±0,18
16,83±0,56
3,62±0,25
F2
22,47±0,02
3,07±0,23
nd
50,15±0,62
4,34±0,06
2,39±0,06
27,37±0,45
12,7±0,37
F3
17,09±0,08
1,13±0,16
0,2±0,07
71,62±0,34
2,63±0,06
0,61±0,06
20,99±0,28
2,81±0,19
F4
17,79±0,02
2,16±0,06
0,37±0,08
61,66±0,28
5,13±0,06
1,16±0,21
22,31±0,34
7,22±0,38
F5
18,35±0,04
2,16±0,26
nd
66,71±0,19
3,19±0,06
1,11±0,23
22,93±0,47
3,89±0,29
F6
20,73±0,03
3,64±0,32
1,41±0,36
28,54±0,24
16,77±0,76
1,64±0,56
14,53±0,31
8,48±0,22
nd: não detectado. 1: determinada por GLC, mol%. 2: determinado em triplicata conforme método de Filisetti-Cozzi;
Carpita, 1991. *médias (± desvio padrão).
Após a caracterização físico-química, os polissacarídeos extraídos da polpa de gabiroba foram
avaliadas quanto ao seu comportamento reológico sob diferentes condições na concentração de 30
g.L-1 (polissacarídeo/Na Cl 0,1 mol.L-1)
A avaliação das características reológicas apresenta ampla aplicação no desenvolvimento de
novos produtos, para determinar a funcionalidade dos ingredientes e definir a qualidade sensorial
através da textura e/ou viscosidade, estabelecendo desta forma as características do produto final.
Nas indústrias, os dados reológicos são importantes também o para cálculo de engenharia de
processos, englobando grande quantidade de equipamentos tais como agitadores, extrusoras,
bombas, trocadores de calor, tubulações e homogeneizadores [18]. Os polissacarideos extraídos da
polpa dos frutos da gabiroba apresentaram um comportamento pseudoplástico e pouca tixotropia.
O comportamento das frações foi pseudoplástico, como pode ser visualizado na Figura 1.
Alem disso, as amostra também não apresentaram um comportamento tipicamente tixotrópico.
A viscosidade dos géis de pectinas de alto grau de metoxilação é dependente principalmente
das seguintes variáveis: grau de esterificação, tamanho da molécula, concentração de co-solutos, pH
e temperatura [20,21]; reporta a diminuição da viscosidade, em sistema polimérico, devido à
diminuição da quantidade de líquido retido pelos agregados, provocado pela sua ruptura, através da
velocidade de cisalhamento.
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O modelo de Herschell-Bulkley foi o que proporcionou os melhores parâmetros de ajuste para
os polissacarídeos estudados, apresentando os menores valores para o X2 em todas as frações
(Tabela 3). Nenhuma mudança significativa foi observada entre a tendência da curva de subida da
taxa de cisalhamento de 0 a 500 s -1 e a tendência de descida dessa curva para taxa de cisalhamento
de 500 a 0 s-1.
90
T e n s ã o d e c is a lh a m e n to [P a ]
80
70
F1
F2
F3
F4
F5
F6
60
50
40
30
20
10
100
200
300
400
500
T axa de cisalham ento [1/s]
Figura 1. Curvas de fluxo relação entre a taxa de deformação e a tensão de cisalhamento
para as frações de polissacarídeos extraídas da polpa de a gabiroba.
Tabela 3. Parâmetros reológicos para o modelo de Ostwald de Waelle e Herschel-Bulckey.
Ostwald de Waelle
n
R2
0,10
mPasn
50,34
K
mPasn
33,54
0,81
0,998
0,02
0,995
0,04
47,37
29,15
0,80
0,998
0,01
0,71
0,993
0,08
60,81
27,22
0,79
0,997
0,03
29,97
0,72
0,996
0,05
65,01
24,35
0,80
0,995
0,01
F5
28,62
0,71
0,994
0,06
46,98
22,13
0,82
0,996
0,01
F6
16,45
0,71
0,993
0,03
38,77
19,89
0,81
0,995
0,02
Frações
n
R2
Herschel-Bulckey
F1
K
mPasn
50,25
0,71
0,997
F2
44,89
0,69
F3
30,74
F4
X2
τ0H
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X2
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Podemos observar que os valores do índice de comportamento (n), os quais foram menores do
que um (1) para todas as amostras investigadas, mostrando que a pectin extraída da polpa de
gabiroba apresenta comportamento pseudoplástico.
Muitos fatores afetam as características reológicas das pectinas, assim como a força do gel
formado. No entanto, o papel principal é exercido pelas moléculas de pectina, de modo que seu
comprimento de cadeia e a natureza química das zonas de conexão têm forte influência sobre essas
características. Sob condições iguais, a força do gel aumenta com o aumento do peso molecular da
pectina utilizada e qualquer tratamento que despolimerize as cadeias de pectina refletirá em géis
mais fracos. O que pode justiçar a diminuição da consistência dos géis das frações obtidas em
condições mais agressivas.
O resultado das análises oscilatórias dinâmicas para a amostra mostraram que o módulo de
armazenamento (G’) apresentou-se superior ao módulo de perda (G”) em toda a faixa de freqüência
analisada, evidenciando a presença de uma rede típica de um gel. Na Figura 2 estão os resultados
referentes aos efeitos concomitantes de cálcio, sacarose e para géis preparados com todas as
frações.
F 1 (G ')
F 1 (G ")
F 2 (G ')
F 2 (G ")
F 3 (G ')
F 3 (G ")
F 4 (G ')
F 4 (G ")
F 5 (G ')
F 5 (G ")
F 6 (G ')
F 6 (G ")
G ' E G " [P a ]
1000
100
10
0
2
4
6
8
10
F reqüência [H z]
Figura 2. Efeito da freqüência sobre os módulos de armazenamento (G’) e perda (G”) das frações de
polissacarídeo da polpa de gabiroba. F1 extraída com água destilada (DE = 62,6%) gel preparado com
sacarose 70%; F2 (DE = 53,6%) gel preparado com cálcio R=0,58/20% sacarose; F3 (DE = 52,9%) gel
preparado com cálcio R = 0,58/20% sacarose; F4 (DE = 51,2% gel preparado com cálcio R = 0,58 / 20%
sacarose; F5 (DE = 50,45%) gel cálcio R = 0,58/20% sacarose; F6 (DE = 47,7%) gel preparado cálcio R =
0,58/ 20% sacarose.
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Os melhores resultados foram obtidos com as frações preparadas com sacarose e cálcio,
indicando que a diferença na força do gel pode estar relacionada com o tipo de polissacarídeo e
tamanho das moléculas extraídas. A temperatura e o tipo de solvente usado para extração podem
tornar os polissacarideos mais vulneráveis à degradação.
A Fração 1 produziu o gel mais forte entre as frações testadas sugerindo que as condições de
extração utilizadas permitiram obter pectinas com cadeias mais longas.
Todas as frações formaram géis embora com diferentes características. O valor do módulo de
armazenamento (G’) foi aproximadamente cinco vezes maior que o módulo de perda (G”) na
Fração 3; 3,5 vezes para Fração 2 e 3 vezes para Fração 1. O menor poder geleificante foi o
observado na Fração 4 extraída com ácido cítrico 5% a 100°C
As condições drásticas de extração dos polissacarídeos levam à despolimerização e
desesterificação, pois, ocorre fragmentação da acadeia poligalacturônica, comprometendo a
geleificação das pectinas [22]. A estrutura química fina, bem como as unidades de açúcares neutros
presentes é de grande importância para a geleificação dos polissacarídeos [23].
Os dados obtidos sugerem a presença de famílias de polissacarídeos com diferentes estruturas
finas, devido à diversificação nas condições de extração. A relação entre os módulos de
armazenamento (G’) e perda (G”), fornece uma dimensão do caráter visco-elástico do material [24].
Sharma, Liptay e Le Maguer [25] verificaram que a força dos géis de pectina HM da polpa de
tomates, aumenta com o aumento da concentração de sacarose, semelhantemente às observações de
BeMiller [26], provavelmente devido ao aumento do número e do tamanho das zonas de junção
formadas durante a geleificação [27].
Neste estudo as frações de polissacarídeos também foram avaliadas frente a variações de
temperatura (Figuras de 3).
Os valores de deformação utilizados em análises reológicas de polissacarídeos normalmente
variam de 1 a 10% [27]. As deformações empregadas nas varreduras de freqüência deste estudo
variaram de 0,1 a 1%.
Com o aumento da temperatura, é sabido que as pontes de hidrogênio são enfraquecidas e as
interações hidrofóbicas são fortalecidas [28]. Em baixas temperaturas, as pontes de hidrogênio são
favorecidas, reforçando as zonas de junção e elevação do modulo de armazenamento. Em
temperaturas elevadas, a perda da associação por pontes de hidrogênio é compensada com algum
reforço das interações hidrofóbicas. Os dois efeitos opostos podem explicar o comportamento
apresentado pelos géis com a mudança na temperatura [29].
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Comportamento diferenciado ao dos géis obtidos com polissacarídeo extraído da polpa de
gabiroba foi encontrado por Evageliou et al.[30] durante o aquecimento de géis de pectinas de alto
grau de metoxilação, para géis contendo sacarose como co-soluto, e para géis empregando xilitol,
onde houve uma inicialmente uma redução do modulo de armazenamento, mas em temperaturas
mais elevadas, o módulo aumentou [31]. Esse comportamento pode ser devido à formação de uma
rede de ácido pectínico termicamente reversível em baixa temperatura, com associações
hidrofóbicas entre os substituintes metil-éster ocasionando um aumento nos módulos durante o
aquecimento devido à ocorrência de um aumento no grau de ligações cruzadas das interações
hidrofóbicas no decorrer do aquecimento [32].
10
G ' e G " [P a ]
10
10
10
10
10
G' F1
G" F1
G' F2
G" F2
G' F3
G" F3
G' F4
G" F4
G' F5
G" F5
G' F6
G" F6
4
3
2
1
0
-1
0
20
40
60
80
100
T e m p e ra tu ra [°C ]
Figura 3. Efeito da temperatura sobre os módulos de armazenamento (G’) e perda (G”) das frações de
polissacarídeo da polpa de gabiroba. F1 extraída com água destilada (DE = 62,6%) gel preparado com sacarose
70%; F2 (DE = 53,6%) gel preparado com cálcio R = 0,58 /20%sacarose; F3 (DE = 52,9%) gel preparado com
cálcio R = 0,58/20%sacarose; F4 (DE = 51,2% gel preparado com cálcio R=0,58 / 20% sacarose; F5 (DE =
50,45%) gel cálcio R = 0,58 / 20% sacarose; F6 (DE = 47,7% ) gel preparado cálcio R = 0,58/ 20% sacarose.
Observa-se que os géis obtidos da pectina extraída da polpa de gabiroba quando
aquecimento seguido de resfriamento não sofrem modificações marcantes em sua textura. Após o
aquecimento seguido de resfriamento a 5ºC, há um ligeiro aumento dos módulos em relação aos
valores iniciais. O gel da fração F6 (DE = 47,7%) gel preparado cálcio R = 0,58/20% sacarose
apresentou um comportamento diferenciado com redução acentuada dos valores do modulo de
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armazenamento após 80°C, porém retornando ao seu estado inicial após o resfriamento. Na Figura
3 também se pode observar que o modulo de perda (G”) da fração 6 sobrepõem o G” da fração 5 e
os módulos G’ e G” da fração 2 sobrepõem aos da fração 1. No entanto de forma geral o
comportamento das frações frente a variação da temperatura não apresentaram diferenças
significativas ( p ≥ 0,05).
CONCLUSÕES
As frações de pectinas isoladas da polpa de gabiroba apresentaram-se constituídas
principalmente por ácido urônicos, arabinose, galactose e rhamnose em diferentes proporções. As
condições de extração interferem na sua composição monossacarídica, grau de esterificação e poder
geleificante.
Na concentração de 30 g. L-1 as pectinas apresentaram comportamento pseudoplástico. Todas
as frações de pectinas isoladas formaram géis sob diferentes condições. Quando submetidas a ciclos
de aquecimento e posterior resfriamento estes géis retornam à sua estrutura original.
Os géis da fração de polissacarídeos obtidos da polpa de gabiroba apresentaram o mesmo
padrão de comportamento, embora sua termo-estabilidade e sua estrutura viscoelástica pareceram
ser mais frágeis para a Fração 6. O modelo de Herschell-Bulkley foi o que proporcionou os
melhores parâmetros de ajuste para os polissacarídeos estudados, apresentando os menores valores
para o X2 e maiores valores de R2 em todas as frações.
REFERÊNCIAS
[1] Lozano JE, Iglesias MT “Extraction and characterization of sunflower pectin”, J. Food Engineering,
62(204), 215 (2004)
[2] Tromp RH, Kruit CG, Eijk MV, Rolin C “On the mechanism of stabilization of acidified milk drinks
by pectin”, Food Hydrocolloids, 18, 565 (2003)
[3] Rolin C “Pectin in Whistler, RL BeMiller, JN Polysaccharides and Their Derivates”, 3ª edição”,
Industrial Gums, San Diego: Academic Pressp, 255 (1993)
[4] Dubois M, Gilles KA, Hamilton JK, Rebers PA, Smith, F “Colorimetric method for determination of
sugars and related substances”, Anal Chem. Washington, 28, 350 (1956)
[5] Filisetti-Cozzi TM, Carpita NC “Measurement of uronic acids without interference from neutral
sugars”, Analytical Biochemistry, 197, 157 (1991)
[6] Hartree EF “Determination of protein: a modification of the Lowry method that gives a linear
photometric response”, Analytical Biochemistry, 48, 427 (1972)
[7] Adams GA “Complete acid hydrolysis”. Journal Methods Carbohydr. Chem., 5, 269 (1965)
[8] Wolfron, ML, Thompson A ”Acetylation”, Methods Carbohydrate. Chem, New York, 2, 211 (1963)
371
Rev. Iberoam. Polim., 11(5), 359-373 (2010)
Revista Iberoamericana de Polímeros
Silva et al.
Volumen 11(6), Noviembre de 2010
Propiedades química y reológicas de polisacáridos
[9] Gorin PA, Iacomini M “Polysaccharides of the lichens” Cetraria islandica and Ramalina usnea
Carbohydr. 128, 119 (1984)
[10] Monsoor MA “Effect of drying methods on the functional properties of soy hull pectin”.
Carbohydrate Polymers, Barking, 61(3), 362 (2005)
[11] Fu JT, Rao MA “Rheology and structure development during gelation of low methoxyl pectin gels:
the effect of sucrose”. Food Hydrocolloids, 15, 93, (2001)
[12] Vriesmann LC “Acidic Polysaccharides from Psidium cattleianum (Araçá). In: 5th International
Symposium on Natural Polymers and Composites and 8th Brazilian Symposium and Other Wood
Components on the Chemistry of Lignins”, São Pedro, 307 (2004)
[13] Pinheiro E R “Pectina da casca do maracujá amarelo (Passiflora edulis flavicarpa): otimização da
extração com ácido cítrico e caracterização físico-química” Dissertação Mestrado. Florianópolis, Brasil.
Universidade Federal de Santa Catarina (2007)
[14] Marcon MV “Extração e caracterização de pectinas obtidas de farinha de bagaço de maçã”
Dissertação Mestrado. Ponta Grossa, Brasil. Universidade Estadual de Ponta Grossa (2004)
[15] Santos M da S “Caracterização físico-química e aproveitamento tecnológico do araçá vermelho
(Psidium cattleianum S.)” Dissertação Mestrado. Ponta Grossa, Brasil. Universidade Estadual de Ponta
Grossa, (2006)
[16] Yapo BM “Effect of extraction conditions on the yield, purity and surface properties of sugar beet
pulp pectin extracts”, Food Chemistry, 100, 1356 (2007)
[17] Rosenbohm C, Inge I, Christensen MIE, Young NWG “Chemically methylated and reduced pectins:
preparation, characterization by H NMR spectroscopy, enzymatic degradation, and gelling properties”,
Carbohydrate Research. , 338, (8) 637 (2002)
[18] Mollea C, Chiampo F, Conti R “Extraction and characterization of pectins from cocoa husks: A
preliminary study”, Food Chemistry (2007), doi:10.1016/j.foodchem.2007.09.006.
[19] Sikorski ZE. Chemical and funtional properties of food components. United States of America, 2ª
edición. 367 (2002)
[20] Grosso CRF, Rao MA “Dynamic rheology of structure development in lowmethoxyl pectin + Ca+2
sugar gels”, Food Hydrocolloids, 12, 357 (1998).
[21] Iagher F, Reicher F, Ganter JLM “Structural and rheological properties of polysaccharides from
mango (Mangifera indica L.) Pulp”, International Journal of Biological Macromolecules, 31, 17 (2002)
[22] Cheftel JC, Cheftel H “Introducción a la bioquímica y tecnología de los alimentos”, Zaragoza:
Acribia, (2000), 333
[23] COULTATE, T.P “Food the Chemistry of Its Components” 3ª edición. London, School of Aplied
Science, South Bank Universty, (1998), 366
[24] Fujiü K, Miura K, Morik O, Arikawa H, Kianie T, Inoue, K “Effects of thermal cycling on
dynamic viscoeslastic properties of four commercial resins for crown and bridge”, D. Mater Journal,
18(4 ), 430 (1999)
[25] Sharma SK, Liptay A, Le Maguer M “Molecular characterization, physicochemical and functional
properties of tomato fruit pectin”, Food Research International, 30, 543 (1998)
372
Rev. Iberoam. Polim., 11(5), 359-373 (2010)
Revista Iberoamericana de Polímeros
Silva et al.
Volumen 11(6), Noviembre de 2010
Propiedades química y reológicas de polisacáridos
[26] BeMiller JN “An introduction to pectin: structure and properties”. en Fishman ML, Jen JJ”
Washington, DC: ACS Symposium Series 310, American Chemical Society” Chemistry & Function of
Pectin 2 (1986)
[27] Bhattacharya S” Yield stress and time-dependent rheological properties of mango-pulp”, J. Food
Science, 64, 1029 (1999)
[28] Smout C, Sila ND, Truong SV, Ann ML, LoeyV “Effect of preheating and calcium pré-treatment on
pectin structure and thermal texture degradation: a case study on carrots”, J. Food Engineering, 64, 419
(2005)
[29] Alonso-Mougán M “Rheological behaviour of an amide pectin”, J. Food Engineering, 55, 123
(2002)
[30] Evageliou V, Richardson RK, Morris ER “Effect of pH, sugar type and thermal annealing on high
methoxyl pectin gels”, Carbohydrate Polymers, 42, 245 (2000)
[31] Tsoga A, Richardson RK, Morris ER “Role of cosolutes in gelation of high-methoxyl pectin. Part 1.
Comparison of sugars and polyols”, Food Hydrocolloids, 18, 907 (2004)
[32] Oakenfull DG. In: Walter RH “The Chemistry and Technology of Pectin”, Nueva York. Academic
Press (1991) 88
[33] Bender FE, Douglass LW, Kramer A “Statistics in research. In: Statistical methods for food and
agriculture”. Avi Publishing Company, Inc. Westport USA, (1982).
373
Rev. Iberoam. Polim., 11(5), 359-373 (2010)