UNIVERSIDADE FEDERAL DO CEARÁ CENTRO DE CIÊNCIAS AGRÁRIAS DEPARTAMENTO DE TECNOLOGIA DE ALIMENTOS PÓS-GRADUAÇÃO EM CIÊNCIA E TECNOLOGIA DE ALIMENTOS SOLANE ALVES SANTOS DA ROCHA OBTENÇÃO DE SUCO EM PÓ PRE-BIÓTICO DE TANGERINA ATRAVÉS DE SECAGEM EM LEITO DE JORRO FORTALEZA 2013 SOLANE ALVES SANTOS DA ROCHA OBTENÇÃO DE SUCO EM PÓ PRE-BIÓTICO DE TANGERINA UTILIZANDO PROCESSO DE SECAGEM EM LEITO DE JORRO Dissertação apresentada ao Mestrado em Ciência e Tecnologia de Alimentos da Universidade Federal do Ceará, como parte dos requisitos para obtenção do título de Mestre em Ciência e Tecnologia de Alimentos. Área de concentração: Ciência e Tecnologia de produtos de Alimentos. Orientador:Prof. Dr. José Maria Correia da Costa FORTALEZA 2013 Dados Internacionais de Catalogação na Publicação Universidade Federal do Ceará Biblioteca de Ciências e Tecnologia R576o Rocha, Solane Alves Santos da. Obtenção de suco em pó pré-biotico de tangerina através de secagem em leito de jorro. / Solane Alves Santos da Rocha. – 2013. 81 f. :il. color., enc.; 30 cm. Dissertação (mestrado) – Universidade Federal do Ceará, Centro de Ciências Agrárias, Departamento de Tecnologia de Alimentos, Programa de Pós-Graduação em Ciência e Tecnologia de Alimentos, Fortaleza, 2013. Área de Concentração: Ciência e Tecnologia de Alimentos. Orientação:Prof. Dr. José Maria Correia da Costa. 1. Desidratação. 2. Oligossacarídeos Pré-bióticos. 3. Alimentos funcionais. I. Título CDD 664 SOLANE ALVES SANTOS DA ROCHA OBTENÇÃO DE SUCO EM PÓ PRÉ-BIÓTICO DE TANGERINA UTILIZANDO PROCESSO DE SECAGEM EM LEITO DE JORRO Dissertação apresentada ao Mestrado emCiência e Tecnologia de Alimentos daUniversidade Federal do Ceará, comoparte dos requisitos para obtenção dotítulo de Mestre em Ciência e Tecnologia de AlimentosÁrea de concentração: CiênciaeTecnologia de Alimentos de Origem Vegetal. Aprovada em: 07/03/2013 A Deus. Aos meus pais Marivalda e Américo. AGRADECIMENTOS A Deus, por me guiar e me fortalecer sempre; Aos meus pais Marivalda e Américo, por me incentivarem sempre a evoluir com dignidade; Ao meu marido e filha Demostenes e Ana Caroline pela compreensão das muitas ausências e pelo entendimento da importância do meu trabalho; As minhas irmãs por sempre me incentivarem e estarem presentes em minha vida compartilhando todos os tipos de sentimentos; Ao meu orientador professor José Maria Correia da Costa pela orientação profissional, pessoal e amizade; Aos professores Marcos, Gustavo e Uliana pelas contribuições dadas ao meu trabalho; À Natalia Kellen pela amizade e companhia; À Mayrla pela parceria em todos os momentos da minha pesquisa e pela convivência maravilhosa que me proporcionou; Aos amigos e parceiros Daiana, Silas, Janaina e Raquel pelo companheirismo e cumplicidade; A Mariana Benigno pela simpatia, carisma e descontração sempre. Aos colegas do Labiotec pela ajuda e disponibilidade sempre; Ao Instituto Federal do Rio Grande do Norte, pela liberação para dedicação integral ao meu trabalho; A todos que contribuíram direta ou indiretamente para realização deste trabalho. “Transportai um punhado de terra todos os dias e fareis uma montanha.” (Confúcio) RESUMO Os alimentos funcionais vêm conquistando espaço como uma boa alternativa na prevenção de doenças, sendo a maioria destes encontrados no mercado na forma de produtos lácteos, inviabilizando o consumo por indivíduos intolerantes à lactose. Dentro deste contexto, o presente trabalho objetivou a elaboração de suco de tangerina contendo oligossacarídeos pré-bioticos e desidratação do mesmo em leito de jorro. A síntese dos oligossacarídeos foi realizada seguindo um planejamento experimental utilizando a enzima dextrana-sacarase, obtida a partir do Leuconostoc mesenteroidesB512F, sendo selecionado o ensaio que apresentou uma concentração de 61,28 g/L de oligossacarídeos. O processo de secagem por leito de jorro foi otimizado mediante a aplicação de dois planejamentos sendo o primeiro um planejamento fatorial fracionado e o segundo um planejamento composto central. Para o primeiro planejamento foram consideradas variáveis independentes a temperatura, concentração de maltodextrina, massa de inerte e vazão de alimentação; e as variáveis resposta o rendimento do processo, atividade de água do pó obtido, tempo de reidratação e umidade. O segundo planejamento considerou como variáveis independentes a temperatura de secagem na entrada do equipamento e a concentração de maltodextrina empregada, tendo como resposta a higroscopicidade, grau de caking, coordenada de cor b*, tempo de reidratação e rendimento da produção do pó. Os pós obtidos foram considerados não higroscópicos e, de acordo com estes resultados, foram selecionados como parâmetros do processo o emprego de temperaturas de 73 °C e adição de 11% de maltodextrina na secagem de sucos de tangerina com ou sem pré-biótico. Não houve diferença significativa nos resultados de umidade, o grau de caking e solubilidade para os sucos de tangerina em pó com e sem pré-biótico, sendo que para a higroscopicidade os resultados foram considerados significativos a 5% de probabilidade, apresentando ainda maior luminosidade, coloração mais clara e menor intensidade da cor amarela no suco pré-biótico em pó. Palavras-chave: Desidratação. oligossacarídeos. alimento funcional. ABSTRACT Functional foods have been taking more space as a good alternative in preventing diseases, but they are found as lactic products, and person with lactose intolerance cannot consuming them. The aim of this work was elaborate tangerine juice containing prebiotic oligosaccharides and their dehydration using spouted bed drying. Oligosaccharide synthesis was performed following a experimental design using the dextran-sucrase enzyme obtained by LeuconostocmesenteroidesB512F and the assay with oligosaccharide concentration of 61,28 g/L was selected. Fractioned Fatorial and Central Composite design was used to optimize the spouted bed drying. The first design was considered temperature, maltodextrin concentration, inert and feeding output as independent variables; process yield, powder water activity, rehydration time and moisture was dependent variables. The second design used inlet drying temperature and maltodextrin concentration as independent varibles, obtaining as responses higroscopicity, caking degree, b* color coordinate, rehydration time and powder production yield. Powders obtaining was no hygroscopicand, with this results, was selected as process parameters temperatures of 73 °C and maltodextrin concentration of 11 per cent on tangerine juice drying with or without prebiotic in. No significant difference was found for moisture, caking degree and solubility of tangerine juice powder with or without prebiotics. Hygroscopicity results was significant as 5% probability, showing high luminosity, lighter color and yellow less color at prebiotic powder juice. Key-words: Dehydration. oligosaccharides. food. LISTA DE TABELAS Tabela 1 - Composição nutricional de suco de Tangerina............................... 18 Tabela 2 - Estudos referentes a secagem de derivados de frutas em secador de leito de jorro.................................................................. 24 Tabela 3 – Percepção humana para diferentes valores de ∆E *....................... Tabela 4 - Planejamento experimental para a síntese enzimática dos oligossacarídeos pré-bioticos em suco de tangerina...................... 34 Tabela 5 – Classificação dos pós para higroscopicidade ........................................................................... 37 Tabela 6 - Classificação dos pós segundo o grau de 38 Caking............................................................................................. Tabela 7 - Parâmetros de secagem mantidos constantes na secagem em leito de jorro..................................................................................... 41 Tabela 8 - Variáveis independentes do planejamento fatorial fracionado (2 41) para secagem de suco de tangerina em leito de jorro............ 42 Tabela 9 - Variáveis utilizadas no planejamento composto central da secagem do suco de tangerina....................................................... 43 Tabela 10 - Planejamento experimental e resultados obtidos de dextrana, açúcares residuais e oligossacarídeos em suco de tangerina........ 45 Tabela 11- Análise de variância do modelo de regressão para o rendimento em oligossacarídeos do suco pré-biotico de tangerina................... 47 Tabela 12- Análise de variância do modelo de regressão para o rendimento de dextrana no suco pré-biotico de tangerina................................. 49 Tabela 13- Planejamento fatorial fracionado em suco de tangerina................. Tabela14 - Planejamento experimental para secagem de suco de tangerina em leito de jorro com as respostas higroscopicidade, Grau de Caking, coordenada de cor b*, reidrataçãoe rendimento............... 53 Tabela 15 - Análise de variância do modelo de regressão para a higroscopicidadedo suco de tangerina desidratado....................... 56 Tabela 16- Análise de variância do modelo de regressão para o grau de caking no suco de tangerina desidratado........................................ 56 32 51 Tabela 17- Análise de variância do modelo de regressão para a coordenada de cor b*no suco de tangerina desidratado.................................... 57 Tabela 18- Análise de variância do modelo de regressão para o tempo dereidrataçãono suco de tangerina desidratado...................................................................................... 57 Tabela 19- Análises físicas e físico-químicas realizadas nos pós do suco de tangerina e suco de tangerina pré-biotico desidratados a temperatura de 71ºC e formulados com 11% maltodextrina................................................................................... 61 Tabela 20- Análises físicas e físico-químicas dos sucos de tangerina e sucos pré-bioticos de tangerina................................................................. 64 Tabela 21- Análise da percepção humana utilizando comparação através de colorimetria diferencial entre os sucos............................................ 66 Tabela 22- Resultados encontrados para o rendimento da secagem dos sucos de tangerina e pré-biotico formulados com 11% de maltodextrina e desidratados a temperatura de 71ºC..................... 66 LISTA DE FIGURAS Figura1- Regiões características do jorro........................................................... 25 Figura 2– Mecanismo de secagem utilizando partículas inertes.......................... 26 Figura 3 Fluxograma do processo de obtenção de suco pré-biotico de tangerina desidratado........................................................................... 29 Figura 4- Representação da cor sólida para o espaço L*a*b* (A) e diagrama de cromaticidade a* e b*(B)................................................................. 31 Figura 5- Secador de leito de jorro. A - Unidade de secagem utilizada. BPainel de controle da unidade de secagem.......................................... 40 Figura 6- Efeitos estimados das variáveis independentes sobre a concentração de oligossacarídeos no suco de tangerina............................................ 46 Figura 7- Gráfico da superfície de resposta para produção de oligossacarídeos em função das concentrações de sacarose e açúcares redutores em suco de Tangerina................................................................................ 47 Figura 8- Efeitos estimados das variáveis independentes sobre a concentração de dextrana no suco de tangerina........................................................ 48 Figura 9- Detecção de oligossacarídeos pré-bióticos em suco de tangerina através de cromatografia em camada delgada (CCD)......................... 50 Figura 10- Efeitos estimados para o rendimento do suco de tangerina desidratado........................................................................................... 51 Figura 11- Efeitos estimados para a umidade do suco de tangerina desidratado............................................................................................ 52 Figura 12- Efeitos estimados para a higroscopicidade do suco de tangerina desidratado........................................................................................... 54 Figura 13- Efeitos estimados para o grau de caking do suco de tangerina desidratado............................................................................................ 54 Figura 14- Efeitos estimados para a coordenada de cor b*do suco de tangerina desidratado............................................................................................ 55 Figura 15- Efeitos estimados para o tempo de reidratação do suco de tangerina desidratado............................................................................................ 55 Figura 16- Gráfico da superfície de resposta para a higroscopicidade em função da temperatura e concentração de maltodextrina em suco de Tangerina desidratado.......................................................................... 58 Figura 17- Gráfico da superfície de resposta para a coordenada de cor b* em função da temperatura e concentração de maltodextrina em suco de tangerina desidratado........................................................................... 59 Figura 18- Gráfico da superfície de resposta para a reidratação em função da temperatura e concentração de maltodextrina em suco de tangerina desidratado............................................................................................ 60 SUMÁRIO 1 INTRODUÇÃO............................................................................................... 14 2 FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA..................................................................... 17 2.1 TANGERINA.................................................................................................. 17 2.2 PRÉ-BIÓTICOS............................................................................................. 18 2.3 DEXTRANA-SACARASE............................................................................... 20 2.4 SECAGEM DE ALIMENTOS LÍQUIDOS....................................................... 20 2.4.1 Secagem em leito de jorro.......................................................................... 23 3 MATERIAIS E MÉTODOS............................................................................. 28 3.1 PREPARO DO SUCO.................................................................................... 29 3.2 CARACTERIZAÇÃO FÍSICO-QUÍMICA DOS SUCOS.................................. 30 3.2.1 Potencial Hidrogeniônico (pH)................................................................... 30 3.2.2 Acidez Titulável............................................................................................ 30 3.2.3 Análise de Cor.............................................................................................. 30 3.2.4 Sólidos Solúveis Totais.............................................................................. 32 3.2.5 Determinação de açúcares......................................................................... 32 3.3 UMIDADE....................................................................................................... 33 3.4 SÍNTESE ENZIMÁTICA DE OLIGOSSACARÍDEOS PRÉ-BIOTICOS ......... 33 3.5 DETECÇÃO DE OLIGOSSACARÍDEOS POR CROMATOGRAFIA DE CAMADA DELGADA (CCD).......................................................................... 35 3.6 DETERMINAÇÃO DE DEXTRANA................................................................ 36 3.7 ATIVIDADE DE ÁGUA (AW)........................................................................... 36 3.8 HIGROSCOPICIDADE................................................................................... 37 3.9 GRAU DE CAKING........................................................................................ 37 3.10 SOLUBILIDADE............................................................................................. 38 3.11 TEMPO DE REIDRATAÇÃO......................................................................... 39 3.12 RENDIMENTO DA PRODUÇÃO DO PÓ....................................................... 39 3.13 SECAGEM EM LEITO DE JORRO................................................................ 40 3.13.1 Agente de secagem.................................................................................... 41 3.13.2 Condições operacionais de secagem........................................................ 41 3.13.3 3.14 Otimização da secagem do suco de tangerina em leito de jorro........................................................................................................... ANÁLISES ESTATÍSTICAS........................................................................... 41 43 4 RESULTADOS E DISCUSSÃO.................................................................... 44 4.1 CARACTERIZAÇÃO FÍSICO-QUÍMICA DO SUCO DE TANGERINA........... 44 4.2 SÍNTESE DOS OLIGOSSACARÍDEOS PRÉ-BIOTICOS.............................. 44 4.3 4.4.1 DETECÇÃO DE OLIGOSSACARÍDEOS POR CROMATOGRAFIA DE CAMADA DELGADA...................................................................................... OTIMIZAÇÃO DA SECAGEM DE SUCO DE TANGERINA NO LEITO DE JORRO........................................................................................................... Planejamento fatorial fracionado em suco de tangerina......................... 4.4.2 Planejamento composto central para o suco de tangerina..................... 52 4.4.2.1 Análise estatística para as respostas estudadas........................................... 53 4.5 CARACTERIZAÇÃO DOS SUCOS E PÓS OBTIDOS.................................. 61 4.6 RENDIMENTO DO PROCESSO DE SECAGEM.......................................... 66 5 CONCLUSÕES............................................................................................. 68 REFERÊNCIAS............................................................................................. 69 APÊNDICES.................................................................................................. 78 4.4 49 50 50 14 1 INTRODUÇÃO O Brasil é o terceiro maior produtor de frutas, graças a sua posição geográfica, extensão territorial, condições climáticas e solo, apresentando uma grande variedade de opções de frutas (BRASILIAN FRUIT, 2012). As perdas durante a colheita ainda são muito grandes e o processamento das frutas surge para, além de se ter produtos na entre safra, melhor aproveitarem esses produtos, minimizar as perdas e viabilizar os alimentos para consumidores em longas distâncias. As frutas cítricas em geral têm merecido destaque por apresentarem metabolitos secundários, tais como ácido ascórbico, compostos fenólicos, carotenoides e flavonoides. Esses nutrientes apresentam propriedades funcionais, trazendo efeitos benéficos na fisiologia do consumidor, agindo na prevenção de doenças, tais como diabetes, hipertensão e câncer (CHITARRA; CHITARRA, 2005; GONZÁLEZ et al., 2008; JAYAPRAKASHA; PATIL, 2007). A tangerina é uma fruta cítrica de alto valor nutricional e características sensoriais especificas. É uma fruta pertencente à dieta dos brasileiros, considerada fonte de nutrientes essenciais para a saúde humana, tais como vitaminas e fibras. A necessidade de viabilizar processos tecnológicos utilizando as frutas como matéria-prima, com vistas a um melhor aproveitamento, diminuição de suas perdas e disponibilização em regiões distantes, mantendo seu valor nutricional em um nível considerável tem sido objeto de diversos estudos. O desenvolvimento de novos produtos com alegação de alimentos funcionais tem crescido devido à exigência e melhor informação dos consumidores quanto à necessidade de não somente se nutrir, mas de buscar por alimentos que venham trazer benefícios a sua saúde. Estes alimentos interagem no organismo juntamente com a flora intestinal, beneficiando a saúde do consumidor. A maioria dos alimentos funcionais existentes no mercado são produtos de derivados lácteos. A elaboração de suco de fruta com alegação funcional abre um novo leque de oportunidades para os consumidores. Dentre os grupos de alimentos funcionais existem os pré-bióticos, os quais são substâncias alimentares que favorecem o desenvolvimento de bactérias intestinais benéficas e de suas atividades. Estas substâncias são geralmente polissacarídeos não-amidos e oligossacarídeos 15 não digeríveis pelas enzimas humanas e assim são adicionados como ingredientes nos alimentos (ZENHOM et al.,2011). Os oligossacarídeos pré-bióticos podem ser obtidos por via enzimática. O microrganismo Leuconostoc mesenteroides por via fermentativa em meio contendo sacarose sintetiza a enzima dextrana-sacarase. Além da sacarose, na presença de aceptores (frutose e glicose) esta enzima desvia parte da glicose proveniente da quebra da molécula de sacarose da cadeia de formação da dextrana para a síntese do oligossacarídeo pré-biótico (VERGARA et al.,2009) A utilização de leito de jorro tem sido uma alternativa não-convencional para secagem de alimentos líquidos. Esse tipo de operação promove altas taxas de transferência de calor e massa entre os sólidos e o ar, repercutindo em pequenos tempos de secagem, resultando em melhor proteção aos constituintes dos alimentos (CABRAL et al.,2007). Para melhores resultados da secagem são adicionados ao material liquido, adjuvantes de secagem (maltodextrina, goma arábica). Muitos pesquisadores têm estudado a secagem de alimentos líquidos em leito de jorro com partículas inertes. Ochoa-Martinez, Brennam e Niranjam (1993) trabalharam com secagem de leite integral e desnatado. Melo et al. (2010) realizaram estudos fluidodinâmicos com mistura de leite de cabra e polpa de cajá em leito de jorro. Nascimento et al.(2007) estudaram a influência da concentração de sólidos, da temperatura e do tipo de alimentação na secagem de leite. Medeiros (2001) verificou a interferência da composição de polpas de frutas no processo de secagem em leito de jorro. Souza (2009) avaliou mistura de polpa de frutas que continham teores elevados de gordura, amido, pectina e baixo teor de açúcar redutor. A principal vantagem de utilização do leito de jorro seria uma maior capacidade volumétrica de processamento por unidade de área com relação aos secadores por atomização, além de utilização de temperaturas mais baixas preservando alguns componentes dos alimentos (ALMEIDA, 2009). Pós obtidos de sucos de frutas representam um mercado promissor, visto que esta forma física proporciona um produto estável, natural e facilmente reconstituível, o qual pode ser usado para dar cor e sabor a produtos alimentícios ou farmacêuticos, além do seu valor nutricional (BHANDARI et al., 1993).Atualmente, os alimentos em pó vêm aumentando seu espaço no mercado, em razão de que esses 16 produtos reduzem os custos de embalagem, transporte, armazenamento e conservação, além de agregar valor à matéria-prima. O estudo da síntese de oligossacarídeos em suco de frutas, com posterior secagem em leito de jorro, no momento, é de grande importância, pois ao que consta, n ao existem muitos descritos na literatura sobre o tema. Com isso, o presente trabalho teve como objetivo produção de suco pré-biotico de tangerina em pó utilizando a enzima dextrana-sacarase na síntese dos oligossacarídeos e secagem do suco pré-biotico em leito de jorro. O pó obtido foi caracterizado com analises físicas e físico-químicas. 17 2 FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA 2.1 TANGERINA A tangerina, também conhecida como mandarina é uma fruta cítrica de coloração variando de laranja a vermelho alaranjado, e sabor adocicado, pertencente a familia Rutaceae e ao gênero Citrus. É umfruto com alta tolerância a grandes diferenças de temperatura ambiente e faz parte do mais importante grupo da citricultura mundial (REIS et al,2000). Originária da Índia, China e países vizinhos de clima subtropical e tropical úmido. Os sucos oriundos de frutos citricos são considerados alimentos importantes da dieta, devido a sua composição rica em nutrientes essenciais a saúde humana. São contituídos por nutrientes, tais como vitamina A e C, fibras dietéticas, minerais e fitoquimicos. (GONZÁLEZ et al, 2008). Estudos realizados por Duzzioni (2009) mostraram caracteristicas nutricionais para as variedades ponkan, cravo e murcote. A variedade ponkan possui o maior teor de flavonoides totais e carotenoides totais e a variedade cravo apresentou maior valor para flavanonas dentre as variedades estudadas. Segundo Reis et al. (2000) as cultivares mais exploradas de tangerina são Satsuma, Mexerica, Ponkan, Dancy, Cravo e os hibridos Murcott e Lee. A coloração da tangerina possui relação direta com sua qualidade e os estudos mostram que a coloração de intermediário para amarelo possui qualidade melhor,independentemente do tamanho do fruto. As tangerinas são mais comercializadas para o consumo in natura. Os maiores produtores são China, Espanha e Japão. No Brasil, a produção se concentra nos estados de São Paulo, Rio Grande do Sul, Paraná e Minas Gerais. De acordo com Neves et al.(2010) os polos citricolas do Mediterrâneo, da California e da Ásia estão abrindo espaço para as tangerinas no consumo in natura, devido a sua facilidade de ser descascada e consumida comparadamente as laranjas. Destaca-se também o aumento da área plantada de tangerina(30%) nos últimos dez anos com relação a laranja(13%). O estado do Ceará é o 14⁰ produtor de tangerina, tendo em 18 2011 produzido2.418 toneladas do fruto, representando 0,2% da produção nacional(ADECE,2012). A composição nutricionaldos frutos pode variar bastante em função do clima,solo e cultivar considerado. Chitarra e Chitarra (2005) ressaltam que a composição de um determinado nutriente no fruto não é tão importante quanto a sua biodisponibilidade,ou seja, a quantidade disponivel para ser utilizada nos procesos metabolicos do organismo. Além disso, um fruto é considerado como uma boa fonte de determinado nutriente em função da concentração desse nutriente no alimento,de sua biodisponibilidade e pela quantidade diária consumida.De acordo com o departamento de agricultura dos Estados Unidos a composição nutricional do suco de tangerina é demonstrada na Tabela 1. Tabela 1 - Composição nutricional de suco de tangerina Nutrientes Água Energia Proteína Gordura Carboidrato por diferença Fibra dietética total Açúcares Totais Minerais Cálcio Ferro Magnésio Fósforo Potássio Sódio Zinco Vitaminas Ácido ascórbico Tiamina Riboflavina Niacina Vitamina B6 Folato Vitamina B12 Vitamina E Vitamina D Vitamina K Vitamina A Unidade g Kcal g g g g g Unidade mg mg mg mg mg mg mg Unidade mg mg mg mg mg mcg µg mg IU µg IU Fonte:United States Department of Agriculture. Valor por 100g 88.90 43 0.50 0.20 10.10 0.2 9.90 Valor por 100g 18 0.20 8 14 178 1 0.03 Valor por 100g 31 0.06 0.02 0.1 0.042 5 0.0 0.13 0.0 0.0 253 19 2.2 PRÉ-BIOTICOS A busca por alimentos que promovam a saúde tem incentivado pesquisas com componentes ativos biologicamente e tem mudado o conceito de alimentação saudável e o papel do alimento na dieta (BURITI et al, 2005; ARAUJO, 2007). A opção por uma melhor qualidade de vida tem exigido uma dieta mais saudável com alimentos que possam promover saúde e ao mesmo tempo diminuir a incidência de alguns tipos de doenças (BARRETO et al, 2003; MORAES, 2006). Esses alimentos podem ser chamados de funcionais e representam uma tendência para o mercado alimentício. Além dos nutrientes tradicionalmente conhecidos podem também agregar algum tipo de benefício à saúde de quem o consome (FAGUNDES; COSTA, 2003). Os pré-bióticos são um grupo de alimentos ou ingredientes considerados funcionais, pois se constituem de algum ingrediente não-digerível que age beneficamente no intestino, favorecendo o aumento do número ou da atividade de bactérias benéficas, promovendo a saúde de quem os ingere (BORGES, 2002). A substância pré-biotica deve oferecer resistência as enzimas da saliva, do pâncreas, do intestino, não deve sofrer alteração do ácido estomacal, nem absorvido pelo intestino delgado para que atinja o cólon e contribua para a alteração da microbiota que coloniza beneficamente essa área (SANTOS,2006). Dentre as substâncias pré-bióticas pode-se citar inulina, xilitol, lactitol, lactulose e alguns oligossacarídeos não-digestíveis como os frutooligossacarídeos (FOS). Segundo Ribeiro (2007) oligossacarídeos são formados a partir de 2 a 10 unidades de monossacarídeos unidos por ligações hemiacetálicas e denominadas de ligações glicosídicas. Os FOS possuem de duas a nove unidades de frutose que podem estar ligados a uma unidade de glicose terminal. Sua diferenciação com relação as outras substâncias será o grau de polimerização (número de unidades individuais de monossacarídeos que o compõe) (SAAD,2006). Os FOS possuem efeito bifidogênico, ou seja, estimulam o crescimento das bifidobactérias no intestino e suprimem o efeito de algumas bactérias patogênicas. Estudos mostraram que o consumo de oligofrutose modificaram de forma significativa a composição do total de bifidobactérias em cinco vezes (CAPRILES; SILVA; FISBERG, 2005). 20 A Resolução da Diretoria Colegiada da Anvisa – Agência Nacional de Vigilância Sanitária – a RDC nº 2 de 07 de janeiro de 2002, aprova o Regulamento Técnico de Substâncias Bioativas e Probióticos Isolados com Alegação de Propriedades Funcional e ou de Saúde. Esta norma tem como objetivo padronizar os procedimentos a serem adotados para a avaliação de segurança, registro e comercialização de Substâncias Bioativas e Probióticos Isolados com alegação de propriedades funcional e ou de saúde (BRASIL, 2002). 2.3 DEXTRANA-SACARASE O Leuconostoc mesenteroides B512F produz a enzima dextrana-sacarase em meio contendo fonte de nitrogênio, sais e fonte de carbono. É uma enzima extra celular produzida por várias espécies de Leuconostoc, Lactobacillus e Streptococcus e faz parte do grupo das glicosiltransferases. Utiliza a sacarose como substrato para a produção de dextrana. Quando no meio existe além da sacarose algum tipo de açúcar simples como glicose e frutose a enzima dextrana-sacarase desvia parte das unidades de glicose que iriam formar a dextrana para a síntese de oligossacarídeos (RABELO, 2008; ALSOP, 1983; RODRIGUES, 2004). 2.4 SECAGEM DE ALIMENTOS LÍQUIDOS A secagem de produtos alimentares é umas das operações unitárias mais antigas. Nesse processo ocorre a diminuição dos níveis de água dificultando a ação microbiana e algumas reações deteriorantes nos alimentos. Além de preservar os alimentos, a secagem reduz quantidade de massa e volume favorecendo o transporte e armazenamento. Um dos grandes desafios da operação de secagem é a remoção da água de forma que o alimento tenha o menor prejuízo qualitativo. Para manter essa qualidade requer que o alimento seco tenha o mínimo de diferença em relação a sua qualidade anterior a secagem quando reidratado (CELESTINO, 2010). 21 A operação de secagem traz modificações nos alimentos relacionadas com sua textura, aroma ou sabor, cor e valor nutricional. Em pós a textura estará relacionada com sua facilidade de ser reidratada, se são ocas ou sólidas e o tamanho das partículas secas. Todo produto desidratado terá aroma diferente do alimento original devido à perda de componentes voláteis no processo de secagem. Essa perda estará relacionada com a temperatura de trabalho, solubilidade no vapor d’água dos voláteis, teor de umidade e a pressão de vapor do alimento. As frutas têm baixos teores de lipídeos, mas podem apresentar odor de ranço devido à oxidação dos ácidos graxos insaturados (CELESTINO, 2010). Com a secagem os alimentos modificam sua superfície e isso pode estar relacionado com alteração da cor do alimento, por ocorrer mudança na refletividade do alimento. As alterações químicas dos pigmentos dos frutos estão relacionadas com o calor empregado na secagem e a oxidação devido à ação enzimática. A secagem pode ser realizada utilizando ar quente ou uma superfície aquecida. No primeiro caso ocorre transferência de calor por convecção do ar e no segundo ocorre por condução (BARUFFALDI, 1998; FELLOWS, 2006). Dentre as possibilidades de secagem de alimentos líquidos destacam-se a secagem em leito de espuma, secagem por nebulização, liofilização e secagem em leito de jorro. Na secagem em leito de espuma o alimento é transformado em uma espuma estável, devido à adição de agentes espumantes e incorporação de gases (ar, nitrogênio, outros). A espuma gerada é espalhada em uma superfície, em camadas com espessura de 2 a 5 mm. O produto obtido desta secagem é geralmente poroso e quebradiço, transformando-se facilmente em pó (CARNEIRO, 2008). A técnica de secagem em leito de espuma é simples, possibilita utilização de temperaturas relativamente baixas, preservando componentes sensíveis ao calor. A espuma gera uma área superficial de secagem maior e melhora a transferência de calor e massa. Este tipo de secagem facilita a diminuição da umidade pelo fato de formar uma capilaridade através dos poros da espuma, levando a uma secagem mais rápida (MARQUES, 2009; SOARES, 2009). A secagem por nebulização, mais conhecida como atomização possui eficácia baseada no princípio do aumento de área de contato entre o material a ser seco e o agente dessecante, ou seja, o ar quente. Esta característica de gerar na nebulização uma alta área superficial por grama do líquido é inigualável no “spray- 22 dryer”. As técnicas de atomização são diversas e a energia é aplicada sob diferentes formas no liquido. É muito comum em todos os atomizadores o uso da energia para romper o liquido (KAJIYAMA; PARK,2008). Os secadores por nebulização têm como princípio básico a maximização da área de troca de calor e massa durante a secagem. Sua eficácia está baseada no princípio do aumento de área de contato entre o material a ser seco e o agente dessecante, ou seja, o ar quente. Dada sua versatilidade e o pequeno tempo de residência dos produtos na câmara de secagem, passa a ser o principal equipamento para a secagem de material que apresente sensibilidade ao calor, como alimentos e material de origem biológica. O secador por nebulização é um equipamento consagrado devido à baixa degradação e alteração de nutrientes, aroma, sabor, cor, entre outros; sua alta produtividade e capacidade; efetivo controle das variáveis; alta eficiência energética; produz materiais diretamente na forma de pó, com forma, tamanho e densidade controlados pelas condições de processo (WENDEL; ÇELIK, 1998; MENEZES et al,2009). A liofilização envolve o congelamento da água no material seguido por desidratação através de sublimação do gelo. Essa operação tem sido reconhecida como um processo que permita a produção de estruturas totalmente amorfas de carboidratos (Simatos & Blond 1975, Roos, 1997). O processo é muitas vezes realizado em uma secagem primária para a sublimação do gelo e a secagem secundária com a remoção de água descongelada (TANG; PIKAL, 2004). No entanto, estes processos são concomitantes em uma operação com sublimação a vácuo. A etapa de congelamento deve anteceder a liofilização para assegurar a solidificação completa da fase de descongelado, isto é, o material deve estar totalmente congelado assegurando que a fase que é descongelada seja capaz de suportar o seu próprio peso e resistir ao fluxo (colapso) durante a sublimação do gelo (PEHKONENet al,2008; AQUINO et al, 2008). O alimento poderá ser congelado separadamente das outras etapas ou em conjunto. O congelamento poderá ser rápido em alimentos sólidos para não danificar a estrutura celular ou lenta em alimentos líquidos para formar uma rede de cristais e possibilitar uma melhor movimentação de vapor d’água. A maior parte da água do alimento é removida por sublimação, onde o gelo se transforma em vapor sem passar para o estado liquido. Isso se torna possível com o abaixamento da pressão a 23 unidades inferiores ao ponto triplo da água (4,58mmHg). A frente de sublimação vai penetrando no alimento até retirar toda a água que for possível. O restante da água que permanece é retirado por evaporação, com elevação da temperatura do meio próximo a temperatura ambiente sob baixas pressões. O produto final apresenta umidade em torno de 2% (PARK et al,2007; BARUFFALDI, 1998; FELLOWS, 2006). 2.4.1Secagem em leito de jorro O leito de jorro é uma operação unitária que envolve em intimo contato um fluido com partículas sólidas, que possuem fluidização com baixa qualidade. Essa técnica foi descoberta em 1951 no Canadá, quando pesquisadores tentavam solucionar a formação de grandes bolhas de ar, na secagem de grãos de trigo, as quais impediam escoamento uniforme do ar de secagem através do leito dessas partículas (SOUZA,2009). Existem diversos estudos coma secagem de produtos de frutas. A tabela 2apresenta alguns autores que trabalharam com secagem em leito de jorro utilizando derivados de frutas. Tabela 2- Estudos referentes a secagem de derivados de frutas em secador de leito de jorro. Referência Produto seco Hufenussler,1985 Polpa de banana Kachan,1988 Polpa de tomate Lima, 1992 Polpa de umbu Lima, 2001 Bagaço de frutas Souza-Júnior, 2010 Bagaço de frutas Almeida, 1991 Polpa de umbu Moreira, 1991 Polpa de umbu Souza, 1992 Polpa de umbu Medeiros, 2001 Polpa de frutas Lima, Morais, Alsina, 2008 Polpa de frutas Souza, 2009 Polpa de frutas Melo et al, 2010 Polpa de cajá com leite de cabra Borges, 2011 Bagaço de frutas Fonte: Arquivo pessoal Existem diversos tipos de leito de jorro e essa variação está relacionada com a geometria, o tipo de mecanismo que promoverá o jorro, posição de entrada do 24 ar, área da seção transversal do leito, a forma como ocorre o contato entre as partículas e o fluido (MEDEIROS, 2001). Nos últimos anos têm surgido na literatura diversas alterações na técnica convencional do leito de jorro, dentre as quais se destacam: a) Leito de jorro cônico: Constituído apenas por uma base cônica, esse leito tem como principal vantagem a capacidade de carga, ou seja, para uma mesma altura do leito é possível alimentar o equipamento com uma carga inicial maior do que aquela comparada com um leito convencional, onde o ângulo da base tronco-cônica é igual ao ângulo do leito cônico. b) Leito de jorro com tubo “Draft”: Nesta variação há a inserção de um tubo concêntrico à parte cilíndrica do leito. Com a utilização desse artifício, consegue-se a melhora do comportamento fluidodinâmico, com o direcionamento do ar na região de jorro central, o que possibilita uma redução na queda de pressão máxima. Sua principal vantagem é o aumento no tempo de residência das partículas bem como na homogeneização da circulação de partículas. Como desvantagens, destacamos o comprometimento da permeação do ar na região anular e a diminuição das taxas de transferência de calor e massa nessa região, o que pode acarretar prejuízo às operações de secagem, por exemplo. c) Leito de jorro-aerado: A porção cônica do leito recebe uma vazão de ar auxiliar, ocorrendo um aumento da porosidade nessa região, melhorando com isso as taxas de transferência de calor e massa no processo (CONCEIÇÃO FILHO, 1997). d) Leito de seção retangular: Leito composto de um prisma retangular com uma base de tronco de pirâmide, muito utilizado para o estudo da influência do ângulo da base como uma das variáveis do processo de recobrimento, por exemplo, (CONCEIÇÃO FILHO,1997). e) Leito vibro-jorrado: A movimentação das partículas é aumentada pela agitação oriunda de um sistema mecânico de vibração localizado na base do leito (CONCEIÇÃOFILHO, 1997). O leito de jorro convencional é constituído por coluna cilíndrica de base tronco-cônica, orifício de entrada do jato de fluido e uma região anular. Esse tipo de secagem provoca um movimento cíclico e praticamente ordenado das partículas que caracterizam o jorro. Seu funcionamento se dá com a injeção de jato de fluido pelo orifício localizado na parte inferior da base, provocando movimento ascendente das partículas acima do leito. Os sólidos descem novamente passando por camada de 25 baixa porosidade em contracorrente com o fluido até chegar a base e novamente retornar ao leito de jorro, formando assim um movimento continuo em ciclos. As regiões que constituem o leito de jorro estão apresentadas na figura 1. Figura 1- Regiões características do jorro Fonte: Trindade (2004). Segundo Patel et al(1986); Passos et al(1997), o leito de jorro cônico possui características vantajosas que estimulam a sua difusão para melhores estudos, tais como: a)alta taxa de circulação das partículas inertes; b)uniformidade da temperatura no leito; c)baixo custo da construção, manutenção e operação do equipamento comparado com spray dryer; d)ocupa menor espaço comparado a outros equipamentos; e)possui maior capacidade volumétrica de processamento por unidade de área ocupada; f)eficácia na desidratação de produtos termicamente sensíveis, com baixa viscosidade e conteúdo de gordura. No leito de jorro, as partículas inertes utilizadas devem ser de material resistente ao atrito e a temperatura, sem ocorrer deformações na sua geometria e dimensão e constituída de material não poroso e não reativo. Os inertes mais 26 utilizados podem ser de PVC (policloreto de vinila), polietileno, polipropileno, teflon, vidro e resina acrílica. O liquido que se deseja secar entra em contato com as partículas inertes formando uma película fina, proporcionando assim uma maior troca de calor e massa. A película formada vai secando e se torna frágil. Em seguida se fragmenta na forma de pó, por causa das colisões entre as partículas (figura 2). O pó formado é arrastado pela corrente de ar quente e deslocado para o ciclone acoplado ao secador e recolhido em recipiente (PASSOS et al,1997). A estabilidade do jorro está diretamente relacionada com o tipo de material utilizado como inerte, além também da carga de sólidos, a geometria da coluna e o diâmetro do orifício de entrada do gás. Figura 2- Mecanismo de secagem utilizando partículas inertes Fonte: Adaptado de GRBAVCIC; ARSENIJEVIC; GARIC-GRULOVIC, 2000. Segundo Oliveira (2002), os principais parâmetros relacionados a fluidodinâmica no projeto de um leito de jorro são: a)Velocidade de jorro mínimo; b) Queda de pressão máxima; c) Queda de pressão do jorro máximo; d) Altura máxima de jorro estável. Estudos realizados por Medeiros et al(2001) com utilização de seis tipos de materiais inertes na secagem de polpa de frutas tropicais em leito de jorro determinaram que a composição do produto a ser seco, o tipo de inerte e sua esfericidade interferem na escoabilidade do leito. Foram utilizados polietileno de baixa e alta densidade, poliestireno de baixa e alta densidade e um copolímero de estireno e acetonitrila. O menor ângulo de repouso foi obtido para o polietileno, enquanto que o maior ângulo ficou a cargo do poliestireno. 27 3 MATERIAIS E MÉTODOS Todas as análises foram realizadas no Departamento de Tecnologia de alimentos da Universidade Federal do Ceará. As análises referentes à síntese dos oligossacarídeos foram realizadas no Laboratório de Biotecnologia (LABIOTEC). As análises físicas e físico-químicas dos sucos e dos pós, bem como a obtenção do pó foram realizadas no Laboratório de Controle de Qualidade de Alimentos e Secagem. As análises realizadas para os planejamentos foram efetuadas em triplicata e as análises para o suco e pó nas condições otimizadas foram realizadas em quintuplicata. Valores sem desvio padrão indicam analises realizadas em duplicata. A figura 3apresentao fluxograma do processo de obtenção do suco pré-biotico de tangerina desidratado em leito de jorro. 28 Figura 3 – Fluxograma do processo de obtenção de suco pré-biotico de tangerina desidratado. Fonte: Do autor 3.1 PREPARO DO SUCO O suco de tangerina foi obtido por diluição de suco concentrado de tangerina adquirido em supermercado de Fortaleza, utilizando uma parte de suco para nove partes de água, conforme recomendação do fabricante. O suco concentrado foi mantido na temperatura de -18°C e diluído somente no momento de sua utilização para os ensaios de otimização do processo de síntese dos oligossacarídeos prébioticos, secagem e sua caracterização. 29 3.2 CARACTERIZAÇÃO FÍSICO-QUÍMICA DOSSUCOS Os sucos foram caracterizados quanto ao pH, acidez, cor, sólidos solúveis, açúcares redutores e não-redutores e umidade. Os pós obtidos foram caracterizados quanto à atividade de água, higroscopicidade, grau de caking, solubilidade, cor, tempo de reidratação e umidade. Foi analisado ainda o rendimento da secagem no leito de jorro. 3.2.1 Potencial Hidrogeniônico (pH) O suco de tangerina foi inicialmente caracterizado quanto ao pH por leitura direta em potenciômetro da marca Quimis modelo Q400A, conforme metodologia(017/IV) descrita pelo Instituto Adolfo Lutz (2008). 3.2.2 Acidez Titulável Sua determinação foi realizada segundo método (016/IV) do Instituto Adolfo Lutz (2008), por diluição de aproximadamente 1,0 grama de suco em 50,0mL de água destilada em erlenmeyer, adição de 2 a 3 gotas de fenolftaleína 1% e titulação com NaOH 0,1N padronizado até coloração rósea e resultados expressos em g ácido cítrico/100mL de suco. 3.2.3 Análise de Cor A quantificação da cor foi efetuada pela leitura direta de refletância das coordenadas cromáticas a*, b* e da luminosidade L* empregando a escala CIELAB em colorímetro CR- 410 Konica Minolta. A figura 4A é a representação da cor sólida para a cor no espaço L*a*b*. A figura 4B é a cor sólida cortada horizontalmente até 30 um valor constante de L*, mostrando o diagrama de cromaticidade a* e b*, que indicam direções de cor: +a* está na direção do vermelho,-a* está na direção do verde, +b* está na direção do amarelo e –b* está na direção do azul. O centro é acromático e a medida que os valores de a* e b* aumentam e o ponto move-se para fora partindo do centro, a saturação cresce(MINOLTA,1998). Figura 4- Representação da cor sólida para o espaço L*a*b* (A) e diagrama de cromaticidade a* e b*(B). A B Fonte:Minolta (1998) A posição de distribuição das cores no espaço colorimétrico juntamente com a estatística não é suficiente para expressar a diferença de cor de acordo com a percepção humana. Essa diferença pode ser calculada a partir de dois pontos do espaço tridimensional definidos pelos parâmetros L* a* e b* utilizando a equação 1. ∆E* = ((∆L*)2 + (∆a*)2 + (∆b*)2)1/2 (1) Para verificar a diferença de cor utilizou-se a tabela3que apresenta a norma DIN 6174(1979), onde estabelece relação entre ∆E* e a percepção do olho humano. De acordo com Silva, Petter e Schneider (2007) a diferença de cor pode ser distinguida entre duas amostras com valores de ∆E* acima de 0,5. 31 Tabela 3 – Percepção humana para diferentes valores de ∆E *. Diferenças ∆E * 00-0,2 0,2-0,5 0,5-1,5 1,5-3,0 3,0-6,0 Maior que 6,0 Fonte:Norma DIN 6174. Classificação Imperceptível Muito pequena Pequena Distinguível Facilmente distinguível Muito grande 3.2.4 Sólidos Solúveis Totais Os sólidos solúveis totais foram medidos através de leitura direta com refratômetro marca Reichert modelo r2 mini segundo metodologia (315/IV) do Instituto Adolfo Lutz (2008). 3.2.5 Determinação de açúcares Os açúcares foram quantificados através de cromatografia liquida de alta eficiência (CLAE). Foi utilizado um cromatógrafo modelo Varian Pro Star,constituído por duas bombas de alta pressão modelo Pro-Star 210, forno Timberline modelo 101. A detecção foi realizada no detector de índice de refração (IR) a 35ºC Pro-Star modelo 355 e um injetor automático Auto Sample modelo 410, utilizando coluna Aminex®HPX-87P BioRad (300 mm x 7,8 mm). O analito foi quantificado usando o método de padrão externo. As curvas de calibração foram diluídas partindo de uma solução estoque de 6 g/L de glicose, frutose e sacarose diluídas em água MilliQ. A calibração foi obtida usando uma curva de regressão linear usando o software StarChrom WS 5.51 (Varian). As amostras foram previamente filtradas em membrana de ester de celulose de 0.45 µm (FMS, CAUSA) e injetadas no sistema de cromatografia. Foi injetado um volume de 20 µL de amostras. As injeções foram realizadas em duplicata e o analito confinado pelo tempo de retenção do padrão. Foi utilizado como solvente de eluição água MilliQ. A detecção 32 foi feita no detector de índice de refração a 35ºC com fluxo de 0,6 mL/min e tempo de detecção de 30 minutos. 3.3 UMIDADE A determinação da umidade foi realizada por método gravimétrico através da pesagem de aproximadamente 2,0 g da amostra e secagem em estufa à vácuo até peso constante à temperatura de 70ºC, de acordo com o método 309/IV do Instituto Adolfo Lutz (2008). Os resultados foram expressos em porcentagem de umidade. 3.4 SÍNTESE ENZIMÁTICA DE OLIGOSSACARÍDEOS PRÉ-BIOTICOS As sínteses enzimáticas foram realizadas nas condições ótimas para a enzima reportadas por diversos autores (Kim e Robyt, 1994; Kitaoka e Robyt, 1998; Curralero et al.,1998; Guimarães et al. 1999, Rodrigues,2003; Rabelo et al, 2006). Foi feito o ajuste do pH do suco para 5,2 e a temperatura utilizada foi a ambiente(25ºC±2). De acordo com as quantidades iniciais de açucares encontrados no suco de tangerina os ajustes das concentrações dos mesmos foram realizados seguindo tabela 4. Nos tubos contendo as amostras especificadas pelo planejamento foram adicionados 36µL de enzima de atividade enzimática de 304,6UDS/mL para cada mL de suco. Um UDS (unidade dextrana sacarase) é a quantidade de enzima que converte 1mg de sacarose em dextrana, liberando 0,52mg de frutose em 1h. A síntese foi realizada em 24h, tempo suficiente para que toda a sacarose tenha sido consumida. As concentrações de sacarose e açúcar redutor para a síntese dos oligossacarídeos foram avaliadas através de planejamento fatorial (22) contendo três pontos centrais expresso na tabela 4. Nesta etapa, foi utilizada a enzima dextranasacarase parcialmente purificada obtida pelo processo padrão de fermentação com meio sintético. A síntese dos oligossacarídeos pré-bioticos foi interrompida pela 33 utilização de etanol 96% (3X volume amostral). Em seguida foram realizadas análises de quantificação de dextrana e rendimento em oligossacarídeos pré-bióticos. Tabela 4 - Planejamento experimental para a síntese enzimática dos oligossacarídeos prébioticos em suco de tangerina. Ensaio Sacarose (g/L) 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 -1 -1 +1 +1 -1,42 +1,42 0 0 0 0 0 Açúcares Redutores Totais (g/L) -1 +1 -1 +1 0 0 -1,42 +1,42 0 0 0 Sacarose (g/L) 25 25 75 75 14,64 85,35 50 50 50 50 50 Açúcares Redutores Totais (g/L) 25 75 25 75 50 50 14,64 85,35 50 50 50 Fonte: Do próprio autor O processo foi otimizado através de análise de superfície de resposta. Os cálculos de açucares redutores totais consumidos, oligossacarídeos pré-bioticos e rendimentos de oligossacarídeos e dextrana foram determinados segundo as equações numeradas de 2 a 9 abaixo. Fi = ART + SAC 2 (2) FCONS = Fi – FRT (3) Gi= ART + SAC 2 (4) GCONS = (ART + Gi) – GRT 2 (5) OLIGO = FCONS + GCONS (6) AT = SAC + ART (7) YOLIGO = OLIGO x 100 AT (8) 34 YDXT = DXT x 100 AT (9) Onde, Fi Frutose no início do ensaio (g/L) SAC Quantidade de sacarose no início do ensaio (g/L) ART Açúcares redutores totais (g/L) FCONS Frutose consumida no ensaio (g/L) FRT Frutose residual total no final do ensaio (g/L) Gi Glicose no início do ensaio (g/L) GCONS Glicose consumida no ensaio (g/L) GRT Glicose residual total no final do ensaio (g/L) OLIGO Oligossacarídeos (g/L) AT Açúcares totais (g/L) YOLIGO Rendimento em oligossacarídeos (%) YDXT Rendimento em dextrana (%) DXT Dextrana 3.5 DETECÇÃO DE OLIGOSSACARÍDEOS POR CROMATOGRAFIA DE CAMADA DELGADA(CCD) Os oligossacarídeos pré-bióticos foram detectados através de cromatografia de camada delgada (CCD), com utilização de placas de sílica gel da marca Whatman, do tipo K6(sílica gel 60 A). Foi utilizada a técnica de múltiplas ascensões, que permite uma melhor separação dos produtos de interesse. As placas possuíam dimensões de 20 x 20 cm permitindo acorrida de várias amostras simultâneas. Para a separação dos oligossacarídeos foi utilizado como fase móvel o 35 sistema acetonitrila/acetato de etila/1-propanol/água (85:20:50:90), sendo realizadas duas ascensões (RODRIGUES, 2003). As amostras foram aplicadas na porção inferior da placa à uma distância de 1,5 cm da borda. Foram aplicados 5,0μL de cada uma das amostras com micropipetas, sendo uma delas o padrão (sacarose, frutose e glicose) para identificação na placa. Foram realizadas duas ascensões. As placas foram colocadas na câmara de desenvolvimento saturada com a fase móvel. Ao término de cada ascensão a placa foi seca com secador de cabelos para remoção completa da fase móvel. Em seguida a placa foi colocada na solução de revelação (0,3% dicloridrato de N-1-naftiletilenodiamina/ 5%H2SO4 concentrado/200ml metanol) após a revelação secagem em estufa por 10min a 120°C. 3.6 DETERMINAÇÃO DE DEXTRANA Após a síntese dos oligossacarídeos foi retirado o precipitado para solubilização e determinação da dextrana. A solubilização é feita com volume conhecido de água e aquecimento em banho-maria a 90⁰C durante 5 min. A dextrana foi determinada segundo o método fenol ácido sulfúrico para determinação de carboidratos totais adaptado para leitura em espectrofotômetro de placas do tipo elisa(DUBOIS et al., 1956). Os dados foram adquiridos através de software GEN-5 e concentrações expressas em glL. 3.7 ATIVIDADE DE ÁGUA (AW) A atividade de água do pó foi medida através de um sensor que aplica o princípio do ponto de orvalho e o outro sensor por constante dielétrica para amostras com alta concentração de voláteis. Tempo real de leitura menor que 5 minutos e temperatura utilizada de 25⁰C. O equipamento medidor de atividade de água é do modelo AQUALab 4TEV, fabricante Decagon Devices. 36 3.8 HIGROSCOPICIDADE A higroscopicidade dos pós foi determinada de acordo com metodologia descrita por Goula e Adamopoulos, (2010). Aproximadamente 1,0 g de pó foi espalhada uniformemente sobre uma placa de Petri e colocada em dessecadores a temperatura ambiente (24ºC±2). As células de higroscopicidade continham NaCl promovendo umidade relativa de 72%. As amostras eram pesadas em intervalos de 10min por um período de 90 minutos. Para o cálculo da higroscopicidade foi determinado o ganho de peso por grama de sólidos em pó durante os 90 min armazenados sob a umidade relativa citada acima. A caracterização dos pós obtidos da secagem foi realizada seguindo classificação descrita por GEA Niro Research Laboratory como demonstrado na tabela5. Tabela 5 – Classificação dos pós para higroscopicidade. Higroscopicidade (%) Não higroscópico <10% Ligeiramente higroscópico 10,1-15% Higroscópico 15,1-20% Muito higroscópico 20,1-25% Extremamente higroscópico Fonte: GEA Niro Research Laboratory (2010) 3.9 >25% GRAU DE CAKING Após a determinação da higroscopicidade, a amostra úmida foi colocada em estufa á vácuo a 70⁰C e pesada em intervalos de 2 horas até não obter variação superior a 0,3% entre pesagens consecutivas. 37 Em seguida a amostra é transferida para peneira de 500µmde abertura e mantida sob agitação constante por 5 minutos. Para o cálculo do grau de caking foi utilizada a equação 10 conforme Jaya e Das (2004): GC=a x 100 b GC grau de caking (%) a quantidade de pó retido na peneira(g) b quantidade de pó utilizado(g) (10) A caracterização do pó quanto ao grau de caking foi feita seguindo a classificação descrita por GEA Niro Research Laboratory como demonstrado na tabela6. Tabela 6- Classificação dos pós segundo o grau de Caking. Pó não aglomerado Pó levemente aglomerado Aglomerado Muito aglomerado Extremamente aglomerado Fonte: GEA Niro Research Laboratory (2010). Grau de Caking <10% 10,1-20% 20,1-50% >50% 100% 3.10 SOLUBILIDADE Foi determinada pelo método descrito por Eastman e Moore (1994) e modificado por Cano-Chauca et al. (2005). O método consiste em adicionar aproximadamente 1g da amostra em 100 mL de água destilada sob agitação de 2500 rpm por cinco minutos. Em seguida, a solução é transferida para um tubo e submetida à centrifugação de 2600 rpm por cinco minutos. Uma alíquota do 20mL do sobrenadante foi transferida para placa de petri, previamente pesada e submetida à secagem em estufa a 70ºC por 5 horas. O percentual de solubilidade foi calculado a partir da diferença entre o peso final e inicial do material na placa de petri de acordo com a equação 11. 38 S= (d- b) x (100+a) (c- b) x a (11) Onde, S=solubilidade (%) a = massa do pó(g) b = massa da placa vazia(g) c = massa da placa com amostra(g) d = massa da placa com amostra seca(g) 3.11 TEMPO DE REIDRATAÇÃO Segundo metodologia descrita por Goula e Adamapoulos (2010), pesou-se aproximadamente 2g de pó em copo becker de 100mL. Adicionou-se 50mL de água destilada ao pó e submeteu-se o conjunto sob rotação de 900 rpm. Mediu-se o tempo em segundos necessário para reidratação completa do pó. 3.12 RENDIMENTODA PRODUÇÃO DO PÓ O rendimento do pó foi calculado pela razão entre a massa de sólidos presentes no pó coletado no ciclone e a massa de sólidos presentes no suco destinado a secagem. Para o cálculo do rendimento foi utilizada a equação 12. Rend = (1 - Upó)xmpóx100 (1 - Usuco)xmsuco Onde, Rend= rendimento do pó obtido na secagem (%) Upó= umidade do pó obtido na secagem (g) Usuco = umidade do suco submetido a secagem(g) msuco=massa do suco submetido a secagem(g) mpó= massa de pó recolhido no ciclone(g) (12) 39 3.13. SECAGEM EM LEITO DE JORRO A secagem dos sucos foi realizada em secador de leito de jorro. O processo de secagem foi realizado em três etapas. Primeiramente foi realizado um planejamento fatorial fracionado (24-1) para escolhas das variáveis com melhor efeito, em seguida realizado um planejamento composto central (2 2). A partir das variáveis com efeito significativo neste planejamento foi realizada a secagem do suco prébiotico de tangerina. O equipamento utilizado para secagem está representado nas figuras 5Ae5B. Figura 5 –. Secador de leito de jorro. A - Unidade de secagem utilizada. B- Painel de controle da unidade de secagem. Fonte:Labmaq do Brasil Ltda Equipamentos e Instrumentos. 40 3.13.1 Agente de secagem Para secagem das amostras foi utilizado como adjuvante de secagem a maltodextrina com dextrose equivalente (DE) 20 fabricada pela Cargill/Maltogill. 3.13.2 Condições operacionais de secagem O secador tipo leito de jorro empregado é constituído por coluna cilíndrica, base cônica (figura 4). Os ensaios de secagem foram realizados mantendo os parâmetros de secagem apresentados na tabela 7 constantes em todos os planejamentos realizados. Foi utilizado como material inerte esfera de vidro de 2 a 4 mm de diâmetro. Tabela 7 - Parâmetros de secagem mantidos constantes na secagem em leito de jorro Parâmetros de secagem Vazão de ar no soprador Vazão de no bico Pressão de ar no bico atomizador Valores 1,7 m3/min 20 L /min 90bar Fonte: Arquivo pessoal 3.13.3 Otimização da secagem do suco de tangerina em leito de jorro O planejamento experimental para seleção de variáveis na otimização da secagem foi realizado com suco de tangerina. A necessidade de se fazer um estudo para obter melhores condições de secagem se dá ao fato de que a maioria dos parâmetros envolvidos na secagem influência nas características do produto final. Otimizar o processo de secagem com o suco pré-biotico se torna inviável devido a necessidade de uma volume alto de enzima e sua obtenção possui custo relativamente alto. Além disso, essas enzimas foram fornecidas por laboratório parceiro na citada pesquisa (LABIOTEC). Para minimizar a diferença entre o 41 planejamento utilizando suco de tangerina e otimização para o suco pré-biotico, foram realizadas comparações entre esses dois sucos nas condições otimizadas. No primeiro planejamento foi feito um planejamento fatorial fracionado 241+ 3 pontos centrais, totalizando 11 ensaios (tabela 8), tendo como variáveis independentes a temperatura, a concentração de maltodextrina, a vazão de alimentação e a quantidade do inerte. As variáveis respostas obtidas foram a atividade de água, o tempo de reidratação, o rendimento e a umidade do pó obtido na secagem do suco de tangerina. Tabela 8- Variáveis independentes do planejamento fatorial fracionado (2 4-1) para secagem de suco de tangerina em leito de jorro. Níveis Níveis do planejamento Variáveis independentes -1 0 +1 Temperatura (⁰C) 50 60 70 Maltodextrina (%) 5 10 15 Vazão de alimentação (mL/min) 3,0 4,5 6,0 Quantidade do inerte(g) 400 500 600 Fonte: Arquivo pessoal No segundo planejamento foi realizado um planejamento composto central 22+3 pontos centrais +4 axiais, totalizando 11 ensaios. De acordo com o planejamento fatorial fracionado realizado foi utilizado como variável independente nesse planejamento a temperatura e a porcentagem de adjuvante de secagem (maltodextrina), tendo como variável resposta a higroscopicidade, o grau de caking, coordenada de cor b*, reidratação e rendimento da produção do pó. A Tabela 9 apresenta os valores reais e codificados utilizados nesse planejamento. 42 Tabela 9– Variáveis utilizadas no planejamento composto central da secagem do suco de tangerina. Níveis do planejamento Variáveis independentes -1,42 -1 Níveis 0 +1 + 1,42 Temperatura- X1 66 70 80 90 94 % Maltodextrina- X2 5,9 8 13 18 20,1 Fonte: Arquivo pessoal De acordo com os resultados obtidos anteriormente no planejamento foram selecionados os parâmetros para serem utilizados na secagem do suco pré-biotico de tangerina. 3.14 ANÁLISES ESTATÍSTICAS Os planejamentos experimentais, análises de superfície de resposta e teste de Tukey foram realizados utilizando-se o software Statistica 7.0 (Stasoft). 43 4 RESULTADOS E DISCUSSÃO 4.1CARACTERIZAÇÃO FÍSICO-QUÍMICA DO SUCO DE TANGERINA O suco de tangerina foi inicialmente caracterizado quanto ao teor de açúcares e determinação de pH para proceder com a realização do planejamento experimental para a síntese dos oligossacarídeos. Inicialmente o suco de tangerina apresentou pH igual a 3.28±0, 01.Vale et al (2006) e Burdurlu; Koca e Keradeniz (2006) encontraram valores respectivamente de 3.7 e 3.23, próximos ao encontrado neste trabalho. Para a síntese dos oligossacarídeos foi necessária a sua correção a pH 5.2 para atingir a condição ótima de atuação da enzima. O teor de açúcar redutor total (frutose e glicose) encontrado inicialmente no suco foi de 39.7g/L e de sacarose 36.6g/L. 4.2 SÍNTESE DOS OLIGOSSACARÍDEOS PRÉ-BIOTICOS Para a síntese dos oligossacarídeos pré-bioticos a quantidade de açúcar inicial (sacarose e açúcar redutor) do suco foi corrigida para os valores demonstrados na tabela 10, de acordo com o planejamento experimental. Os oligossacarídeos foram sintetizados no suco com a utilização da enzima dextrana-sacarase parcialmente purificada por período suficiente para que toda a sacarose fosse consumida (24h). 44 Tabela 10 - Planejamento experimental e resultados obtidos de dextrana, açúcares residuais e oligossacarídeos em suco de tangerina Ensaio Sacarose inicial (g/L) Açúcares redutores iniciais (g/L) Sacarose residual (g/L) Açúcares redutores residuais (g/L) 1 25 25 0,00 26,91 3,42±0,87 19,67 2 25 75 0,00 39,55 4,87±0,62 55,58 3 75 25 0,00 33,23 4,95±0,58 61,82 4 75 75 0,00 52,44 6,83±1,14 90,73 5 14,64 50 0,00 29,51 2,03±0,21 33,10 6 85,35 50 0,00 42,08 5,63±0,17 87,64 7 50 14,65 0,00 24,14 2,68±0,38 37,82 8 50 85,35 0,00 40,81 4,52±0,20 90,02 9 50 50 0,00 35,44 3,12±0,07 61,44 10 50 50 0,00 42,02 5,14±0,37 52,83 50 0,00 34,39 4,67±0,31 60,94 50 11 Fonte: Arquivo pessoal Dextrana (g/L) Oligossacarídeos (g/L) De acordo com os resultados apresentados na tabela 10 em todos os 11 pontos do planejamento ocorreram produção de oligossacarídeos. O ensaio 4 obteve a maior concentração de oligossacarídeos e o ensaio 1 a menor concentração com valores respectivamente de 90,73g/L e 19,67g/L. Observando a tabela 10 pode-se verificar que o ensaio 1 foi realizado com quantidades iguais de sacarose(25g/L) e açucares redutores(25g/L) e o ensaio 4 também foi realizado com quantidades maiores, mas iguais em sacarose(75g/L) e açúcar redutor(75g/L). Silva et al. (2007) recomendam como dose diária para ingestão sem causar desconforto em torno de 10g/dia de oligossacarídeos pré-bioticos para pessoas saudáveis. Com base nisso, foi selecionado o ensaio 3 que obteve uma produção de oligossacarídeos em 61,82g/L (75g/L de sacarose e 25g/L de açúcar redutor) para síntese de oligossacarídeos em suco de tangerina. Essa dosagem é satisfatória para o indivíduo que consumir 200mL de suco ao dia. Além disso o ensaio 3 apresenta a menor quantidade de açúcar redutor adicionado no planejamento experimental e possui a menor quantidade de açúcar residual O modelo de regressão obtido para o rendimento em oligossacarídeos pode ser observado pela equação 13. A partir do diagrama de pareto da Figura 6, 45 pode-se observar que os parâmetros de sacarose linear e açúcar redutor linear foram significativos ao nível de 95% de confiança. Figura6- Efeitos estimados das variáveis oligossacarídeos no suco de tangerina. independentes sobre a Oligo= -17,30 +0,96X1 -0, 001 X12+ 0,60X2 + 0, 002 X22- 0, 003X1 X2 concentração de (13) Onde, X1 = Sacarose (g/L) X2= Açúcar redutor (g/L) A análise de variância do modelo de regressão obtido para o rendimento em oligossacarídeos está apresentada na Tabela 11. De acordo com esta tabela, o valor de F calculado para o rendimento de oligossacarídeos (%) foi de 48,82, sendo maior que o valor de F5,5 tabelado (5,05) no intervalo de confiança de 95 %. Com isso, o modelo é estatisticamente significativo, de acordo com o teste F. 46 Tabela 11 – Análise de variância do modelo de regressão para o rendimento em oligossacarídeos do suco pré-biotico de tangerina. Fonte de Variação Soma dos quadrados Graus de liberdade Media Quadrática Regressão 5411, 5636 5 1082,31 Resíduo (erro) 110, 845 5 22,17 Total 5522, 408 10 Fcal 48, 8 R2 = 97, 993; F5, 5;0,05=5,05 Fonte: Arquivo pessoal A análise da superfície de resposta para o rendimento de oligossacarídeos demonstrado na Figura 7 indica que a concentração de sacarose e de açúcar redutor, cada um isoladamente exerceu influência sobre o rendimento de oligossacarídeos pré-bióticos. Pode-se observar que o aumento da quantidade de sacarose representou maiores valores de oligossacarídeos e o aumento da concentração de açúcares redutores proporcionou aumento dos oligossacarídeos também. Figura7- Gráfico da superfície de resposta para produção de oligossacarídeos em função das concentrações de sacarose e açúcares redutores em suco de Tangerina. Fonte: Arquivo pessoal 47 O diagrama de pareto da figura 8 para o efeito estimado das variáveis independentes sob a concentração de dextrana mostra o efeito da sacarose linear como único efeito significativo. De acordo com a Tabela12 que descreve a análise de variância do rendimento em dextrana, o valor de F calculado para o modelo foi de 2,27, sendo menor que o valor de F5,5 tabelado (5,05) no intervalo de 95 % de confiança. Logo, o modelo não é estatisticamente significativo. Dessa forma, a metodologia de superfície de resposta não pode ser aplicada. Figura 8- Efeitos estimados das variáveis independentes sobre a concentração de dextrana no suco de tangerina. Fonte: Arquivo pessoal De acordo com a Figura 8 pode-se observar que o aumento da concentração de sacarose exerce influência sobre o aumento da concentração de dextrana. Devido a presença de sacarose, sempre ocorrerá a formação de dextrana, mesmo que em pequenas concentrações. 48 Tabela 12 – Análise de variância do modelo de regressão para o rendimento de dextrana no suco pré-biotico de tangerina. Fonte de Variação Soma dos quadrados Graus de liberdade Media Quadrática Regressão 13,68 5 2,74 Fcal 2,27 Resíduo (erro) 6,03 5 Total 19,71 10 1,21 R2 = 0,6941; F5,5;0,05=5,05 Fonte: Arquivo pessoal 4.3 DETECÇÃO DE OLIGOSSACARÍDEOS POR CROMATOGRAFIA DE CAMADA DELGADA A análise da figura 9 demonstra que houve formação de oligossacarideos pré-bioticos com graus de polimerização de 2 a 6 em todos os ensaios do planejamento experimental. Destacou-se o ensaio 3 (75g/L de sacarose e 25g/L) com grau de polimerização até 7(GP7); os ensaios 4,7,8 e os pontos centrais (9,10 e 11) com grau de polimerização até 8 (GP8). O ensaio 6 (85,35g/L de sacarose e 50g/L de açúcar redutor) apresentou uma maior variedade na formação dos oligossacarídeos, com indicação de grau de polimerização 9 (GP9). Existe relação entre o comprimento da cadeia e a eficiência dos oligossacarídeos, pois os de cadeia longa são absorvidos em grau muito menor no intestino delgado que os de cadeia curta. Com isso os oligossacarídeos de maior grau de polimerização permanecerão por maior tempo no cólon (LEE, et al.,2008). Estudos mostram que graus de polimerização de 2 a 10 em oligossacarídeos apresentam benefícios a saúde. Além disso, sabe-se que graus de polimerização maiores possuem menores níveis de monossacarídeos, dissacarídeos e polissacarídeos contaminantes (RABELO, 2008; BURKET, 2003). Os açúcares redutores influenciam na formação dos oligossacarídeos pelo fato de que estes açúcares desenvolvem o papel de aceptores da reação de formação dos oligossacarídeos pré-bióticos. 49 Figura 9- Detecção de oligossacarídeos pré-bióticos em suco de tangerina através de cromatografia em camada delgada (CCD). Fonte: Arquivo pessoal 4.4 OTIMIZAÇÃO DA SECAGEM DE SUCO DE TANGERINA EM LEITO DE JORRO 4.4.1 Planejamento fatorial fracionado em suco de tangerina O planejamento fatorial fracionado para seleção de variáveis na otimização da secagem do suco de tangerina está representado na tabela 13. As respostas atividade de água e partículas inertes(g) não apresentaram efeitos significativos ao nível de 95% de confiança. Somente as variáveis resposta rendimento e umidade obtiveram influência significativa das variáveis independentes. 50 Tabela 13- Planejamento fatorial fracionado em suco de tangerina. Vazão de Temperatura alimentação Inertes (⁰C) (mL/min) %MD (g) 50 3 5 400 aw 0, 1842 ± 0, 0020 Reidratação Rendimento Umidade (s) (%) (%) 126±46,13 25,97 2,06 70 3 5 600 0, 1327 ± 0, 0044 136±47,57 36,76 0,83 50 6 5 600 0, 1835 ± 0, 0022 53±11,27 12,87 2,47 70 6 5 400 0, 2602 ± 0, 0021 90±12,66 41,07 1,41 50 3 15 600 0, 2963 ± 0, 0010 85±0,00 48,89 3,57 70 3 15 400 0, 1454 ± 0, 0027 52±9,07 42,53 1,17 50 6 15 400 0, 2411 ± 0, 0018 72±6,51 40,96 2,18 70 6 15 600 0, 2179 ± 0, 0016 78±7,02 46,41 1,44 60 4,5 10 500 0, 2021 ± 0, 0020 69±25,42 46,15 0,74 60 4,5 10 500 0, 198 ± 0, 0030 61±14,36 36,65 2,05 60 4,5 10 500 0, 202 ± 0, 0048 48±2,89 37,12 1,29 Fonte: Arquivo pessoal Os efeitos estimados estão representados pelasFiguras10 e 11 e apresentaram significância ao nível de 95% de confiança. A tabela com os efeitos estimados encontram-se no APENDICE B. Figura 10 - Efeitos estimados para o rendimento do suco de tangerina desidratado. Fonte: Arquivo pessoal O aumento da concentração de maltodextrina no suco contribuiu para um maior rendimento do suco desidratado. 51 Figura 11 - Efeitos estimados para a umidade do suco de tangerina desidratado. Fonte: Arquivo pessoal A figura 11 demonstra que valores de temperaturas mais elevadas proporcionam menores teores de umidade do pó que se obtém na secagem. Tendo em vista que apenas as variáveis independentes temperatura e maltodextrina apresentaram influência significativa sobre as respostas ao nível de 95% de confiança, tais variáveis foram utilizadas como variáveis independentes do planejamento composto central a seguir. 4.4.2 Planejamento composto central para o suco de tangerina Para otimização da secagem do suco de tangerina, as variáveis independentes temperatura e concentração de maltodextrina e as variáveis dependentes higroscopicidade, grau de caking, coordenada de cor b*, reidratação e rendimento foram estudadas como demonstrado na tabela 14. Foi realizado um planejamento composto central 22+ 3 pontos centras + 4 pontos axiais. 52 Tabela 14- Planejamento experimental para secagem de suco de tangerina em leito de jorro com as respostas higroscopicidade, Grau de Caking, parâmetro de cor b*, reidratação e rendimento. Ensaio Temperatura (⁰C) %MD Higroscopicidade (%) Grau de Caking (%) Parâmetro de cor b* Reidratação Rendimento (s) (%) 1 70,00 8,00 8,41±0,43 100±0,00 21,20±0,08 59,73±0,58 45,66 2 70,00 18,00 7,67±0,25 86,24±0,38 15,36±0,13 70,36±0,58 34,34 3 90,00 8,00 8,60±0,20 100±0,00 22,52±0,53 133,08±0,01 39,40 4 90,00 18,00 7,52±0,28 88,23±0,59 14,99±0,34 65,53±4,47 39,80 5 65,86 13,00 7,46±0,15 100,00±0,00 16,8±0,20 60,35±0,57 34,23 6 94,14 13,00 7,61±0,27 77,34±1,11 18,84±0,42 81,37±0,57 42,00 7 80,00 5,93 9,14±0,21 100,00±0,00 23,44±0,16 180,01±0,01 34,18 8 80,00 20,07 7,42±0,28 77,33±0,91 15,03±0,33 79,72±0,55 37,40 9 80,00 13,00 8,49±0,78 76,61±0,41 17,55±0,88 83,57±1,50 33,02 10 80,00 13,00 7,60±0,38 85,55±1,82 16,11±0,38 69,04±0,98 40,77 11 80,00 13,00 8,29±0,16 85,17±1,10 17,65±0,12 66,55±0,48 42,08 Fonte: Arquivo pessoal 4.4.2.1 Análise estatística para as respostas estudadas De acordo com a tabela 14observa-se que o pó obtido da secagem é classificado como sendo extremamente aglomerado, tendo em todos os ensaios grau de caking superior a 50%, segundo classificação do laboratório GEA Niro Research (2010). As figuras 12 a 15 apresentam os diagramas de pareto para os efeitos significativos ao nível de 95% de confiança para a higroscopicidade, o grau de caking, a coordenada de cor b*e o tempo de reidratação do suco de tangerina. 53 Figura12-Efeitos estimados para a higroscopicidade do suco de tangerina desidratado. Fonte:Arquivo pessoal Os efeitos para a higroscopicidade do suco de tangerina desidratado demonstraram que o aumento da temperatura promoveu um aumento da higroscopicidade nos pós obtidos. Figura13 - Efeitos estimados para o grau de caking do suco de tangerina desidratado. Fonte: Arquivo pessoal 54 O aumento na concentração de maltodextrina exerceu influencia na diminuição do grau de caking dos pós obtidos. Figura 14 - Efeitos estimados para a coordenada de cor b*do suco de tangerina desidratado. Fonte: Arquivo pessoal Os efeitos estimados para a coordenada de cor b* do suco de tangerina desidratado demonstra que o aumento na concentração de maltodextrina diminui a coloração amarela do pó. Essa relação é bem visualizada pelas figuras 13 e 16. Figura15-Efeitos estimados para o tempo de reidratação do suco de tangerina desidratado. Fonte: Arquivo pessoal 55 O tempo que o suco de tangerina desidratado leva para se reidratar totalmente diminui com aumento na concentração de maltodextrina (Figuras 15 e 18). O modelo de regressão obtido para a higroscopicidade, o grau de caking, a coordenada de cor b*e o tempo de reidratação do suco de tangerina desidratado pode ser verificado pelas equações 14 a 17. Higroscopicidade= 18,95–0,32X1+ 0,002X12- 0,08X2+ 0,009X22- 0,002X1X2 (14) Caking = 455, 80 – 7,64X1 + 0,045X12 – 6,70X2 + 0,17X22 + 0,01X1X2 (15) b * =43,05 – 0,42X1 + 0,003X12 –1,05X2 + 0,04X22 -0,008X1X2 (16) Reidratação= - 394,73 +11,31X1 -0,031X12 – 1,10X2 + 1,05X22 – 0,39X1X2 (17) Onde, X1 =Temperatura (⁰C) X2= % maltodextrina As análises de variâncias (ANOVA) dos modelos de regressão obtidos para a higroscopicidade, o grau de caking, coordenada de cor b* e tempo de reidratação são apresentados nas tabelas 15a 18 respectivamente. Tabela 15 – Análise de variância do modelo de regressão para a higroscopicidade do suco de tangerina desidratado. Soma Media Fonte de variação Graus de liberdade F calc quadrados Quadrática Regressão 1,99 5 0,163779 12,12 Erro 0,163779 5 Total 2,149384 R2 = 92,38; F5,5;0,05=5,05 Fonte: Arquivo pessoal 10 02,149384 Tabela 16 – Análise de variância do modelo de regressão para o grau de caking no suco de tangerina desidratado. Soma Graus de Média Fonte de variação F calc quadrados liberdade Quadrática Regressão Erro Total R2 = 73,48; F5,5;0,05=5,05 Fonte: Arquivo pessoal 865,1983 232,943 5 173,0396669 5 46,58867131 1098,142 10 2,77 56 Tabela 17 – Análise de variância do modelo de regressão para a coordenada de cor b*no suco de tangerina desidratado. Fonte de variação Regressão Erro Total Soma quadrados 88,7010 2,25451 90,95547 R2 = 97,52; F5,5;0,05=5,05 Fonte: Arquivo pessoal Graus de liberdade 5 5 10 Média Quadrática 17,74019276 0,450901783 F calc 39, 34 Tabela 18 – Análise de variância do modelo de regressão para o tempo de reidratação no suco de tangerina desidratado. Fonte de variação Soma quadrados Graus de liberdade Regressão Erro Total 12389,39 1720,62 14110,02 5 5 10 Média Quadrática 2477,87872 344,124884 F calc 7,20 R2 = 87,81; F5,5;0,05=5,05 Fonte: Arquivo pessoal A análise de variância do modelo de regressão para a higroscopicidade resultou em um valor de F calculado superiores ao valor de F (5,5) tabelado (5,05) no intervalo de 95% de confiança como demonstra a tabela 15. Logo, o modelo pode ser considerado significativo estatisticamente através do teste de F. Desta forma, a metodologia de superfície de resposta pode ser aplicada. A análise de variância do modelo de regressão para o grau de caking do suco de tangerina está representada na tabela 16. De acordo com está tabela o valor de F calculado para o grau de caking foi de 2,77, sendo inferior ao F5,5tabelado (5,05) no intervalo de 95% de confiança. Com isso o modelo não é estatisticamente significativo, de acordo com o teste de F. Assim, a metodologia de superfície de resposta não deverá ser aplicada para essa resposta. A coordenada de cor b* apresentou (tabela 17) na análise de variância do modelo de regressão F calculado quase oito vezes superior ao F tabelado. Desse modo, o modelo é estatisticamente significativo e a metodologia de superfície de resposta pode ser aplicada. O tempo de reidratação, verificando a tabela 18, obteve um F calculado superior ao tabelado, mas muito próximo do tabelado. As figuras16,17 e 18representam o gráfico da superfície de resposta para o resultado de higroscopicidade, coordenada de cor b* e tempo de reidratação. 57 Figura16- Gráfico da superfície de resposta para a higroscopicidade em função da temperatura e concentração de maltodextrina em suco de Tangerina desidratado. Fonte:Arquivo pessoal A análise da superfície de resposta (Figura 16) para a higroscopicidade mostra que temperaturas na faixa de 66 a 77⁰C e concentração de maltodextrina entre 7,7a 14% resultaram em valores mais baixos de higroscopicidade. Entretanto, todos os pontos do planejamento se encaixam dentro da faixa de classificação de pós nãohigroscópicos (<10%). 58 Figura 17- Gráfico da superfície de resposta para a coordenada de cor b* em função da temperatura e concentração de maltodextrina em suco de tangerina desidratado. Fonte: Arquivo pessoal A temperatura não exerceu influência sobre a coordenada de cor b*, de forma que os valores variados na pesquisa não apresentaram modificações relevantes. 59 Figura 18- Gráfico da superfície de resposta para a reidratação em função da temperatura e concentração de maltodextrina em suco de tangerina desidratado. Fonte: Arquivo pessoal Levando em conta a higroscopicidade para escolha de um ponto ótimo qualquer um dos ensaios realizados estariam contemplando um valor satisfatório de higroscopicidade para o pó de tangerina. A escolha da higroscopicidade como resposta está relacionada a sua importância como característica do pó em relação as outras respostas. De acordo com o modelo matemático descrito pela higroscopicidade na equação 12 foi definido como ponto de menor higroscopicidade para a secagem do suco de tangerina e do suco pré-biotico de tangerina a temperatura de 71⁰C e 11% maltodextrina. O suco pré-biotico contendo 61,82g/L de oligossacarídeos foi desidratado em leito de jorro de acordo com as condições operacionais descritas no item3.7.2. 60 4.5 CARACTERIZAÇÃO DOS SUCOS E PÓS OBTIDOS A tabela 19 apresenta os resultados para umidade, atividade de água (aw), higroscopicidade, grau de caking, reidratação, solubilidade e parâmetros de cor (L, a*,b*) realizados no pó do suco de tangerina e do suco pré-biotico desidratados. Tabela 19- Análises físicas e físico-químicas realizadas nos pós do suco de tangerina e suco de tangerina pré-biotico desidratados a temperatura de 71ºC e formulados com 11% maltodextrina. Amostras Análises do pó Umidade (%) aw Higroscopicidade (%) Suco de Tangerina desidratado 2,15a ± 0,25 0,18a ± 0.00 7,03a ± 0,14 Suco de Tangerina Pré-biotico desidratado 2,12a ± 0,14 0,19b ± 0,00 6,74b ± 0,23 Grau de Caking (%) 92,23a ± 4,83 94,41a ± 4,80 Reidratação (seg.) 74,43b ± 5,57 93,22a ± 4,86 Solubilidade (%) 18,73a ± 0,17 17,96a ± 3,65 L 68,51b ± 0,02 69,08a ± 0,00 a* -2,35b ± 0,01 -2,20a ± 0,01 b* 8,53a ± 0,01 7,89b ± 0,00 *Medidas seguidas na mesma linha com a mesma letra não diferem significativamente entre si pelo teste de Tukey ao nível de 5% de probabilidade. Fonte: Arquivo pessoal Os resultados encontrados para a umidade demonstram que os sucos de tangerina e pré-biotico desidratados não diferem estatisticamente entre si. Esses valores correspondem ao valor determinado pela legislação brasileira para o teor de umidade de pós, ou seja, se encontram abaixo de 5% (BRASIL, 2005a). Goula e Adamapoulos(2010) encontraram para suco de laranja desidratado em spray dryer teores de umidade entre 1,9 e 7%. Para polpa de goiaba desidratada em leito de jorro foram encontrados valores entre 6 e 8% de umidade (CABRAL,2007). De acordo com Goula e Adamapoulos(2010), quanto maior a temperatura do ar de secagem, até uma determinada faixa, melhor será a remoção de água do alimento. Para a atividade de água (Aw) do pó de suco de tangerina e suco pré-biotico os valores são diferentes estatisticamente, mas pelos valores pode-se observar que 61 essa diferença é pequena. A água nos pós dos sucos esta fortemente ligada a matriz tornando-os microbiologicamente estáveis. De acordo com Velezmoro (1993) alimentos com valores de aw entre 0 e 0,2 indicam que a água está fortemente ligada dentro da matriz. A adição de compostos de baixo peso molecular, como açucares redutores, provocam o abaixamento da aw. Isso ocorre porque a pressão parcial de vapor da água no sistema cai. Os pós diferiram estatisticamente quanto a higroscopicidade e o suco de tangerina apresentou comportamento higroscópico superior ao suco pré-biotico. De acordo com a classificação de Gea Process Engineering (2005a) os pós podem ser classificados como não higroscópicos por assumirem valores inferiores a 10%.De acordo com o resultado observado pode-se afirmar que a maltodextrina na quantidade utilizada pode ter exercido o papel de protetor como encapsulante para proteger o pó quanto à higroscopicidade. Faz-se necessário para uma melhor discussão estudos referentes a temperatura de transição vítrea (Tg) do pó de tangerina para entender melhor as variações de higroscopicidade no produto em estudo. De acordo com Roos (1993) quanto maior a Tg do pó, menor será a higroscopicidade, pois os efeitos das variáveis do processo sobre a higroscopicidade do pó depende do seu efeito sobre a Tg. Estudos realizados com açaí em pó utilizando 10% de maltodextrina observaram valores duas vezes maiores para a higroscopicidade com relação ao resultado encontrado nesse trabalho (TONON; BRABET; HUBINGER, 2009). Em secagem de polpa de manga foi encontrado valor semelhante para a higroscopicidade, mas com utilização de porcentagens mais elevadas do agentes de secagem (JAYA; DAS,2004). Para a análise de grau de caking não houve diferença significativa entre as duas amostras ao nível de 5% de probabilidades pelo teste de Tukey. Os pós obtidos foram classificados como muito aglomerados (>50%), segundo a classificação de Gea Process Engineering (2005b). A maioria dos estudos com grau de caking para pós de sucos de frutas constatam valores altos para a higroscopicidade acompanhados por valores altos de higroscopicidade, ou vice-cersa. Os sucos desidratados nesse trabalho possuem conteúdo de açucares de baixo peso molecular (frutose e glicose) superiores ao encontrados em sucos in natura. Alimentos ricos em açúcar de baixo peso molecular possuem temperaturas de transição vítrea muito baixas. A superfície das partículas fica sujeita a uma maior absorção de água, formando uma solução 62 saturada, possibilitando maior pegajosidade do pó. Além disso, a morfologia do pó e sua granulometria podem ter relação com alta aglomeração obtida nos pós (ROOS, 2010). A reidratação dos pós foi estatisticamente diferente, de acordo com o teste de Tukey, com 5% de probabilidade. O tempo de reidratação do pó tem relação com o tamanho das partículas obtidas na secagem, pois partículas maiores afundam e as menores tendem a ficar na superfície dificultando o processo. A reidratação rápida também tem relação com baixos teores de umidade dos pós (GOULA; ADAMAPOULOS, 2008). Os sucos obtidos estão dentro da faixa, entre 77 e 200 segundos, observada para suco concentrado de laranja. Almeida (2012) encontrou tempos (149 a 611s) maiores para reidratação de suco probiótico de abacaxi com 10% de maltodextrina. Alves (2012) encontrou tempo de reidratação entre 60 e 180segundos para suco probiótico de laranja com a mesma concentração de maltodextrina. A solubilidade dos pós de suco de tangerina e de suco pré-biotico de tangerina não apresentaram diferença significativa estatisticamente. Isso significa que a presença de oligossacarídeos pré-bioticos no suco de tangerina não interferiu na sua solubilidade. Estudos realizados por Moreira (2007) com solubilidade em extrato microencapsulado de resíduo de acerola foram mais elevados(90,97% e 96,92%) que os encontrados nesse trabalho para suco de tangerina desidratado (18,73%) e suco pré-bioticos de tangerina desidratado (17,96%).Em acerola desidratada foi encontrada solubilidade de 4,08% nos estudos realizados por Dacanal (2005).Segundo este autor a temperatura do ar de fluidização influência na solubilidade e demonstrou que variações de temperatura entre 75⁰C e 90⁰C podem diminuir a solubilização em 210%. Relatou ainda que a solubilidade é alterada por que as pontes ligantes formadas durante a aglomeração de partículas podem se tornar mais rígidas do que em processos com temperaturas menores. A tabela 20 apresenta as medidas para as coordenadas de cor. Os resultados obtidos apresentaram diferença significativa estatisticamente. O suco de tangerina pré-biotico desidratado possui maior luminosidade, conferindo uma coloração mais clara e menor intensidade da coloração amarela com relação ao suco de tangerina desidratado. O encontro dos três valores (L* a* e b*) define uma cor. A diferença de cor (∆E*) pode ser mais bem observada quando se utiliza a colorimetria diferencial, pois as diferenças colorimétricas são transformadas em números facilmente interpretáveis. 63 A diferença de cor (∆E*) encontrada para o suco de tangerina e o suco pré-biotico de tangerina desidratados foi de 16,43. De acordo com a escala de percepção humana (tabela 3) esse valor se encontra em uma faixa maior que 6,0 classificando a diferença como muito grande para a percepção humana. A presença de oligossacarídeos prébioticos no suco interfere na coloração. Os pós obtidos da secagem de suco de tangerina e suco pré-biotico de tangerina foram reconstituídos ao teor de sólidos solúveis iniciais (18.4ºBrix e 22.7ºBrix, respectivamente) e comparados através de análises físicas e físicoquímicas com os sucos de tangerina e suco pré-biotico e com os sucos formulados com maltodextrina. A tabela 20 apresenta os resultados obtidos para as análises realizadas.Foram analisadas, as médias através de teste de Tukey, as diferenças entre suco de tangerina (ST), suco de tangerina formulado com maltodextrina (STM), suco de tangerina reconstituído (STR), suco de tangerina pré-biotico (STP), suco de tangerina pré-biotico formulado com maltodextrina (STPM), suco de tangerina prébiotico reconstituído (STPR). Tabela 20–Análises físicas e físico-químicas dos sucos de tangerina e sucos pré-bioticos de tangerina Análises nos sucos Amostras ST STM STR STP STPM STPR Acidez 0,38c±0,02 0,31d±0,02 0,32d±0,02 0,94a±0,02 0,78b±0,03 0,75b±0,03 pH 3,28a±0,01 3,21b±0,01 3,04d±0,01 3,26a±0,01 3,16c±0,01 3,20b±0,01 L 66,09d±0,06 69,45a±0,11 65,15e±0,09 67,64c±0,09 68,25b±0,12 66,14d±0,04 a* 0,78b±0,07 0,83b±0,02 2,58a±0,05 0,51c±0,01 -0,08d±0,03 0,81b±0,02 b* 33,51b±0,05 31,44e±0,09 46,23a±0,16 31,80d± 0,05 29,39f±0,04 33,27c±0,02 *Medidas seguidas na mesma linha com a mesma letra não diferem significativamente entre si pelo teste de Tukey ao nível de 5% de probabilidade. ST (suco de tangerina), STM (suco de tangerina formulado com 11% maltodextrina), STR (Suco de tangerina formulado com 11% maltodextrina e reconstituído), STP (suco de tangerina pré-biotico), STPM (suco de tangerina pré-biotico formulado com 11% de maltodextrina) e STPR (suco de tangerina pré-biotico formulado com 11% de maltodextrina e reconstituído). A acidez titulável do suco de tangerina formulado com maltodextrina (STM) e do suco de tangerina reconstituído (STR) não apresentou diferença estatisticamente significativa. Da mesma forma, o suco de tangerina pré-biotico formulado com 64 maltodextrina (STPM) e o suco de tangerina pré-biotico reconstituído (STPR) também não apresentaram diferença significativa. De acordo com esses resultados pode-se afirmar que a secagem dos sucos não interferiu na acidez. Os sucos de tangerina (ST) e suco de tangerina pré-biotico (STP) apresentaram menor acidez após a adição da maltodextrina. Oliveira, Figueiredo e Queiroz (2006) observaram também uma queda da acidez quando compararam polpa de pitanga e polpa de pitanga formulada com maltodextrina (15%). De acordo com Oliveira (2012) a polpa de cajá formulada com maltodextrina também apresentou diminuição da acidez com relação a polpa de cajá. Isso se explica pelo fato de a adição de maltodextrina provocar diminuição na concentração dos ácidos orgânicos presentes na polpa ou nos sucos analisados. A acidez dos sucos contendo oligossacarídeos pré-bioticos foi maior (STP, STPM e STPR) com relação aos sucos sem oligossacarídeos (ST, STM e STR). O pH apresentou variação menor do que a acidez ficando entre 3,04 e 3,28. Apesar de apresentarem diferença significativa essa variação foi pequena. Segundo Chitarra e chitarra (2005) a capacidade tampão de alguns sucos permite que ocorra variação maior entre a acidez dos sucos do que variações expressivas de pH. Estudos realizados com suco concentrado de tangerina apresentaram pH 3,23 (Budurlu, Koca,Keradeniz;2006). Os trabalhos apresentados por Couto e Canniatti-Brazaca (2010) com suco de tangerina apresentaram pH entre 3,85 e 4,05. A análise colorimétrica dos sucos demonstrou diferença estatisticamente significativa entre as amostras estudadas. O suco de tangerina formulado com maltodextrina (STM) apresentou a maior luminosidade e o suco de tangerina reconstituído (STR) a menor. Isso indica que a secagem interferiu na luminosidade do suco. As coordenadas de cor a* e b* sofreram um aumento com a secagem entre o STM e STR e também entre o STPM e STPR. Utilizando a colorimetria diferencial para comparar os sucos de acordo com a percepção humana, pode-se verificar na tabela 21 que as menores diferenças ocorreram entre ST e STP. Enquanto que a maior diferença ocorreu entre STR e STPR e ainda entre STM e STR. Com isso pode-se afirmar que todas as diferenças podem ser percebidas pelo olho humano. 65 Tabela 21- Análise da percepção humana utilizando comparação através de colorimetria diferencial entre os sucos. Amostras comparadas ∆E* Classificação ST e STP 2,32 Distinguível STR e STPR 13,12 Muito grande STM e STR 15,50 Muito grande STPM e STPR 4,51 Facilmente distinguível Fonte: Arquivo pessoal 4.6 RENDIMENTODO PROCESSO DE SECAGEM O rendimento do processo de secagem foi calculado como descrito no item 3.12. As secagens foram realizadas em duplicata e estão apresentadas na tabela 22 Tabela 22- Resultados encontrados para o rendimento da secagem dos sucos de tangerina e pré-biotico formulados com 11% de maltodextrina e desidratados a temperatura de 71ºC Amostras Rendimento (%) Suco de tangerina 44,0 Suco de tangerina Pré-biotico 39,5 Fonte: Arquivo pessoal O suco de tangerina apresentou rendimento maior que o suco de tangerina pré-biotico. Para Medeiros (2001) e Souza (2009), um alto teor de açucares, principalmente redutores, influencia negativamente a produção de pó de frutas em leito de jorro. O suco de tangerina pré-biotico apresentou menor rendimento, pois possui maior quantidade de açúcar redutor do que o suco de tangerina, explicando o menor rendimento para o suco pré-biotico. Borges (2011) encontrou para bagaços de cajá-umbu e de pitanga rendimento superior a 50%. Souza (2009) obteve rendimentos para mistura de polpa de frutas tropicais de 59,2%. O suco de tangerina possui quantidade de açúcar menor que o suco pré-biotico. O teor de açúcar entre os dois sucos pode ter influenciado no rendimento dos sucos inferiores ao encontrado na literatura. 66 5 CONCLUSÕES O processo de síntese enzimática dos oligossacarídeos no suco de tangerina é viável e o rendimento obtido pode ser considerado satisfatório para utilização do pó como suco pré-biotico. Os açucares utilizados na síntese enzimática exercem influência na produção dos oligossacarídeos. A cromatografia de camada delgada confirmou a qualidade dos pré-bioticos formados com graus de polimerização característicos. Os ensaios de secagem realizados apresentaram para os pós do suco de tangerina e do suco pré-biotico valores satisfatórios para umidade, atividade de água, higroscopicidade, tempo de reidratação, cor e rendimento. A solubilidade e o grau de caking comparados com a literatura foram insatisfatórios. Melhores estudos sobre a aglomeração de pó de suco pré-biotico devem ser realizados. Os sucos utilizados para a secagem não sofreram interferência com relação a acidez, mas foram modificados pela adição de maltodextrina. Além disso, os sucos contendo oligossacarídeos pré-bioticos apresentaram maior acidez com relação ao suco sem oligossacarídeos. O processo de secagem modificou as coordenadas de cor a*, b* e na sua luminosidade. De acordo com a colorimetria diferencial os sucos apresentaram diferenças perceptíveis através do olho humano. 67 REFERÊNCIAS AGÊNCIA DE DESENVOLVIMENTO DO CEARÁ. Frutas do Ceará. In:SEMANA INTERNACIONAL DA FRUTICULTURA, FLORICULTURA E AGROINDÚSTRIA, 19., 2012. Fortaleza, Centro de Eventos, 2012.Anais...Fortaleza, 2012.Disponível em: www.adece.ce.gov.br/.../Frutal.../frutas%20do%20ceara_frutal_2012_pd...Acesso em: 23 mar. 2011. ALMEIDA, A.R.F. Análise da secagem de pastas em leito de jorro. 2009. Tese (Doutorado em Engenharia Quimica) – Universidade Federal de São Carlos, São Carlos, 2009. ALMEIDA, M.M. Desidratação de polpa de umbu. Campina Grande:UFPB 1991,45p. (relatório interno). ALSOP, L. Industrial production of dextran.Progress in industrial Microbiology.v.18, 1983. ALVES, N.N. Desidratação de suco delaranja probiotico por spray-dryer. 2012. 59f. Dissertação (mestrado em Ciência e tecnologia de Alimentos). Universidade Federal do Ceará. Fortaleza-Ce. 2012. ANTUNES, A. E. 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Rendimento Umidade Fator Efeito Erro padrão Efeito Erro padrão Média (1) Temperatura 37,76* 2,42* 1,75* 0,20* 9,52 5,67 -1,36* 0,46* (2) Vazão de Alimentação -3,21 5,67 -0,03 0,46 (3) %MD 15,53* 5,67* 0,40 0,46 -1,40 5,67 0,37 0,46 (4) Inertes * Significativo em um intervalo de 95% de confiança. 79 APÊNDICE C- Efeitos estimados para a higroscopicidade e grau de caking do suco de tangerina desidratado. Caking Higroscopicidade Fator Efeito Erro Padrão Média Efeito 7,53* Erro Padrão 0,10* 82,42* 4,08* Temperatura(L) 0,83* 0,13* -7,51 5,02 Temperatura(Q) 0,48* 0,15* 8,91 6,04 %MD(L) 0,23 0,13 -14,37* 4,99* 0,46* 0,15* 8,59 5,91 0,18 0,99 7,07 %MD(Q) -0,17 Tem(L)X%MD(L) * Significativo em um intervalo de 95% de confiança.