CAMILA SAMPAIO MANGOLIM

Título da Tese: Caracterização de curdlana produzida por Agrobacterium sp. IFO 13140 e seus géis por meio de FT-IR, FT-Raman e análises térmicas. Avaliação da morfologia, propriedades físico-químicas, tecnológicas, reológicas e aplicação em alimentos

Orientador: Profa. Dra. Graciette Matioli

 Data da Defesa: 02/06/2017

RESUMO GERAL

INTRODUÇÃO. Curdlana é um polissacarídeo linear, neutro, composto por repetidas unidades de glicose unidas por ligações β-(1,3), sendo considerada uma fibra alimentar. Possui especial interesse devido as suas propriedades de formação de gel, as quais permitem seu uso como agente gelificante para melhorar a textura, capacidade de retenção de água e estabilidade térmica de vários produtos alimentícios. Quando aquecida, sua suspensão aquosa forma dois tipos de gel: o gel low-set, o qual é termorreversível e obtido pelo aquecimento em temperaturas entre 55 e 60 °C, seguido de resfriamento, e o gel high-set, que é termo-irreversível e obtido pelo aquecimento acima de 80 °C. Devido a sua elevada firmeza e estabilidade, os géis de curdlana são utilizados na elaboração de massas, molhos, alimentos congelados e enlatados, além de serem biodegradáveis, comestíveis e não tóxicos para humanos e para o ambiente. Apesar de a curdlana ser um polissacarídeo linear, sua estrutura conformacional exerce grande influência nas suas propriedades de dispersão e gelificação. Uma vez que a forma de recuperação do meio e a purificação do polissacarídeo podem influenciar na sua estrutura conformacional, o estudo estrutural da curdlana, bem como das suas propriedades físico-químicas e tecnológicas, são essenciais para melhor adequar seu emprego na indústria de alimentos. OBJETIVOS. Considerando o interesse na curdlana devido às suas propriedades de dispersão, viscosidade e gelificação, o presente trabalho objetivou avaliar a estrutura, morfologia e propriedades físico-químicas e tecnológicas da curdlana produzida por Agrobacterium sp. IFO 13140, comparativamente com a curdlana comercial. Também foi objetivo desta pesquisa a aplicação da curdlana em alimentos, como massa alimentícia caseira e iogurte. MATERIAL E MÉTODOS. A cepa de Agrobacterium sp. IFO 13140 adquirida na forma liofilizada foi reativada e adicionada ao meio de produção de curdlana utilizando glicose como fonte de carbono. Duas metodologias foram utilizadas para a recuperação do polissacarídeo: a de pré-gelificação e a de precipitação. Em ambas as metodologias a curdlana foi solubilizada com solução de NaOH 3 mol/L. Posteriormente foi neutralizada com HCl 3 mol/L (pré-gelificação) ou com água (precipitação). A curdlana comercial também foi submetida ao processo de pré-gelificação e, então, denominada comercial pré-gelificada. As metodologias empregadas para recuperação da curdlana foram relacionadas com suas propriedades funcionais. As curdlanas comercial, comercial pré-gelificada e produzidas por Agrobacterium sp. IFO 13140 (recuperadas pelos dois métodos) foram avaliadas quanto a sua estrutura, morfologia, propriedades físico-químicas e capacidade de dispersão e gelificação. Após esta etapa, as duas curdlanas submetidas ao processo de pré-gelificação foram utilizadas para o preparo de dispersões e géis. Foram estudados os mecanismos de formação de géis de curdlana por espectroscopias de FT-IR e FTRaman, bem como suas temperaturas de formação por análises térmicas de DSC e TGA. As curdlanas submetidas ao processo de pre-gelificação, assim como a curdlana comercial, foram avaliadas quanto as suas propriedades tecnológicas de absorção de água, óleo e solubilidade em água. Posteriormente, foram aplicadas em massa alimentícia caseira e iogurte nas proporções de 1% e 1,5%, em relação às quantidades de farinha e leite, respectivamente. As características de cozimento e o perfil de textura das massas foram avaliados. Dos iogurtes, foram avaliadas reologia, textura e sinérese. RESULTADOS E DISCUSSÃO. A análise de FT-Raman das curdlanas comercial, comercial pré-gelificada e produzida por Agrobacterium sp. IFO 13140 (recuperada pelos métodos de pré-gelificação e precipitação) revelou similaridade estrutural entre todas as amostras, o que significa que a curdlana produzida pelo micro-organismo tem estrutura similar à comercial e, também, que o método empregado para recuperação do polissacarídeo não influencia na sua estrutura. Entretanto, dados da microscopia eletrônica de varredura revelaram que tanto o método de secagem quanto o método de recuperação implicam significativamente na forma e no tamanho dos grânulos da curdlana. A amostra comercial (atomizada) apresentou grânulos grandes e com concavidades. As demais amostras (liofilizadas) exibiram partículas menores. Ainda, as duas curdlanas submetidas ao processo de pré-gelificação apresentaram o menor tamanho de partícula, o que pode ter influenciado na sua melhor dispersão em água. Os resultados obtidos nas análises físico-químicas revelaram que a curdlana comercial apresentou o maior teor de carboidratos, seguida da produzida pelo microorganismo e recuperada por precipitação, demonstrando o maior grau de pureza dessas amostras. As curdlanas submetidas ao processo de pré-gelificação apresentaram menor teor de carboidratos devido ao sal incorporado no processo (estimado pelo teor de sódio). Quando avaliadas as características de dispersão e gelificação das curdlanas, as amostras pré-gelificadas formaram facilmente uma dispersão homogênea em água, além de desenvolverem gel firme e homogêneo. A curdlana comercial não formou dispersão homogênea com facilidade e nem gel homogêneo, assim como a curdlana produzida por Agrobacterium sp. IFO 13140 recuperada por precipitação, que não formou gel pela ausência de sódio. Desta forma, as análises térmicas, reológicas e de força de gel foram realizadas apenas com as curdlanas pré-gelificadas. A curdlana comercial foi comparada com as pré-gelificadas em relação às propriedades tecnológicas de absorção de água, de óleo e solubilidade em água, além da aplicação em alimentos. As análises de FT-IR e FT-Raman revelaram similaridade estrutural entre a curdlana comercial e a produzida por Agrobacterium sp. IFO 13140. Não foi possível identificar variações estruturais decorrentes da formação de gel pela técnica de FT-IR. Entretanto, a técnica de FT-Raman evidenciou essas variações, sendo possível observar variações relacionadas às ligações de hidrogênio e interações hidrofóbicas, que ocorrem com a formação dos géis low-set e high-set, respectivamente. As temperaturas de formação de ambos os géis foram determinadas por DSC. As amostras apresentaram um pico endotérmico entre 40 e 55 °C, decorrente do entumescimento da curdlana, e um pico entre 70 e 80 °C devido a interações hidrofóbicas entre as moléculas. Ainda, as análises de reologia e força do gel revelaram que a curdlana produzida por Agrobacterium sp. IFO 13140 mostrou capacidade espessante superior à curdlana comercial pré-gelificada. Porém, a última mostrou capacidade gelificante mais elevada, com gel de força 17% superior e módulo elástico seis vezes maior, a 95 °C. Esta grande diferença entre as capacidades gelificantes das curdlanas é devido aos seus distintos graus de polimerização (DPn) ou massa molecular, pois enquanto a amostra comercial apresentou DPn de 334 ± 8, a amostra produzida pelo micro-organismo apresentou DPn de 232 ± 10, os quais correspondem a massas moleculares de 54000 e 38000, respectivamente. Quando avaliadas as propriedades de absorção de água e óleo e solubilidade em água das curdlanas comercial e das submetidas ao processo de pré-gelificação, confirmou-se a baixa solubilidade e baixa absorção de água de todas as amostras. Entretanto, as curdlanas submetidas ao processo de pré-gelificação apresentaram valores de absorção de óleo elevados e superiores aos de absorção de água, dado este que torna estes ingredientes úteis nas interações estruturais de diversos alimentos. O emprego das curdlanas submetidas ao processo de pré-gelificação em massa alimentícia e iogurte melhorou as características de textura dos produtos. Na massa, as curdlanas pré-gelificadas tanto aumentaram seu peso cozido (cerca de 10%) quanto aumentaram significativamente sua dureza, adesividade e gomusidade. A curdlana comercial não provocou melhora significativa em nenhum dos parâmetros da massa porque, devido a sua dificuldade de homogeneização, não gelifica de forma homogênea após o cozimento do produto. De forma semelhante, quando aplicadas no iogurte e submetidas a tratamento térmico, as curdlanas pré-gelificadas aumentaram significativamente os parâmetros de firmeza e adesividade e diminuíram a coesividade dos produtos, devido à estruturação provocada pela formação do gel de curdlana. A sinérese foi reduzida nos iogurtes com curdlana, sendo mais eficiente para a curdlana comercial pré-gelificada que, apesar de ter menor influência na firmeza que a produzida por Agrobacterium sp. IFO 13140, formou um gel mais estável ao armazenamento. Os dados reológicos corroboraram com os dados do perfil de textura dos iogurtes, pois as amostras submetidas ao tratamento térmico apresentaram maiores valores de viscosidade em toda a faixa de taxa de deformação avaliada. CONCLUSÕES. As características de dispersão, de gelificação e reológicas da curdlana dependem demasiadamente dos métodos de recuperação empregados após a sua produção, pois as curdlanas comercial e produzida por Agrobacterium sp. IFO 13140 submetidas ao processo de pré-gelificação dispersaram melhor em água e atuaram como espessantes, além de formarem géis homogêneos. Os dados obtidos nas análises estruturais mostraram similaridade entre a curdlana produzida por Agrobacterium sp. IFO 13140 e a comercial. Dentre as análises empregadas, a técnica de FT-Raman mostrou-se especialmente valiosa no estudo das variações estruturais decorrentes da formação dos géis de curdlana, evidenciando as ligações de hidrogênio e as interações hidrofóbicas que ocorrem com a formação dos géis low-set e high-set, respectivamente. Apesar da similaridade estrutural, as propriedades tecnológicas das curdlanas apresentaram diferenças significativas, as quais estão relacionadas com seus diferentes graus de polimerização. A curdlana produzida por Agrobacterium sp. IFO 13140 (método de pré-gelificação), que apresentou o menor grau de polimerização, mostrou maior capacidade espessante e de retenção de água e óleo que a comercial prégelificada, porém a última revelou capacidade gelificante superior. Como consequência, apesar de ambas terem aumentado a dureza e absorção de água das massas alimentícias e terem aumentado a firmeza e a viscosidade dos iogurtes e diminuído sua sinérese, a curdlana produzida por Agrobacterium sp. IFO 13140 (método de pré-gelificação) provocou aumento maior nos parâmetros de textura dos produtos, mas com formação de gel menos estável que a comercial pré-gelificada. Conclui-se que os géis de curdlana avaliados mostraram estrutura rígida e estável, com potencial de aplicabilidade no aprimoramento da textura de produtos alimentícios. Desta forma, o estudo estrutural dos géis de curdlana e das suas propriedades físico-químicas e tecnológicas realizados nesta pesquisa são fundamentais para ajustar seu emprego na indústria de alimentos. Palavras-chave: β-glucana, polissacarídeo microbiano, melhorador de textura, espessante, gelificante.

Artigos Publicados Vinculados a Tese:

 https://doi.org/10.1016/j.foodchem.2017.04.031
https://doi.org/10.1371/journal.pone.0171469