1
ESTUDO DO COMPORTAMENTO REOLÓGICO DE PASTAS DE AMIDO NATIVO
COM ADIÇÃO DE LIPÍDEOS
Filipe Bezerra dos SANTOS – [email protected]
Universidade Federal do Pará, Faculdade de Engenharia Química
Rua Augusto Corrêa, 01 – Guamá
66075-110 – Belém – PA
Roberval Felipe Gama da SILVA – [email protected]
Universidade Federal do Pará, Faculdade de Engenharia Química
Rua Augusto Corrêa, 01 – Guamá
66075-110 – Belém – PA
Shirley Cristina Cabral NASCIMENTO – [email protected]
Universidade Federal do Pará, Faculdade de Engenharia Química
Rua Augusto Corrêa, 01 – Guamá
66075-110 – Belém – PA
RESUMO: O amido é encontrado em abundância na natureza e dependendo da sua origem possui diferentes
aplicações industriais; nesse contexto este trabalho tem como foco principal verificar o comportamento de
pastas obtidas com fécula de mandioca da região. Foram determinadas curvas de fluxo e curvas de
viscosidade de pastas obtidas a partir de suspensões gelatinizadas de amido a 10% e gordura vegetal a 2%.
Os ensaios foram realizados em um viscosímetro de cilindros coaxiais HAAKE, modelo VT 550, com sensor
tipo SV1 nas temperaturas de 25, 40, 45 e 50°C. O tempo do experimento foi de 180 segundos a uma faixa
de taxa de cisalhamento de 20 a 200 s-1. Foram realizadas comparações com a pasta sem a adição de gordura
para verificar a influência desta no comportamento reológico e também a influência da temperatura em cada
pasta, com e sem adição de gordura. Os resultados mostram que a incorporação de gordura à suspensão de
fécula de mandioca não altera significativamente o comportamento reológico. Ocorreu um discreto aumento
de viscosidade em função do aumento da temperatura, demonstrando concordância com a literatura. Os
dados experimentais das formulações ajustaram-se satisfatoriamente ao modelo reológico de HerschelBukley.
Palavras chave: Reologia, Mandioca, Viscosidade.
1. INTRODUÇÃO
O amido é um carboidrato encontrado em abundância na natureza, só competindo em
quantidade com a celulose. Apresenta-se na forma de grânulos com formato e tamanho dependentes
da sua fonte botânica. Devido as suas propriedades físico-químicas e funcionais exclusivas, este
carboidrato tem grande importância nos mais diversos setores industriais. Na indústria de alimentos
nacional e na internacional o amido é utilizado como ingrediente, podendo, entre outras funções,
facilitar o processamento, fornecer textura, servir como espessante, fornecer sólidos em suspensão
ou proteger os alimentos durante o processamento. Pode ser utilizado na sua forma natural ou, por
intermédio de processamentos adicionais, dar origem a produtos como amidos modificados, xaropes
de glicose, maltose ou frutose e maltodextrinas, entre outros (FRANCO et al., 2001). Os
ingredientes existentes durante a fase de cozimento, por exemplo, interferem de maneira bem
definida nas características de intumescência do amido e na viscosidade final da pasta. Os fatores
que afetam a formação e as características dos géis de amido são: a natureza do amido, a
concentração da solução de amido, o pH, a presença de sais e a adição de açúcares, proteínas e
lipídeos (OLIVEIRA FILHO & MANCIM, 2009). As propriedades de gelatinização do amido estão
relacionadas a vários fatores, incluindo proporção de amilose e amilopectina, tipo de cristalinidade,
tamanho e estrutura do grânulo de amido (LINDEBOOM; CHANG; TYLER, 2004). A
amilopectina contribui para o inchamento do grânulo, enquanto a amilose e os lipídios o inibem
459
2
(TESTER; MORRISON, 1990). Muitos setores alimentícios procuram utilizar amidos naturais que
não foram alterados quimicamente, mas que apresentem propriedades semelhantes às dos amidos
modificados. Tais propriedades estão associadas à maior claridade da pasta e resistência às
principais condições de estresse, tais como, temperaturas altas (hidrólise do gel de amido e
diminuição da viscosidade), baixas temperaturas (que ocasionam sinérese nos produtos), condições
de acidez elevada (desnaturação da estrutura do gel de amido), fortes tensões mecânicas (corte,
homogeneização, etc.) e a utilização de ingredientes presentes durante a etapa de cozimento (ácidos,
sólidos solúveis, gorduras e sal) (ALEXANDER, 1996; BERMUDEZ, 1997). De acordo com
Thomas e Atwell (1999), as mudanças que ocorrem nos grânulos de amido durante a gelatinização e
retrogradação são os principais determinantes do comportamento de pasta desses amidos. Estas
alterações são medidas principalmente pelas mudanças de viscosidade durante o aquecimento e
resfriamento de dispersões de amido utilizando equipamentos como viscoamilógrafo de Brabender
e, mais recentemente, o Rápido Visco Analisador (RVA).
Os modelos utilizados neste trabalho são: Modelo de Ostwald-de-Waele (equação 1a) e
Herschel-Bulkley (equação 1b), sendo que este último se diferencia do primeiro apenas pela
inclusão do parâmetro tensão limite de escoamento ( 0 ), informação relevante principalmente
quando estão presentes operações como bombeamento.
  K  n
;
  0  K  n
(1a, 1b)
onde:  = tensão de cisalhamento (Pa);  0 = tensão limite de escoamento (Pa);  = taxa de
deformação, K= índice de consistência (Pa.sn) e n= índice de comportamento (adimensional).
Neste trabalho, as pastas de amido foram formuladas utilizando pequenas quantidades de
gordura na mistura de amido com água destilada, com o objetivo de verificar a influência da
gordura e também verificar a influência da temperatura no comportamento reológico das pastas de
amido nativo de mandioca.
O uso dessa abordagem que é relevante do ponto de vista prático, é encontrada em um
grande número de estudos que levaram em conta a investigação das propriedades morfológicas,
reológicas, térmicas e de textura, bem como a estabilidade das pastas de amido, tais como os de
Pereira (2004), Guerreiro (2007) e Berto et al. (2003).
2. MATERIAL E MÉTODOS
2.1 Matéria-prima e preparo das pastas
A matéria-prima utilizada é amido (fécula) nativo de mandioca fornecido pela Fecularia
Amazon Amidos – Moju (PA) e gordura vegetal hidrogenada (marca Primor) adquirida em
supermercado da Região Metropolitana de Belém. Utilizou-se água destilada no preparo de uma
suspensão de 1000g, a partir de 10% de fécula de mandioca e 2% de gordura vegetal. Os
componentes são pesados em balança analítica Bioprecisa, modelo BS3000A. A dispersão dos
sólidos na água é realizada em béquer sobre chapa de aquecimento em agitação magnética (agitador
Marconi, modelo MA085, sem controle de temperatura ou rotação) por 15 minutos a 60ºC.
Posteriormente, as amostras são gelatinizadas em banho termostático (Quimis, modelo Q226ML,
com controle de temperatura e agitação) no qual as temperaturas utilizadas são 65 e 70°C por 10
minutos, depois armazenadas sob ambiente refrigerado a 8°C.
2.2 Caracterização reológica
As medidas reológicas foram realizadas em triplicata com amostras preparadas do mesmo
lote. Os ensaios reológicos (ensaios estacionários) foram conduzidos em um viscosímetro de
cilindros concêntricos, da marca HAAKE modelo VT-550, operação de taxa controlada, conjunto
de sensores SV1 em uma faixa de taxa de cisalhamento de 20–200 s-1. O tempo do experimento
juntamente com a aquisição dos dados compreende uma leitura a cada segundo. A influência da
460
3
temperatura no comportamento das pastas é avaliada obtendo-se as curvas de fluxo e viscosidade
em diferentes temperaturas (25º, 40º, 45ºC e 50º), uma vez que esta propriedade é fortemente
influenciada pela temperatura. Foram realizados ensaios estacionários a cada intervalo de vinte e
quatro horas, durante setenta e duas (72) horas, visando obter o comportamento reológico das pastas
de amido nativo relacionados ao tempo de armazenamento avaliado através das evoluções dos
índices de consistência (K) e de comportamento (n) das amostras durante o período de
armazenamento a 8ºC.
2.3 Análise estatística
Com auxílio do programa Statistica versão 5.0 (STATSOFT INC., 1995) foi feito o ajuste
não-linear (Quasi-Newton) para os modelos da Lei de Potência (Ostwald-de-Waele) e da Lei de
Potência Generalizada (Herschel-Bulkley). Para a obtenção dos ajustes dos modelos foram
utilizados os valores médios de tensão de cisalhamento, para cada taxa de deformação. Os
parâmetros estatísticos avaliados para verificar a adequação do modelo foi o coeficiente de
determinação (R2).
3. RESULTADOS E DISCUSSÃO
3.1 Comportamento reológico das pastas de amido
As curvas de escoamento são importantes nos projetos de equipamentos e tubulações, pois
revelam o comportamento do material e consequentemente apresentam as características e os
parâmetros de escoamento destes.
A Figura 1 abaixo, contém as curvas de escoamento das pastas de amido contendo 10% de
amido e 2% de gordura após vinte quatro horas de armazenamento, determinadas a 40, 45 e 50°C.
Figura 1 - Curvas de escoamento das pastas de amido de mandioca em diferentes temperaturas.
A Tabela 1 apresenta os valores dos parâmetros reológicos e estatísticos obtidos para as
pastas de amido nas respectivas temperaturas de analise, através dos ajustes aos modelos HerschelBulkley e Ostwald-de-Waele.
Tabela 1 - Parâmetros reológicos e estatísticos para as pastas de amido nativo de mandioca
Suspensão de amido gelatinizada a 70°C durante 10 minutos.
Ostwald-de-Waele
Herschel-Bulkley
o
40°C
-
45°C
-
50°C
-
40°C
43,994
45°C
59,807
50°C
68,314
K
21,577
19,839
23,173
3,313
4,322
5,253
461
4
n
R2
0,506
0,9981
0,502
0,9974
0,538
0,9974
0,799
0,9996
0,749
0,9996
0,741
0,9996
Os valores do índice de comportamento (n) estão abaixo da unidade, configurando o caráter
pseudoplástico das pastas de amido. Comparando-se os ajustes aos modelos Herschel-Bulkley e
Ostwald-de-Waele, observa-se que ambos os modelos representam satisfatoriamente o
comportamento das pastas de amido. No entanto, o modelo de Herschel-Bulkley apresentou
coeficientes de determinação (R2) mais próximos da unidade, indicando que o modelo de HerschelBulkley é estatisticamente mais adequado para descrever o comportamento reológico das pastas de
amido.
De acordo com a Figura 1, observa-se que dentro do intervalo estudado a temperatura não
influenciou o comportamento reológico das pastas, em todas as temperaturas o comportamento
pseudoplástico se manteve, ou seja, a reologia das pastas não sofreu mudanças significativas com o
aumento da temperatura.
Considerando os dados referentes ao modelo Herschel-Bulkley, um aumento no valor do
índice de consistência, K, indica aumento na viscosidade com o aumento da temperatura. O índice
de comportamento se manteve em um valor médio de 0,76. Para o valor estimado da tensão limite
de escoamento observou-se um aumento em função do aumento de temperatura, o que indica um
aumento no nível de plasticidade das pastas.
A Figura 2 contém as curvas de viscosidade das pastas de amido após vinte e quatro horas
de armazenamento, determinadas a 40, 45 e 50°C.
Figura 2 - Curvas de viscosidade das pastas de amido de mandioca em diferentes temperaturas.
Todas as pastas estudadas apresentaram comportamento não Newtoniano, caracterizados
pela diminuição da viscosidade com a taxa de deformação, comportamento típico de fluidos
pseudoplásticos. Esse mesmo comportamento foi observado por GALDEANO et al (2009).
Na Figura 2 observa-se também um discreto aumento de viscosidade com o aumento na
temperatura, muito provavelmente relacionado à presença da gordura. De acordo com BILIADERIS
(1992), os lipídeos interferem na cristalização da amilopectina presente no amido.
Na Tabela 2 são apresentados os valores da viscosidade aparente das pastas de amido para as
taxas de deformação de 100, 150 e 200s-1, pois esses constituem valores importantes nas operações
industriais de processamento.
Tabela 2 - Viscosidade aparente das pastas nas taxas de deformação de 100, 150 e 200s-1.
Viscosidade aparente (Pa.s)*
40ºC
45ºC
50ºC
462
5
100 s-1
150 s-1
200 s-1
2,20,26
1,80,20
1,60,18
2,30,11
1,90,08
1,70,04
2,30,09
1,90,07
1,70,05
*Médiadesvio-padrão
3.2 Análise do tempo de armazenamento
Esta análise se faz importante na verificação da perda de qualidade do produto com o passar
do tempo, a variação das suas características e os parâmetros de escoamento.
As medidas reológicas das pastas a 25ºC foram realizadas conforme descrito nos itens 2.2 e
2.3 e os resultados ajustados para o modelo de Herschel-Bulkley e Ostwald-de-Waele.
A Figura 3 abaixo, contém as curvas de escoamento das pastas de amido contendo 10% de
amido e 2% de gordura ao longo de 72 horas de armazenamento. Os ensaios estacionários foram
efetuados a cada período de 24 horas.
Denomina-se Dia 0 pra indicar o dia em que a pasta foi preparada, Dia 1 pra indicar um
período de 24 horas e assim sucessivamente.
Figura 3 - Curvas de escoamento das pastas de amido ao longo de 72 horas de armazenamento.
A Tabela 3 apresenta os valores dos parâmetros reológicos e estatísticos obtidos para as
pastas de amido, através dos ajustes aos modelos Herschel-Bulkley e Ostwald-de-Waele.
Tabela 3 - Parâmetros reológicos e estatísticos das pastas ao longo de 72 horas de armazenamento.
Suspensão de amido gelatinizada a 65°C durante 10 minutos.
Ostwald-de-Waele
Herschel-Bulkley
Dia 0
Dia 1
Dia 2
Dia 3
Dia 0
Dia 1
Dia 2
Dia 3
31,797 70,647 65,415 64,813
o
K
n
R2
17,571
0,556
0,9995
26,466
0,468
0,9976
17,525
0,538
0,9966
19,373
0,499
0,9964
9,426
0,657
0,9999
5,942
0,707
0,9997
3,273
0,820
0,9994
3,192
0,790
0,9995
Comparando-se os ajustes aos modelos Herschel-Bulkley e Ostwald-de-Wale, observa-se
que ambos os modelos representam satisfatoriamente o comportamento das pastas de amido. No
entanto, o modelo de Herschel-Bulkley apresentou valores mais elevados para o coeficiente de
determinação (R2) indicando que o modelo de Herschel-Bulkley é estatisticamente mais adequado
para descrever o comportamento reológico das pastas de amido. Observa-se que os valores do
índice de comportamento (n) estão abaixo da unidade, em torno de um valor médio igual a 0,74
463
6
configurando o caráter pseudoplástico das pastas de amido. Uma diminuição gradual no valor do
índice de consistência (K) indica uma diminuição na viscosidade.
A tensão limite de escoamento apresentou valores crescentes ao longo do período analisado,
a cada período de 24 horas o nível de plasticidade aumentou, apresentando um pico nas primeiras
24 horas. Tal comportamento se deve pelo elevado teor de amilose presente no amido de mandioca,
cerca de 18%, de acordo com Bobbio e Bobbio (1985), uma vez que a firmeza da pasta está
associada à matriz de amilose. Com o passar dos dias sob estocagem em ambiente resfriado, as
moléculas de amilose foram induzidas à retrogradação, onde as moléculas se alinham e formam
associações por pontes, induzindo a formação de agregados insolúveis, o que justificou os elevados
valores de tensão limite de escoamento.
Vale ressaltar que a tensão limite de escoamento é determinada a partir de uma curva de
tempo realizada em um equipamento de tensão controlada; como o equipamento utilizado no
presente trabalho é de taxa controlada, os valores de tensão limite de escoamento são estimados a
partir da extrapolação da curva de fluxo para a taxa de cisalhamento zero. Levando-se em
consideração a qualidade do ajuste, pode-se obter uma boa estimativa desta propriedade.
Figura 4 - Curvas de viscosidade das pastas de amido ao longo de 72 horas de armazenamento.
De acordo com a Figura 4 observa-se que a viscosidade das pastas de amido diminui ao
longo do tempo de armazenamento analisado, comprovado através dos valores de K, que vão
diminuindo a cada intervalo de 24 horas.
3.3 Influência da gordura no comportamento reológico
Para esclarecer a influência da gordura nas pastas de amido, foram efetuadas comparações
entre o comportamento reológico de uma pasta sem a adição de gordura.
As medidas reológicas das pastas a 25ºC foram realizadas conforme descrito nos itens 2.2 e
2.3 e os resultados ajustados para o modelo de Herschel-Bulkley e Ostwald-de-Waele.
A Figura 5 mostra as curvas de escoamento das pastas de amido de mandioca com adição de
gordura e sem adição de gordura.
464
7
Figura 5 - Curvas de escoamento das pastas de amido de mandioca com e sem gordura.
A Tabela 4 apresenta os valores dos parâmetros reológicos e estatísticos obtidos para as
pastas de amido com e sem gordura, através dos ajustes aos modelos Herschel-Bulkley e Ostwaldde-Waele.
Tabela 4 – Parâmetros reológicos e estatísticos para as pastas de amido com e sem gordura.
Suspensão de amido gelatinizada a 70°C durante 10 minutos.
Ostwald-de-Waele
Herschel-Bulkley
c/gordura
s/gordura
c/gordura
s/gordura
61,717
82,352
o
K
n
R2
22,743
0,509
0,9980
20,873
0,543
0,9963
6,313
0,717
0,9996
3,427
0,843
0,9996
Os valores do índice de comportamento (n) estão abaixo da unidade, configurando o caráter
pseudoplástico das pastas de amido. Comparando-se os ajustes aos modelos Herschel-Bulkley e
Ostwald-de-Waele, observa-se que ambos os modelos representam satisfatoriamente o
comportamento das pastas de amido. No entanto, o modelo de Herschel-Bulkley apresentou
coeficientes de determinação (R2) mais próximos da unidade, indicando que o modelo de HerschelBulkley é estatisticamente mais adequado para descrever o comportamento reológico das pastas de
amido.
De acordo com a Figura 5, observa-se que a adição de gordura não influenciou o
comportamento reológico das pastas, o comportamento pseudoplástico se manteve.
Para o valor estimado da tensão limite de escoamento (o) observou-se uma diminuição em
torno de 25% em função da adição de gordura, o que indica uma diminuição do nível de
plasticidade. O valor de K aumentou 45,7% e o de n reduziu em 15%.
A Figura 6 mostra as curvas de viscosidade das pastas de amido de mandioca com e sem
gordura.
465
8
Figura 6 - Curvas de viscosidade das pastas de amido de mandioca com e sem gordura.
De acordo com a Figura 6 observa-se que a adição de gordura provoca uma diminuição na
viscosidade da pasta de amido, provavelmente relacionado à interação da gordura com a
amilopectina.
4. CONCLUSÕES
Embasado nos resultados observados, estes mostraram que em todos os casos estudados, as
pastas apresentaram comportamento não newtoniano do tipo pseudoplástico. As pastas ajustaram-se
satisfatoriamente aos modelos Herschel-Bulkley e Ostwald-de-Waele, no entanto em todos os casos
o coeficiente de determinação sempre apresentou-se mais próximo da unidade no modelo de
Herschel-Bulkley, mostrando que este é o modelo mais adequado estatisticamente. Observou-se
também que dentro do intervalo estudado a temperatura, a adição de gordura na pasta e o período de
tempo armazenado, não influenciaram o comportamento reológico das pastas pois em todos os
casos o comportamento pseudoplástico se manteve. No caso do intervalo de temperatura estudado
houve um aumento no valor do índice de consistência, K, mostrando que há aumento na viscosidade
com o aumento da temperatura, no caso da adição de gordura na pasta, a tensão limite de
escoamento sofreu uma redução, mostrando que ocorre uma diminuição do nível de plasticidade e o
valor de K diminuiu mostrando que há uma redução na viscosidade e por fim no caso do tempo de
armazenado houve uma diminuição gradual no valor do índice de consistência, K mostrando que
ocorre diminuição na viscosidade com o passar dos dias e a tensão limite de escoamento apresentou
valores crescentes ao longo do período analisado devido ao fato do elevado teor de amilose presente
no amido de mandioca assim com o passar dos dias sob estocagem em ambiente resfriado, as
moléculas de amilose foram induzidas à retrogradação.
.
5. REFERÊNCIAS
FRANCO, C. M. L. et al. Propriedades do Amido. In: Culturas de Tuberosas Amiláceas Latino
Americanas, Propriedades Gerais do Amido. Campinas: Fundação Cargill, 2001. v. 1.
OLIVEIRA FILHO e MANCIM, Aditivos e ingredientes e seus reflexos sobre as propriedades
viscoamilográficas de amido de milho. Braz. J. Food Technol, VII BMCFB, p. 80-84 2009
LINDEBOOM, N.; CHANG, P. R.; TYLER, R. T. Analytical, biochemical and physicochemical
aspects of starch granule size, with emphasis on small granule starches: a review.
Starch/Stärke, v. 56, n. 3-4, p. 89-99, 2004.
TESTER, R. F.; MORRISON, W. R. Swelling and gelatinization of starches 1. Effects of
amylopectins, amyoses and lipids. Cereal Chemistry, v. 67, n. 6, p. 551-557, 1990.
ALEXANDER, R. J. New starches for food applications. Cereal Foods World, Minneapolis, v.
41, n. 10, p. 796-798, 1996.
466
9
BERMUDEZ, J. J. H. Valorización de las amiláceas “No-Cereales” cultivadas em los paises
andinos: estúdio de las propriedades fisicoquímicas y funcionales de sus almidones y de la
resistência a diferents tratamientos estresantes. Bogotá: Facultad de Ingeniería de Alimentos;
Universidad de Bogotá, 1997. 150 p.
THOMAS, D. L.; ATWELL, W. Practical for guides the food industry-starch. St. Paul: Eagan
Press, 1999. 94 p.
PEREIRA, L. B. Caracterização de Suspensões de Amido de Amaranto: Efeito da Adição de
Sacarose e NaCl nas Propriedades Reológicas e Térmicas. Dissertação (Mestrado em Engenharia
de Alimentos) – Universidade Estadual de Campinas. Campinas, 2004.
GUERREIRO, L. M. R. Estudo Reológico dos Amidos de Amaranto, de Mandioca e de suas
Mistura, sob Condições de Acidez e Tratamento Térmico. Tese (Doutorado em Engenharia de
Alimentos) – Universidade Estadual de Campinas. Campinas, 2007.
BERTO, M. I. et al. Solução-Modelo de Sacarose e CMC: Análise do Tempo de Hidratação,
Caracterização Reológica e Estabilidade Térmica. Braz. J. Food Technol. v. 6, n.1, p.9-14, 2003.
STATSOFT, INC. (1995). STATISTICA for Windows [Computer program manual]. Tulsa, OK:
StatSoft, Inc., 2325 East 13th Street, Tulsa, OK 74104, (918) 583-4149, fax: (918) 583-4376.
GALDEANO, M. C. et al, Propriedades físico-químicas do amido de aveia da variedade
brasileira IAC 7, Ciênc. Tecnol. Alimentos, v. 29, n. 4, p. 905-910, 2009.
BILIADERIS, C. G. Structures and phase transitions of starch in food systems. Food
Technology, v. 46, n. 6, p. 98-109, 1992.
BOBBIO, O. F.; BOBBIO, A. P. Introdução à química de alimentos. Fundação Cargill, XV,
306p., 1985.
AREA TEMÁTICA: FÊNOMENOS DE TRANSPORTE E SISTEMAS PARTICULADOS (FTSP)
467