UNIVERSIDADE FEDERAL DE ALFENAS
WISMAR CARLO ZANELLA
EFEITO DA TEMPERATURA E DO pH NA ESTABILIDADE
DE CORANTES NATURAIS UTILIZADOS EM ALIMENTOS
Poços de Caldas/MG
2014
WISMAR CARLO ZANELLA
EFEITO DA TEMPERATURA E DO pH NA ESTABILIDADE
DE CORANTES NATURAIS UTILIZADOS EM ALIMENTOS
Trabalho de conclusão de curso apresentado como
parte dos requisitos para obtenção do título de
Bacharel em Engenharia Química pela Universidade
Federal de Alfenas (UNIFAL-MG).
Orientadora: Prof.ª Dr.ª Mariana Altenhofen da Silva.
Poços de Caldas/MG
2014
Z28e
Zanella, Wismar Carlo.
Efeito da temperatura e do pH na estabilidade de corantes naturais utilizados em
alimentos. / Wismar Carlo Zanella;
Orientação de Mariana Altenhofen da Silva. Poços de Caldas: 2014.
30 fls.: il.; 30 cm.
Inclui bibliografias: fls. 25-26
Trabalho de Conclusão de Curso (Graduação em Engenharia Química) –
Universidade Federal de Alfenas– Campus de Poços de Caldas, MG.
1. Urucum 2. Cúrcuma 3. Carmim 4. Corantes naturais. I. Silva, Mariana Altenhofen da
(orient.). II. Universidade Federal de Alfenas - Unifal. III. Título.
CDD 660.6
AGRADECIMENTOS
À Universidade Federal de Alfenas pela oportunidade e por ter provido o
espaço e os equipamentos necessários para a realização do trabalho.
Aos técnicos dos laboratórios que de alguma forma auxiliaram na parte
experimental do trabalho.
À professora Mariana, orientadora, pelos valiosos conselhos, ideias, dicas e
sugestões para a elaboração do TCC I e II, além de todo o tempo e dedicação
oferecidos em prol de ambos os trabalhos.
À minha família, pelo apoio e incentivo ao longo da minha jornada estudantil;
em especial ao meu pai, pelo apoio financeiro durante a graduação.
Ao professor Cláudio Gonçalves, por ter me aconselhado e incentivado a
cursar Engenharia Química quando eu ainda estava no Ensino Médio.
A todos os meus amigos, de perto e de longe, com os quais compartilho
muitas boas lembranças e através dos quais pude superar os momentos difíceis.
RESUMO
Os corantes são os aditivos químicos de maior relevância em vários setores da
indústria, sobretudo o alimentício. A partir do século XIX, com a popularização dos
corantes produzidos sinteticamente, os corantes naturais foram sendo substituídos,
principalmente por motivos econômicos. No entanto, busca-se cada vez mais
desenvolver metodologias e processos economicamente viáveis a fim de tornar mais
abrangente o uso desses corantes na indústria. Este trabalho avaliou a estabilidade
de três dos corantes naturais mais utilizados – o carmim, o urucum e a cúrcuma –,
em diferentes condições de pH e temperatura por um período de aproximadamente
7 dias. Para a análise estatística do experimento, foi traçado um planejamento
fatorial 22 com três repetições no ponto central, totalizando 7 ensaios para cada
corante. As variáveis estudadas foram a temperatura (40ºC e 80ºC) e o pH (3,0 e
6,0). Através dos resultados obtidos observou-se que o aumento da temperatura foi
o fator que mais contribuiu para a degradação do urucum e da cúrcuma. Por outro
lado, valores baixos de pH prejudicaram a estabilidade do urucum, e, principalmente,
do carmim, sendo que seu efeito de degradação foi potencializado em ambos
quando combinados a altas temperaturas. Com relação à coloração, o carmim foi o
corante que mudou de cor mais rapidamente, exceto no ensaio a 40ºC e pH 6,0.
Apesar disso, foi o único corante que não degradou completamente ao fim do
experimento.
Palavras-chave: Degradação de corantes naturais. Urucum. Cúrcuma. Carmim.
ABSTRACT
Dyes are the most important chemical additives in many sectors of the food industry.
Since the 19th century, synthetically produced dyes became more popular and,
mostly for economic reasons, were gradually replacing the natural dyes. However,
the search for more economically viable processes and methodologies grows each
day more, with the purpose to make the use of these dyes wider in the industry. This
work evaluated the stability of three important natural dyes commercially used
(annatto, turmeric and carmine) in different conditions of pH and temperature for
about a week. A factorial experimental design 2 2 with 3 central points (7 experiments
in total, for each dye solution) was used to evaluate the effect of temperature (40 to
80°C) and pH (3,0 to 6,0) on the color stability of the dye solution. Results have
shown that temperature was the factor that most contributed to the degradation of the
annatto and the turmeric. In contrast, low values of pH negatively affected the
stability of the carmine and annatto. The effect was even more intense when it was
combined with high temperatures. Concerning the color, carmine was the one that
changed his color more quickly, except in the run at 40ºC and pH 3.0. Nevertheless,
it was the only dye that did not degraded completely by the end of the experiment.
Key Words: Degradation of natural dyes. Annatto. Turmeric. Carmine.
SUMÁRIO
1.
INTRODUÇÃO .....................................................................................................7
2.
2.1
2.2
2.3
2.4
2.5
REVISÃO BIBLIOGRÁFICA ................................................................................8
Corantes naturais e sintéticos ..........................................................................8
Urucum ................................................................................................................8
Carmim de cochonilha .......................................................................................9
Cúrcuma ............................................................................................................ 10
Influência do pH e da temperatura na estabilidade dos corantes ................ 11
3.
3.1
3.2
3.3
MATERIAIS E MÉTODOS ................................................................................. 13
Materiais ............................................................................................................ 13
Preparo das soluções de corantes ................................................................. 13
Ensaios de estabilidade ................................................................................... 14
4. RESULTADOS E DISCUSSÃO ......................................................................... 17
4.1 Ensaios de estabilidade ................................................................................... 18
5.
CONCLUSÃO .................................................................................................... 25
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ......................................................................... 26
ANEXOS ................................................................................................................... 28
7
1. INTRODUÇÃO
A aceitação de um produto alimentício pelo consumidor está diretamente
relacionada a sua cor. Nesse contexto, as cores são adicionadas aos alimentos
para, entre outros motivos, restituir a aparência original, afetada durante as etapas
de processamento, de estocagem, de embalagem ou de distribuição; tornar o
alimento visualmente mais atraente, ajudando a identificar o aroma normalmente
associado a determinados produtos; conferir cor aos desprovidos de cor e reforçar
as cores presentes nos alimentos (CONSTANT et al, 2002).
Por conseguinte, os corantes têm sido atualmente os aditivos químicos mais
utilizados e estudados na indústria alimentícia. O mercado mundial de corantes
alimentares é avaliado economicamente em torno de 1,25 bilhão de dólares, dos
quais 40% são de corantes sintéticos contra 28% de corantes naturais, o que é
justificado pela maior estabilidade e menor custo dos artificiais. Não obstante, os
corantes naturais têm crescido anualmente entre 5 e 10%, enquanto os sintéticos
têm crescimento anual de 2 a 5 % (SCHIOZER & BARATA, 2007).
Esse maior crescimento reflete a crescente demanda dos consumidores por
alimentos mais próximos ao natural com mínima adição de produtos químicos. Além
disso, certamente é consequência direta do número cada vez maior de estudos e
esforços no sentido de diminuir os custos de produção desses corantes, bem como
de verificar e melhorar sua estabilidade em diferentes condições. O presente
trabalho teve como objetivo estudar a estabilidade de três corantes relevantes na
indústria de alimentos: o urucum, a cúrcuma e o carmim de cochonilha. Foram
avaliados os efeitos do pH e da temperatura, bem como a interação entre estes
fatores, na degradação da cor destes corantes em soluções de ácido cítrico.
8
2. REVISÃO BIBLIOGRÁFICA
2.1 Corantes naturais e sintéticos
A arte de colorir acompanha o homem desde a mais remota antiguidade. De
acordo com dados arqueológicos, entre 40.000 a.C. e 10.000 a.C. já eram
encontradas peças de vestuários e utensílios coloridos. Até o século XIX, o número
de corantes e pigmentos conhecidos era muito reduzido, sendo estes extraídos de
plantas, animais e alguns minerais com elevado custo (FRINHANI, 2003).
No entanto, no ano de 1856, o britânico William Henry Perkin sintetizou
acidentalmente a malva, de cor voltada para o azul, considerada o primeiro corante
artificial. Desde então, muitos avanços foram obtidos na área de corantes sintéticos.
Sua popularização e presença nas mais diversas indústrias demonstram que estes
corantes são preferencialmente utilizados devido à maior estabilidade e poder
tintorial, bem como ao menor custo em relação aos corantes naturais tradicionais
(GONZÁLEZ, 2012).
Apesar disso, o que se constata é uma forte tendência na redução do número
de aditivos sintéticos permitidos nos países desenvolvidos. Por outro lado, os
corantes naturais têm sido utilizados há anos na indústria alimentícia sem evidências
de danos à saúde. Alguns são solúveis em óleo, proporcionam cores mais suaves e
conferem ao produto um aspecto natural, o que aumenta a aceitação pelo
consumidor (CONSTANT et al, 2002; LOPES et al, 2007).
2.2 Urucum
A fonte do corante consiste nas sementes da Bixa Orellana, uma árvore
tropical originária da América (Figura1a). Atualmente, o Brasil produz por volta de 12
mil toneladas por ano de urucum, o que o faz o maior produtor mundial. As principais
aplicações dos corantes de urucum estão na área alimentícia, sendo encontrado em
recheios de biscoitos, cereais, bolos, queijos, bebidas lácteas, sobremesas, geleias,
salsichas, dentre outros produtos (GONZÁLEZ, 2012). A Figura 1b mostra o corante
processado em pó.
9
(a)
(b)
Figura 1 – (a) Sementes de urucum; (b) urucum em pó.
Cerca de 80% da coloração das sementes de urucum é devida ao
componente ativo 9’-cis-bixina, chamada comumente de bixina. A partir da bixina
são obtidos os demais pigmentos do urucum, como a norbixina (lipossolúvel), o sal
da norbixina (hidrossolúvel) e os produtos de degradação térmica (lipossolúveis e de
coloração amarela mais estável) (GONZÁLEZ, 2012; CONSTANT et al, 2002).
Mecanicamente, o extrato de urucum é obtido por abrasão do pericarpo das
sementes submerso em óleo vegetal aquecido a temperaturas entre 70 e 130ºC. O
aquecimento utilizado na extração isomeriza a cis-bixina, em trans-bixina (ou
norbixina), mais solúvel em óleo, resultando em um produto com 0,2 a 0,5% de
pigmento (FRINHANI, 2003). Técnicas mais modernas também são reportadas na
literatura, como por exemplo a extração com CO2 supercrítico (SILVA et al, 2008).
Após a extração, a determinação do teor de bixina e norbixina pode ser feito de
forma bastante precisa através de Cromatografia Líquida de Alta Eficiência (CLAE)
(TOCCHINI & MERCADANTE, 2001).
2.3 Carmim de cochonilha
O corante conhecido como carmim de cochonilha é extraído da fêmea do
inseto chamado Dapctylopiuscoccus, parasitário de cactos (Figura 2a). Na indústria
alimentícia, é utilizado principalmente na fabricação de cereais, massas, bebidas
não alcoólicas, molhos, geleias e recheios (GONZÁLEZ, 2012). A Figura 2b mostra o
carmim em pó, depois de processado.
10
(a)
(b)
Figura 2 – (a) Cochonilha, fonte do corante carmim; (b) carmim em pó.
Seus principais constituintes são: o ácido carmínico, que é o responsável pelo
poder tintorial do corante; e o camim propriamente dito, que corresponde aos
complexos formados a partir do ácido carmínico e alumínio (GONZÁLEZ, 2012;
CONSTANT et al, 2002).
O processo de extração se inicia com a remoção cuidadosa dos insetos
presentes nos cactos. Então, os insetos são desidratados por secagem natural.
Após secos, estes são submetidos a uma temperatura de aproximadamente 100ºC
em uma solução de amônia ou carbonato de sódio. A fração insolúvel é filtrada e a
esta adiciona-se alúmen de potássio dodecahidratado (KAl(SO4)2∙12H2O) para que
ocorra a precipitação do composto (BORGES et al, 2012).
2.4 Cúrcuma
A Curcuma Longa L ou açafrão da Índia é uma planta herbácea perene da
família das Zingiberaceae, de origem no sudeste asiático (Figura 3). Como corante,
é uma importante fonte de cor amarela na área alimentícia, sendo largamente
utilizada em picles, maionese, mostarda, revestimento de filés de peixe congelado,
produtos cárneos, massas alimentícias, sucos, gelatinas, queijos e manteiga
(GONZÁLEZ, 2012; PEREIRA & STRINGHETA, 1998).
A curcumina é o principal pigmento presente em seus rizomas, contribuindo
com 50 a 60% dos pigmentos totais. Além desta, o corante é composto por mais
dois compostos amarelos derivados da curcumina: a demetoxi-curcumina e a bisdemetoxi-curcumina, os quais são responsáveis por 20 a 30% e 7 a 20% dos
pigmentos, respectivamente. (CONSTANT et al, 2002).
11
Figura 3 – Rizomas do açafrão e o pó de cúrcuma comercial.
Atualmente, são três os produtos de cúrcuma disponíveis comercialmente: o
pó de cúrcuma (Figura 3), a oleoresina de cúrcuma e o extrato de curcumina. A
curcumina pura não é ideal para aplicação direta em alimentos devido a sua
insolubilidade em água, havendo a necessidade de misturá-la com solventes e
emulsificantes de grau alimentício. A escolha destes solventes envolve uma série de
fatores, desde a eficiência da extração até a facilidade de economia na recuperação
do solvente (CONSTANT et al, 2002; PEREIRA & STRINGHETA, 1998).
No caso da oleoresina, álcool etílico, acetona e dicloro etileno têm sido
indicados como bons solventes. Quando há a necessidade de remover o sabor
característico da cúrcuma, recomenda-se a utilização de solventes seletivos como o
hexano, os quais removem o princípio amargo da cúrcuma sem afetar o conteúdo de
curcuminóides (PEREIRA & STRINGHETA, 1998). Da mesma forma que para o
urucum, estudos mais recentes têm sido feitos no que diz respeito à extração com
fluidos supercríticos, produzindo resultados bastante satisfatórios (CHASSAGNEZ et
al, 1997; BRAGA, 2005).
2.5 Influência do pH e da temperatura na estabilidade dos corantes
O ácido carmínico é mais instável às variações de pH que o carmim. Este
mantém a cor vermelha na faixa de pH entre 4 e 10, tornando-se azul acima desse
valor; o carmim, por outro lado, apresenta tonalidade alaranjada em pH ácido,
avermelhada na faixa de 5 a 7 e azul na região alcalina (CONSTANT et al, 2002).
12
A bixina também é sensível às variações no pH, pois muda de amareloalaranjado para rosa fraco em pH ácido. No entanto, em condições alcalinas, pode
sofrer saponificação e produzir a norbixina, que é mais estável, porém pouco solúvel
em água em pH não-alcalino (CONSTANT et al, 2002; FRINHANI, 2003).
Em contrapartida, os constituintes da cúrcuma são instáveis em meio alcalino,
sobretudo a curcumina. Em uma faixa de pH de 4 a 7, as perdas de coloração não
são significativas a baixas temperaturas. Acima de pH 7,7, a velocidade de
degradação se torna quase três vezes maior (GONZÁLEZ, 2012; PEREIRA &
STRINGHETA, 1998).
No que se refere à temperatura, os 3 corantes são relativamente estáveis
abaixo de 100ºC, especialmente o carmim, que muda de cor apenas em
temperaturas acima de 135ºC. Todavia, isso ocorre apenas quando as condições de
pH são mantidas ótimas. O efeito de altas temperaturas, mesmo que menores que
100ºC, combinado com valores de pH extremos, potencializa fortemente a
degradação da cor dos corantes, principalmente no que diz respeito aos pigmentos
do urucum e da cúrcuma. (GONZÁLEZ, 2012; FRINHANI, 2003).
13
3. MATERIAIS E MÉTODOS
3.1 Materiais
As amostras de corantes foram gentilmente cedidas pela empresa Chr.
Hansen Ind. e Com. Ltda. (Valinhos, São Paulo) sendo estas três amostras líquidas
(carmim, urucum e cúrcuma), e duas amostras em pó (urucum e cúrcuma). No
entanto, estas duas últimas foram descartadas do estudo porque se mostraram
insolúveis na solução de ácido cítrico. As especificações dos corantes líquidos
fornecidas pelo fabricante estão contidas nos anexos A, B e C.
No preparo das soluções dos corantes foi utilizado ácido cítrico P.A. (Ecibra,
São Paulo). Isto porque o ácido cítrico é amplamente empregado na indústria como
um importante ingrediente em alimentos, sendo portanto um ótimo simulante
alimentício. Hidróxido de sódio (0,1M) foi utilizado para o ajuste do pH das soluções
de corantes.
3.2 Preparo das soluções de corantes
Para o estudo da estabilidade dos corantes naturais inicialmente preparou-se
uma solução estoque de ácido cítrico 0,05% (m/v). Foi utilizada esta baixa
concentração para facilitar a posterior alcalinização das amostras estudadas.
Testes preliminares foram realizados a fim de se definir a concentração dos
corantes a ser utilizada para o estudo da estabilidade. A escolha foi baseada nos
dados de absorbância obtidos para cada solução. As concentrações utilizadas nos
testes de estabilidade para cada corante estão apresentadas na Tabela 1. A
concentração da solução de carmim foi de 0,1% (m/v). No entanto, verificou-se
necessário alterar as concentrações de urucum e cúrcuma. No caso do urucum, pela
amostra original conter baixa concentração de norbixina (ver Anexo C), fez-se
necessária uma concentração cinco vezes maior (0,5% m/v) para que a solução
adquirisse a cor esperada. Em contrapartida, devido à alta porcentagem de
curcumina na amostra de cúrcuma (ver Anexo B), foi preciso diluí-la para uma
concentração de 0,025% (m/v); do contrário, suas leituras de absorbância estariam
acima do limite do equipamento, que é de 3,5.
14
Tabela 1 - Concentração de corantes nas soluções
Corante
Concentração (m/v)
Carmim
0,1%
Urucum
0,5%
Cúrcuma
0,025%
Após a adição do corante na solução de ácido cítrico, estas foram agitadas
até que se tornaram homogeneamente coloridas (Figura 4).
(c)
(b)
(a)
Figura 4 – Corantes em solução de ácido cítrico, antes do ajuste de pH: (a) carmim; (b) urucum; (c)
cúrcuma.
3.3 Ensaios de estabilidade
Foram realizados testes de estabilidade em diferentes condições de pH (3,0,
4,5 e 6,0) e diferentes temperaturas (40, 60 e 80°C). Os testes foram feitos apenas
em condições ácidas porque grande parte dos alimentos industrializados apresenta
valores de pH inferiores a 7,0. Para avaliar os efeitos das variáveis estudadas na
estabilidade da cor de cada corante foi utilizado um planejamento experimental 22
com 3 repetições no ponto central. Os ensaios, juntamente com as variáveis reais e
15
codificadas, estão apresentados na Tabela 2. A resposta (variável dependente)
avaliada foi a medida de absorbância relativa da solução de corante após um tempo
determinado posteriormente.
Os dados foram analisados com o uso do Software Statistica V7 (Stasoft Inc.,
EUA).
Tabela 2 – Delineamento estatístico relacionando as variáveis codificadas com seus respectivos
valores reais
Variáveis codificadas
Variáveis reais
Ensaio
X1
X2
T (ºC)
pH
1
-1
-1
40
3,0
2
+1
-1
80
3,0
3
-1
+1
40
6,0
4
+1
+1
80
6,0
5
0
0
60
4,5
6
0
0
60
4,5
7
0
0
60
4,5
No início de cada experimento, o pH de cada solução de corante era
ajustado, de acordo com valor desejado, adicionando-se solução de NaOH 0,1M. A
alcalinização foi necessária em todos os casos porque as soluções dos três corantes
em ácido cítrico apresentaram pH em torno de 2,8, sendo portanto menor que o
limite inferior estudado (pH=3,0). A seguir, alíquotas de aproximadamente 10 mL
foram transferidas para tubos de ensaio, os quais foram acondicionados em um
suporte. O suporte com os tubos foi então colocado em um Banho-Maria ajustado na
temperatura desejada do experimento.
A estabilidade da cor das soluções dos corantes foi avaliada pela medida da
absorbância relativa, ou seja, a razão entre as absorbâncias no tempo t e no tempo
0 (At/Ao). Para as medidas de absorbância foi utilizado um espectrofotômetro visível
(Marca Hach, Modelo DR 2800, EUA). Como o equipamento não realiza varredura,
baseado em dados da literatura referentes ao pico de máxima absorbância dos
16
corantes, foram necessários testes preliminares para determinar até quatro
comprimentos de onda (capacidade de medição do espectrofotômetro empregado)
que apresentassem os mais altos valores de absorbância para cada corante. A
Tabela 3 relaciona os comprimentos de onda monitorados durante o experimento.
As medidas de absorbância de cada solução de corante foram realizadas em
intervalos pré-determinados por cerca de 1 semana.
Tabela 3 – Valores de comprimento de onda monitorados no experimento
λ (nm)
Corante
Carmin
510
520
530
550
Urucum
360
370
390
400
Cúrcuma
400
410
420
440
17
4. RESULTADOS E DISCUSSÃO
Durante o experimento, as amostras de carmim em todos os ensaios
apresentaram mudanças visíveis na coloração, exceto no ensaio 3 (pH=6,0/
T=40ºC). No ensaio 2 (pH=3,0 / T=80ºC), isso ocorreu em menos de 10 minutos. A
cor mudou de rosa forte para marrom-amarelado ou salmão, dependendo da
amostra (Figura 5). Apesar disso, em nenhum dos ensaios houve perda total da cor.
Figura 5 – Cor adquirida por duas amostras de carmim do ensaio 1 ao final do experimento.
As
amostras
de
cúrcuma
e
urucum
apresentaram
comportamento
semelhante: nos ensaios a 40ºC, não houve alterações significativas na coloração.
No entanto, a 80ºC todas as amostras de cúrcuma e urucum degradaram
completamente a partir do terceiro dia de experimento e tornaram-se praticamente
transparentes com a formação de precipitado por toda a amostra em alguns casos, o
que comprometeu as leituras de absorbância após esse período (Figuras 6b e 6c,
para a cúrcuma e o urucum, respectivamente). No caso da cúrcuma, antes da
degradação completa, sua cor mudou de amarelo brilhante para amarelo pálido
(Figura 6a).
18
(a)
(b)
(c)
Figura 6 – Aparência das soluções de cúrcuma no ensaio 2 (pH=3,0 / 80°C) após 2 dias (a) e após 3
dias (b) e da solução deBurucum no ensaio 2 após 3 dias (c).
A
4.1 Ensaios de estabilidade
A estabilidade da cor das soluções dos corantes nas diferentes condições de
pH
e
temperatura
estudadas
(conforme
planejamento
experimental)
foi
acompanhada por um período de aproximadamente uma semana. A partir dos
resultados, escolheu-se para análise o comprimento de onda de maior absorbância
para cada corante. O carmim apresentou pico de máxima absorbância em 510 nm, o
urucum em 360 nm e a cúrcuma em 420 nm. Nas Figuras 7, 8 e 9 estão
representadas as curvas de absorbância relativa em função do tempo para as
soluções de carmim, urucum e cúrcuma, respectivamente.
19
1
0,9
0,8
pH=3,0 / 40°C
At/A0
0,7
0,6
pH=3,0 / 80°C
0,5
pH=6,0 / 40°C
0,4
pH=6,0 / 80°C
0,3
pH=4,5 / 60°C
0,2
0,1
0
0
1
2
3
4
5
Tempo (dias)
6
7
8
Figura 7 – Cinética de degradação da cor das soluções de carmim (0,1%) em ácido cítrico (0,05%)
nas diferentes condições de pH e temperatura estudadas (A = absorbância em 510 nm).
1
0,9
0,8
At/A0
0,7
0,6
pH=3,0 / 40°C
0,5
pH=3,0 / 80°C
0,4
pH=6,0 / 40°C
0,3
pH=6,0 / 80°C
0,2
pH=4,5 / 60°C
0,1
0
0
1
2
3
4
5
Tempo (dias)
6
7
8
Figura 8 – Cinética de degradação da cor das soluções de urucum (0,5%) em ácido cítrico (0,05%)
nas diferentes condições de pH e temperatura estudadas (A = absorbância em 360 nm).
20
1
0,9
0,8
At/A0
0,7
0,6
pH=3,0 / 40°C
0,5
pH=3,0 / 80°C
0,4
pH=6,0 / 40°C
pH=6,0 / 80°C
0,3
pH=4,5 / 60°C
0,2
0,1
0
0
1
2
3
4
5
Tempo (dias)
6
7
8
Figura 9 – Cinética de degradação da cor das soluções de cúrcuma (0,025%) em ácido cítrico
(0,05%) nas diferentes condições de pH e temperatura estudadas (A = absorbância em
420 nm).
Percebe-se a ocorrência de erros experimentais e flutuações anormais, já que
em teoria os valores de absorbância relativa devem ser sempre decrescentes ao
longo do tempo. Isso não ocorreu em todos os casos, e o erro foi bastante evidente
no ensaio 2 do carmim (Figura 7, curva verde), no qual os valores de absorbância
foram crescentes a partir da primeira hora de experimento até cerca de 3000
minutos. Esses erros podem ter sido causados pela presença de precipitado
formado em alguns ensaios.
Para a análise estatística dos dados por meio do planejamento experimental
fixou-se o tempo de 1600 minutos (pouco mais de 1 dia) para todas as condições
estudadas. Após esse tempo algumas amostras começaram a apresentar sinais de
formação de precipitado e perda de coloração Os valores de absorbância relativa de
cada ensaio neste tempo estão expressos na Tabela 4.
21
Tabela 4 – Medidas de absorbância relativa a 1600 minutos para a solução dos corantes
At/A0 para t≈ 1600 min.
Ensaio
Carmim
Urucum
Cúrcuma
1
0,494
0,931
0,937
2
0,690
0,475
0,245
3
0,968
0,896
0,874
4
0,746
0,839
0,056
5 (C)
0,653
0,778
0,642
6 (C)
0,667
0,731
0,672
7 (C)
0,671
0,747
0,682
O tratamento estatístico dos dados foi realizado através do software
STATISTICA, obtendo-se as análises de variância (Tabelas 5, 6 e 7), bem como os
respectivos diagramas de Pareto (Figuras 10, 11 e 12), para o carmim, o urucum e a
cúrcuma, respectivamente, todos em função do erro residual total. Nas Tabelas 5, 6
e 7, as duas primeiras linhas correspondem ao efeito principal da temperatura e do
pH, respectivamente; a terceira linha, “1by2”, caracteriza a interação entre os dois
fatores. Os efeitos são significativos apenas quando o “valor-p” (última coluna das
tabelas) é inferior a 0,05, ou seja, quando se tem uma probabilidade maior que 95%
de que os fatores em questão, de fato interferem na degradação dos corantes. Essa
porcentagem é o valor padrão utilizado na maioria dos experimentos científicos.
Tabela 5 – Análise de variância para a degradação do carmim
Soma dos
Graus de
Quadrados
(SQ)
Temperatura
Liberdade
(GL)
Média
Quadrática
(SQ/GL)
Valor F
Valor p
0,000173
1
0,000173
0,08009
0,795579
pH
0,070231
1
0,070231
32,45155
0,010726*
1 by 2
0,043692
1
0,043692
20,18872
0,020574*
Error
0,006493
3
0,002164
Total SS
0,120589
6
* Fatores significativos ao nível de significância de 95% (ou seja, p < 0,05)
22
Pareto Chart of Standardized Effects; Variable: k
2**(2-0) design; MS Residual=,0021642
DV: k
(2)pH
5,696626
1by2
(1)Temperatura
-4,49319
-,283002
p=,05
Standardized Effect Estimate (Absolute Value)
Figura 10 – Diagrama de Pareto para a degradação do carmim.
A partir da Tabela 5 e da Figura 10, percebe-se que o pH é o fator que mais
exerce influência na degradação do carmim. Seu valor positivo no diagrama indica
que um aumento no pH dificulta o processo de degradação, pois aumenta a
absorbância relativa do corante. Por outro lado, o efeito principal da temperatura não
foi significativo; no entanto, nota-se que o efeito de interação entre os dois fatores,
especialmente a altas temperaturas e pH ácido, foi bastante relevante.
Tabela 6 – Análise de variância para a degradação do urucum
Soma dos
Graus de
Quadrados
(SQ)
Temperatura
Liberdade
(GL)
Média
Quadrática
(SQ/GL)
Valor F
Valor p
0,065552
1
0,065552
64,62626
0,004020*
pH
0,026984
1
0,026984
26,60280
0,014133*
1 by 2
0,039634
1
0,039634
39,07488
0,008260*
Error
0,003043
3
0,001014
Total SS
0,135213
6
* Fatores significativos ao nível de significância de 95% (ou seja, p < 0,05)
23
Pareto Chart of Standardized Ef f ects; Variable: Abs. rel.
2**(2-0) design; MS Residual=,0010143
DV: Abs. rel.
-8,03905
(1)Temperatura
1by 2
6,25099
(2)pH
5,15779
p=,05
Standardized Ef f ect Estimate (Absolute Value)
Figura 11 – Diagrama de Pareto para a degradação do urucum.
No caso do processo de degradação do urucum, todos os efeitos foram
significativos, sobretudo a temperatura, cujo aumento favorece muito a degradação.
O efeito do pH foi mais uma vez inverso ao da temperatura: seu aumento ocasionou
taxas mais lentas de degradação do corante. Já o efeito de interação entre os
fatores se mostra bastante evidente ao analisar a curva verde da Figura 8 (pH
3,0/80°C), em que os valores de absorbância relativa foram bem inferiores quando
comparados com a curva azul (pH 3,0/40°C) e com a curva roxa (pH 6,0/80°C).
Tabela 7 – Análise de variância para a degradação da cúrcuma
Soma dos
Graus de
Quadrados
(SQ)
Temperatura
Liberdade
(GL)
Média
Quadrática
(SQ/GL)
Valor F
Valor p
0,570643
1
0,570643
51,59284
0,005560*
pH
0,015757
1
0,015757
1,42465
0,318422
1 by 2
0,003964
1
0,003964
0,35837
0,591599
Error
0,033182
3
0,011061
Total SS
0,623545
6
* Fatores significativos ao nível de significância de 95% (ou seja, p < 0,05)
24
Pareto Chart of Standardized Ef f ects; Variable: Abs. rel.
2**(2-0) design; MS Residual=,0110605
DV: Abs. rel.
(1)Temperatura (ºC)
(2)pH
1by 2
-7,18282
-1,19359
-,598639
p=,05
Standardized Ef f ect Estimate (Absolute Value)
Figura 12 – Diagrama de Pareto para a degradação da cúrcuma.
Para a cúrcuma, a temperatura foi o único fator que influenciou
significativamente em sua degradação: os ensaios a 80ºC apresentaram os valores
mais baixos de absorbância relativa ao longo do tempo. Apesar do pH não exercer
efeito significativo, é importante notar seu valor negativo na Figura 12,
demonstrando que, diferente do carmim e do urucum, a degradação foi mais lenta
em pH = 3,0 do que em pH = 6,0.
25
5. CONCLUSÃO
Através deste estudo, foi possível avaliar os efeitos do pH, da temperatura, e
da combinação entre eles na degradação da cor do carmim, do urucum e da
cúrcuma em soluções de ácido cítrico.
O aumento da temperatura foi o fator que mais influenciou na degradação do
urucum e da cúrcuma. Ainda que para o carmim seu efeito principal não seja
significativo estatisticamente, quando combinado a valores baixos de pH, o resultado
foi uma velocidade de degradação muito mais rápida, especialmente no início do
experimento. Na indústria alimentícia, é necessário atenção na aplicação de
tratamentos térmicos no processamento de alimentos, pois, embora sejam de curta
duração, as temperaturas utilizadas são comumente superiores a 80ºC, e portanto
podem afetar negativamente o poder corante, especialmente da cúrcuma, que
apresentou uma degradação maior em um intervalo menor de tempo.
Para o carmim e o urucum, os ensaios a pH mais altos se mostraram mais
resistentes à degradação. A cúrcuma não foi afetada de forma significativa nesta
faixa de pH, embora surpreendentemente tenha reagido melhor com pH mais ácido.
Isso está de acordo com estudos já realizados, os quais apontam que a cúrcuma é
bastante estável em valores de pH abaixo de 7,0. O efeito do pH neste corante
provavelmente seria significativo se alguns testes fossem realizados em pH básico.
Devido a erros experimentais, não foi possível ajustar os dados da
degradação dos corantes a uma cinética de primeira ordem, e, portanto não foi
possível avaliá-los estatisticamente em função da constante de velocidade da
reação. Assim optou-se por fazer a análise dos dados em função da absorbância
relativa obtida em um mesmo tempo de reação (1600 min) para todos os ensaios e
amostras dos três corantes.
Apesar dos erros e flutuações anormais que surgiram ao longo do
experimento, os resultados estão em conformidade com o que é previsto pela
literatura.
26
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
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extraction methods. In: INTERNATIONAL CONFERENCE ON WATER IN FOOD, 6.
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Lippia alba M. por tecnologia supercrítica: rendimento global, cinética de
extração, composição química e aproveitamento do resíduo amiláceo. 2005. Tese
(Doutorado em Engenharia de Alimentos) – UNICAMP, Campinas, 2005.
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oleoresina de cúrcuma (Curcuma Longa L) com CO2 supercrítico. Ciência e
Tecnologia de alimentos, Campinas, v. 17, n. 4, dez. 1997.
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curcumina e clorofilina cúprica) para produção de papéis.2003. 166f. Tese
(Doutorado em Ciência Florestal) -Universidade Federal de Viçosa, Viçosa, 2003.
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UNICAMP, Campinas, 2012.
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da estabilidade. Rev. Bras. Agrociência, Pelotas, v. 13, n. 3, p. 291-297, jul./set.
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27
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da SILVA, J. G. C. Estatística experimental: análise estatística de experimentos.
Instituto de Física e Matemática, Universidade Federal de Pelotas, Pelotas. 2003.
TOCCHINI L.; MERCADANTE, A. Z. Extração e determinação, por CLAE, de bixina
e norbixina em coloríficos. Ciência e Tecnologia de Alimentos, Campinas, v. 21, n.
3, p. 310-313, set./dez. 2001.
28
ANEXOS
ANEXO A – Dados técnicos do carmim de cochonilha
Tabela 8 - Características físicas do carmim
Análise
Especificação
Corante
Carmim CC-300-WS FCC-II
Cor
Vermelha escura tendendo a bordô
Aspecto
Líquido
Odor
Característico
pH
Mínimo 11,00
Densidade a 20ºC (g/mL)
1,05 ± 0,05
Fragmentos (vidro, plástico duro, metal)
Isento
Sujidades / Materiais estranhos
Isento
Solubilidade em água a 20ºC
Solúvel
Tabela 9 -Características químicas do carmim
Análise
Especificação
Ácido Carmínico (%)
2,80 – 3,20
Arsênico (ppm)
≤3
Chumbo (ppm)
≤ 10
Mercúrio (ppm)
≤1
Cádmio (ppm)
≤1
Metais pesados expressos como chumbo
≤ 40
29
ANEXO B – Dados técnicos da cúrcuma
Tabela 10 - Características físicas da cúrcuma
Análise
Especificação
Corante
Cúrcuma WS
Cor
Amarelo forte / amarelo claro a
amarelo ovo
Aspecto
Líquido hidrossolúvel
Odor
Característico
Sabor
Característico
Densidade a 20ºC (g/mL)
1,10 ± 0,02
Fragmentos (vidro, plástico duro, metal)
Isento
Sujidades / Materiais estranhos
Isento
Solubilidade em água a 20ºC
Solúvel
Tabela 11 - Características químicas da cúrcuma
Análise
Especificação
Curcumina (%)
7,6 – 8,6
Arsênico (ppm)
≤3
Chumbo (ppm)
≤ 10
Mercúrio (ppm)
≤1
Cádmio (ppm)
≤1
Metais pesados expressos como chumbo
≤ 40
Solvente residual (isolado ou em
combinação) (ppm)
≤ 50
Diclorometano (ppm)
≤ 10
30
ANEXO C – Dados técnicos do urucum
Tabela 12 - Características físicas do urucum
Análise
Especificação
Corante
Urucum A-260-WS
Cor
Vermelho alaranjado escuro
Aspecto
Líquido
Odor
Característico
Sabor
Característico
Densidade a 20ºC (g/mL)
1,05 ± 0,05
pH
Mínimo 11
Fragmentos (vidro, plástico duro, metal)
Isento
Sujidades / Materiais estranhos
Isento
Solubilidade em água a 20ºC
Solúvel
Tabela 13 - Características químicas do urucum
Análise
Especificação
Absorbância
0,243 – 0,278
Norbixina (%)
0,85 – 0,97
KOH (%)
1,8 – 2,1
Arsênico (ppm)
≤3
Chumbo (ppm)
≤ 10
Mercúrio (ppm)
≤1
Cádmio (ppm)
≤1
Metais pesados expressos como chumbo
≤ 40