IX Congresso Brasileiro de Análise Térmica e Calorimetria
09 a 12 de novembro de 2014 – Serra Negra – SP - Brasil
CARACTERÍSTICAS ESTRUTURAIS, PROPRIEDADES TÉRMICAS E DE PASTA DE
AMIDOS DE DIFERENTES CULTIVARES DE BATATA
T. P. R. SANTOS1, E. L. GARCIA1, E. L. do CARMO2, M. LEONEL1,C. M. L. FRANCO3
1
Centro de raízes e amidos tropicais (CERAT) – Universidade Estadual Paulista “Julio de Mesquita
Filho” (UNESP), Campus Botucatu.
2
Instituto Federal de Mato Grosso, Campus Campo Novo do Parecis.
3
Departamento de Engenharia e Tecnologia de Alimentos, Instituto de Biociências Letras e Ciências
Exatas (IBILCE) - Universidade Estadual Paulista “Júlio de Mesquita Filho” (UNESP), Campus São
José do Rio Preto.
RESUMO
Amidos de diferentes cultivares de batatas foram caracterizados quanto as propriedades estrutural,
térmica e de pasta. Os amidos das batatas das cultivares Asterix, Atlantic, BRS Clara, Ágata, Mustang e
Fontane foram extraídos, apresentando teores de umidade de 9,74 a 13,60%. Os difratogramas de raio X
mostraram que as variedades analisadas podem ser classificadas como padrão tipo B e a cristalinidade
foi de 20,7%, em média. Em relação às propriedades térmicas, houve diferença estatística entre as
amostras em quase todas as variáveis da análise, exceto na temperatura inicial, tanto da gelatinização
como da retrogradação; como esperado, houve diminuição significativa da temperatura de pico e da
entalpia após a retrogradação dos amidos. Quanto às propriedades de pasta, houve diferença significativa
em todas as variáveis estudadas, com destaque para a alta viscosidade inicial da cultivar Atlantic, 1004,1
RVU. Os amidos extraídos das variedades de batata demonstraram diferentes características, o que
permite amplas opções de uso nos diversos setores de aplicação industrial.
Palavras-chaves: gelatinização, retrogradação, viscosidade, cristalinidade, propriedades funcionais.
ABSTRACT
Starches from different potato cultivars were characterized as the structural, thermal and pasta
properties. The starches of potatoes cultivars Asterix, Atlantic, BRS Clara, Agata, Mustang and Fontane
were extracted, presenting moisture contents from 9.74 to 13.60%. The X-ray diffraction showed that
varieties analyzed can be classified as type B, with crystallinity of 20.7%, average. Regarding thermal
properties, there wasn’t statistical difference between the samples only in the initial temperature of
gelatinization and retrogradation; as expected there was a significant decrease in peak temperature and
enthalpy after the retrogradation of starches. As for the pasta properties, there was a significant
difference in all variables, especially the high initial viscosity of the cultivar Atlantic, 1004.1 RVU.
Starches extracted from potato varieties showed different characteristics, allowing wide options of use in
various sectors of industrial application.
Key-words: gelatinization, retrogradation, viscosity, crystallinily functional properties.
INTRODUÇÃO
O amido é o componente mais abundante da maioria dos alimentos, sendo responsável pelas
propriedades tecnológicas que caracterizam grande parte dos produtos processados, as quais diferenciam
dependendo de sua fonte botânica. A batata se destaca como a cultura olerácea de maior relevância
econômica para o Brasil, sendo o país autossuficiente na produção da mesma, tanto para o mercado do
tubérculo in natura, como processamento doméstico, porém depende da importação de todo o amido
consumido pelo país.
O amido contribui de forma expressiva para as propriedades de textura de muitos alimentos e tem
várias aplicações industriais, podendo ser utilizado como ingrediente, componente básico ou aditivo,
IX Congresso Brasileiro de Análise Térmica e Calorimetria
09 a 12 de novembro de 2014 – Serra Negra – SP - Brasil
sendo adicionado para melhorar a fabricação, apresentação ou conservação do produto, através de
funções como espessante, estabilizador coloidal, agente de gelatinização, volume e retenção de água;
desempenhando assim, um papel bastante importante para a indústria.
A relação entre as características estruturais e propriedades funcionais de amidos tem recebido muita
atenção por ser importante para o entendimento de como as propriedades funcionais do amido são
afetadas pelas suas características estruturais. Esta informação pode prover uma base para manipulação
mais adequada de atributos de qualidade [1].
O objetivo deste estudo foi determinar as características estruturais, térmicas e de pasta de amidos de
diferentes cultivares de batata, a fim de se obter maiores esclarecimentos sobre suas propriedades,
fomentando as informações para aplicação.
MATERIAIS E MÉTODOS
Material
As cultivares de batatas foram cultivadas no município de Pouso Alegre - MG. As extrações dos
amidos das batatas Asterix, Atlantic, BRS Clara, Ágata, Mustang e Fontane foram realizadas conforme
método físico de extração [2] e os teores de umidade dos amidos foram determinados seguindo a
metodologia da AOAC [3], os quais variaram entre 9,74 a 13,60%, respectivamente, cultivares BRS
Clara e Ágata. Foram realizadas três repetições por cultivar.
Métodos
Para a determinação da cristalinidade os amidos foram mantidos em dessecador contendo solução de
BaCl2 saturada (25 ºC, aw = 0,9) durante 10 dias para equilíbrio da umidade. As amostras de amidos
foram compactadas em suporte de alumínio e analisadas, a temperatura ambiente, utilizando-se um
difractômetro de raios-X da marca Rigaku Rotaflex (modelo RU 200 B), operando com filtro
monocromático, radiação Ka de cobre, potência de 0,8 kW, corrente de 100 mA e voltagem de 50 kV e
ânodo rotatório. O comprimento de onda utilizado foi de 1,542 Å e velocidade de varredura de 1° min-1.
As análises foram feitas entre 3º e 40º em 2θ. A intensidade foi expressa em contagem de picos por
segundo (cps). A cristalinidade relativa foi determinada seguindo baseado na relação entre a área dos
picos e a área total, utilizando o software Origin versão 7.5 (Microcal Inc., EUA) [4]. Os gráficos foram
ajustados utilizando o método ‘Adjacent Averaging’ [4]. As análises foram realizadas em duplicata.
As propriedades térmicas foram analisadas usando-se um calorímetro diferencial de varredura (DSC)
Pyris 1 (Perkin Elmer, EUA). Amostras de amido (aproximadamente, 2,5 mg, bs) foram pesadas em
cadinhos de alumínio, misturadas com água destilada (6 µL) e seladas. Os cadinhos selados foram
mantidos à temperatura ambiente por 2 horas para equilíbrio e aquecidos a uma razão de 10ºC min-1 de
25 a 100ºC. Um cadinho vazio foi usado como referência. Após a corrida das amostras em DSC, os
mesmos foram refrigerados a 5ºC por 14 dias e analisados novamente nas mesmas condições para
determinação das propriedades térmicas dos amidos retrogradados. As análises foram feitas em
triplicata. As temperaturas de gelatinização (inicial, de pico e final) e a variação de entalpia dos amidos
nativos e retrogradados foram determinadas utilizando-se o software Pyris 1 da Perkin Elmer, USA.[5]
Para a análise das propriedades de pasta foi utilizado o Rapid Visco Analyser (RVA). As suspensões
de amido (2,5 g amido em 25 mL de água), corrigidas para a base de 14% de umidade, passaram pela
programação tempo/temperatura: 50ºC por 1 minuto, aquecimento de 50 a 95ºC a uma taxa de 6ºC/min,
manutenção da pasta a 95ºC por 5 minutos e resfriamento de 95 a 50ºC a uma taxa de 6ºC/minuto. A
viscosidade foi expressa em RVU. Do gráfico obtido foram avaliadas as seguintes características:
temperatura de pasta, viscosidade máxima (pico), queda de viscosidade ou breakdown (diferença entre a
viscosidade máxima e da pasta mantida a 95°C por 5min.), viscosidade final e setback (diferença entre
as viscosidades final e da pasta a 50°C por 5min.)[6]. As análises foram realizadas em duplicata.
RESULTADOS E DISCUSSÃO
IX Congresso Brasileiro de Análise Térmica e Calorimetria
09 a 12 de novembro de 2014 – Serra Negra – SP - Brasil
As diferentes cultivares de batata apresentaram padrão de cristalinidade tipo B, com picos principais
em 5,6; 15, 17, 18 e 23º em 2θ, sendo este tipo encontrado em amidos de tubérculos e raízes. O grau de
polimerização das cadeias ramificadas da amilopectina tem relação com o tipo de polimorfismo [7], no
caso do tipo B, os amidos normalmente apresentam grande porção de cadeias longas (DP>37). Em
relação à cristalinidade, as variedades estudadas apresentaram valores entre 20,0 a 21,59%, sendo que
apenas a variedade Fontane foi estatisticamente diferente das demais, com 21,59%. Os valores obtidos
das variedades estudadas foram baixos quando comparadas a outros autores [8], que obtiveram grau de
cristalinidade de 38,3% na variedade Monalisa, acentuando as diferenças entre cultivares. As
temperaturas de transição do amido e a entalpia de gelatinização, medidas pelo DSC, podem estar
relacionadas com a cristalinidade [9]. No entanto, tem sido demonstrado (difração de raio X) que a
entalpia de gelatinização é, principalmente, relacionada à perda da ordem da dupla hélice, do que à
cristalinidade [10].
A análise das propriedades de gelatinização dos amidos das diferentes cultivares evidenciou
diferenças significativas nas temperaturas, de pico e final, e na entalpia, (Figura 1) com o amido da
cultivar Ágata com alta temperatura de pico (74,80°C). Este resultado indica alto grau de organização
entre as moléculas. Em contrapartida a entalpia dessa cultivar esteve entre as mais altas (17,80 J.g-1),
assim como as cultivares Atlantic (17,74 J.g-1) e Fontane (17,85 J.g-1).
Figura 1. Termogramas de DSC dos amidos das cultivares de batata (Asterix, Atlantic, BRS Clara,
Ágata, Mustang e Fontane, de cima para baixo).
Os valores de temperatura inicial de gelatinização dos amidos das variedades estudadas variaram de
64,64 a 66,66°C. Os valores das temperaturas de pico variaram de 67,32 a 70,17ºC. A temperatura final
variou de 71,13 a 74,80ºC e a entalpia variou de 15,52 a 17,80 J.g-1. Segundo Tester [11], a extensão da
perfeição cristalina é refletida na faixa de temperatura de gelatinização e na variação de entalpia obtidas
por DSC. Os amidos das diferentes cultivares de batata apresentaram pequenas faixas de temperatura de
gelatinização e, também, apresentaram altas variações de entalpia (ΔH) sugerindo uma maior perfeição e
homogeneidade dos cristais.
A retrogradação é a agregação das moléculas de amido ocorrida após a gelatinização. A
recristalização que ocorre durante longos períodos de estocagem é atribuída às frações da amilopectina
[12]. Os amidos retrogradados apresentaram diminuição das temperaturas de gelatinização em relação
aos amidos nativos. Esta redução ocorre devido a um alinhamento impróprio das cadeias de
IX Congresso Brasileiro de Análise Térmica e Calorimetria
09 a 12 de novembro de 2014 – Serra Negra – SP - Brasil
amilopectina durante a reassociação, causando formação de estruturas cristalinas menos ordenadas e
menos estáveis do que aquelas existentes no amido nativo [12,13]. Deste modo menor energia é
requerida para fundir os cristais reestruturados.
Os valores de temperatura inicial de gelatinização dos amidos das variedades estudadas também não
apresentaram diferença estatística na análise de retrogradação, variando de 41,11 a 42,89°C, assim como
os valores das temperaturas de pico, apresentando valores com, aproximadamente, 15°C mais baixos,
entre 53,11 e 54,62°C. Os valores de temperatura final apresentaram diferença estatística com o menor
valor para o amido da cultivar Asterix (63,74ºC) e o maior para a cultivar Mustang (68,37ºC). Os valores
de entalpia apresentaram diferença estatística mostrando diminuição de aproximadamente 10 J.g-1:
Os amidos retrogradados apresentaram altos valores de retrogradação, o que pode sugerir que estes
amidos apresentem maiores proporções de cadeias ramificadas muito longas da amilopectina. Conforme
exposto por Rocha et. al [8], existe relação entre maiores proporções de cadeias ramificadas de
amilopectina e altas taxas de retrogradação. Os valores de retrogradação variaram de 35,44% (Asterix) e
42,66 % (Mustang).
Pastas e géis de amido contribuem para a textura de muitos alimentos. A análise das propriedades de
pasta dos amidos das diferentes cultivares evidenciou diferenças significativas em todas as variáveis
apresentando variações de viscosidade (RVU): Pico: 593,53 (Asterix) a 1004,14 (Atlantic); Quebra:
258,31 (Asterix) a 677,81 Atlantic); Final: 333,20 (Mustang) a 396,97 (Asterix); Retrogradação: 40,65
(Mustang) a 61,73 (Asterix)
A cultivar Atlantic apresentou alto valor de viscosidade máxima, o que indica maiores forças de
ligações. Porém quando observado os valores de viscosidade final, os valores foram menos discrepantes,
assim como, a temperatura de pico, em que apenas a cultivar Ágata se diferenciou das demais.
A viscosidade de quebra permite avaliar a estabilidade do produto em altas temperaturas sob agitação
mecânica e está diretamente relacionada com o pico de viscosidade [14]. A altura do pico a uma dada
concentração reflete a habilidade dos grânulos de inchar livremente antes da quebra física e os amidos
que são capazes de inchar a um alto grau também são menos resistentes à quebra no cozimento exibindo
diminuição significativa na viscosidade depois de atingir o pico máximo [15]. Essa diminuição
significativa pode ser observada nas cultivares Asterix, Atlantic e Ágata, as quais apresentaram valores
de viscosidade de quebra quase à metade dos valores de viscosidade de pico, demonstrando serem
menos resistentes ao cozimento sob agitação.
Os valores de temperatura de pico na análise de propriedade de pasta foram em torno de 3°C maiores
das temperaturas de gelatinização apresentadas pela análise de propriedade térmica, o que também pode
ser observado em outros trabalhos [16, 17].
CONCLUSÃO
Os amidos extraídos de diferentes cultivares de batata apresentam diferentes características de pasta e
térmicas, apresentando atributos interessantes para sua aplicação em produtos industrializados.
AGRADECIMENTOS
Os autores agradecem o apoio da Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior
(Capes).
REFERÊNCIAS
1. FRANCO, C. M. L.; CABRAL, A.F.R.; TAVARES, D.Q. Structural and physicochemical
characteristics of linnerized native and sour cassava starches. Starch/Starke, v. 54, p. 469-475, 2002.
2. PERONI, F.H.G., ROCHA, T.S., FRANCO, C.M.L. Some Structural and physicochemical
characteristics of tuber and root starches. Food Science and Technology International, v.12, p. 505–
513, 2006.
IX Congresso Brasileiro de Análise Térmica e Calorimetria
09 a 12 de novembro de 2014 – Serra Negra – SP - Brasil
3. ASSOCIATION OF OFFICIAL ANALYTICAL CHEMISTS. Official methods of analysis of the
Association of Official Analytical Chemists. 18. ed. Washington, DC, 2006.
4. NODA, T. et al. Relationships between chain length distribuition of amylopectin and gelatinization
properties within the same botanical origin for sweet potato and buckwheat. Carbohydrate Polymers,
Maryland Heights, v. 37, n. 2, p. 153-158, 1998.
5. LEONEL, M. et al., Avaliação de cultivares de batata-doce como matéria-prima para extração de
amido. Brazilian Journal of Food Technology, Campinas, v.7, p.47-55, 2004.
6 NEWPORT SCIENTIFIC. Operation manual for series 4: Instructions Manual. Warriewood.
Austrália, 1998, p. 123.
7. HIZUKURI, S.; KANEKO, T.; TAKEDA, Y. Measurement of the chain length of amylopectin and its
relevance to the origin of crystalline poly-morphism of starch granules. Biochim. Biophys. Acta1983,
760,188–191.
8. ROCHA, T.S., DEMIATE, I.M., FRANCO, C.M.L. Características estruturais e físico-químicas de
amidos de mandioquinha-salsa (Arracacia xanthorrhiza). Ciência e Tecnologia de Alimentos, v. 28, p.
620-628, 2008.
9. KRUEGER, B. R., KNUTSON, C. A., INGLETT, G. E., & WALKER, C. E. Adifferential scanning
calorimetry study on the effect of annealing ongelatinization behaviour of corn starch.Journal of Food
Science, 52,715–718, 1987.
10. COOKE, D., GIDLEY, M. J. Loss of crystalline and molecular order during starch gelatinization :
Origin of the enthalpic transition. Carbohydrate Research, 227, 103–112, 1992.
11. TESTER, R. F. Properties of damaged starch granules: composition and swelling properties of
maize, rice, pea and potato starch fractions in water at various temperatures. Food Hydrocolloids, v. 11,
n. 3, p.293-301, 1997.
12. SRICHUWONG, S.; SUNARTI, T. C.; MISHIMA, T.; ISONO. N.; HISAMATSU, M. Starches
from different botanical sources I: Contribution of amylopectin fine structure to thermal properties and
enzyme digestibility. Carbohydrate Polymers, v. 60, n. 4, p. 529-538, 2005.
13. KARIM, A.; NORZIAH, M. H.; SEOW, C. C. Methods for the study of starch retrogradation. Food
Chemistry, v. 71, n. 1, p. 9-34, 2000.
14. LEONEL, M.; CEREDA, M. P. Caracterização físico-química de algumas tuberosas amiláceas.
Ciência e Tecnologia de Alimentos, Campinas, SP, v. 22, n. 1, p. 65-69, Jan/Apr. 2002.
15. SINGH, N. et al., Morphological, thermal and rheological properties of starches from different
botanical sources. Food Chemistry, v. 81, p. 219-231, 2003.
16. PÉREZ, E.E.; BREENE, W.M.; BAHNASSEY, Y.A. Variations in the gelatinization profiles of
cassava, sagu and arrowroot native starches as measured with different thermal and mechanical methods.
Starch/Stärke, Weinheim, v.50, n.2-3, p.70-72, 1998.
17. JANE, J.; CHEN, Y. Y.; LEE, L. F.; MCPHERSON, A. E.; WONG, K. S.; RADOSAVLJEVIC, M.;
KASEMSUWAM, T. Effects of amylopectin branch length and amylose content on the gelatinization
and pasting properties of starch. Cereal Chemistry, v. 76, n. 5, p. 629-637, 1999.