Hidrólise enzimática de amidos de cevada nativo e acetilados

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1 Hidrólise enzimática de amidos de cevada nativo e acetilados 18 Veridiana Zanetti 1, Franciene Villanova 1, Mariana Dias Antunes 1, Gabriela Soster Santetti 2, Shanise Lisie Mello El Halal 1, Elessandra da Rosa Zavareze 3 RESUMO A cevada é um cereal com alto teor de amido. O amido é utilizado para inúmeras finalidades na tecnologia de alimentos, podendo ser modificado por métodos físicos, químicos, enzimáticos, ou combinados com a finalidade de adequar suas propriedades físico-químicas, com as condições dos processos tecnológicos em que irão ser utilizados. Neste trabalho o objetivo foi verificar a suscetibilidade à hidrólise enzimática dos amidos de cevada nativo e acetilados com 11%, 17% ou 23% de catalisador (50 g de NaOH/100mL de água). A confirmação de acetilação dos amidos acetilados foi verificada através do percentual de grupos acetila (% Ac) e do grau de substituição (GS). O %AC e o GS variaram, de 2,14% a 7,54% e 0,08 a 0,31, respectivamente. Os amidos de cevada nativo e acetilados com 17% e 23% de catalisador apresentaram maior suscetibilidade pela enzima α-amilase. Palavras-chave: Cevada, amido, acetilação, hidrólise. INTRODUÇÃO A cevada (Hordeum vulgare) é um cereal de inverno que ocupa a quarta posição, em ordem de importância econômica no mundo, logo após o trigo, o arroz e o milho 1 Laboratório de Pós-Colheita, Industrialização e Qualidade de Grãos, Departamento de Ciência e Tecnologia de Alimentos, Universidade Federal de Pelotas, Caixa Postal 354, CEP , Capão do Leão, RS, Brasil, verizanettib@hotmail.com 2 Laboratório de Cereais, Faculdade de Engenharia e Arquitetura, Universidade de Passo Fundo UPF 3 Laboratório de Pós-Colheita, Industrialização e Qualidade de Grãos, Departamento de Ciência e Tecnologia de Alimentos, Universidade Federal de Pelotas, Caixa Postal 354, CEP , Capão do Leão, RS, Brasil, elessandrad@yahoo.com.br 272

2 (ARNGREN et al., 2011). A cevada apresenta em sua composição 10-17% de proteína, 2-3% de lipídeos, 1,5-2,5% de sais minerais e uma importante fonte de amido (65 a 68%), sendo este o principal componente do grão (QUINDE et al., 2004). O amido tem sido extensamente estudado, pois o mercado de amidos vem crescendo nos últimos anos, tendo inúmeras possibilidades de utilização na tecnologia de alimentos, como agente de enchimento em embutidos cárneos, espessante, formadores de géis, adjuvante na estabilização de suspensões e de emulsões. No entanto, estes podem ser modificados por métodos físicos, químicos, enzimáticos, ou combinados, com o objetivo de adaptar as suas propriedades físico-químicas, com as condições dos processos tecnológicos em que irão ser utilizadas como aditivos a fim de assegurar propriedades de textura adequadas e estabilidade no armazenamento do produto final (MIYAZAKI et al., 2006). A acetilação é uma modificação química do amido para aumentar sua gama de aplicação na indústria. A acetilação promove a esterificação dos grupos hidroxilas das unidades de anidroglicose da molécula de amido a partir da substituição por grupos acetila oriundos do anidrido acético, diminuindo a hidrofilicidade deste polímero (SINGH et al., 2007). A hidrólise enzimática é o procedimento industrialmente utilizado quando o objetivo é um produto mais refinado como a glicose ou xarope concentrado de maltose. A quebra do amido por meio de enzimas exige uma série de condições distintas e muito específicas (SURMELY et al., 2003). A suscetibilidade enzimática é influenciada por vários fatores, entre eles, a proporção de amilose/amilopectina, a estrutura cristalina e o tamanho das partículas e a estrutura do grânulo do amido. Nesse contexto, o objetivo deste trabalho foi observar a suscetibilidade à hidrólise enzimática dos amidos de cevada nativo e acetilados com diferentes percentuais de grupos acetil e graus de substituição. MATERIAL E MÉTODOS Foram utilizadas amostras de grãos de cevada, cultivar BRS 195, cedidas pela Universidade de Passo Fundo. A extração do amido de cevada foi baseada no método de ADKINS; GREENWOOD (1966) com algumas modificações. A modificação por acetilação do amido foi realizada segundo o método de MARK; MEHLTRETTER (1972). Uma amostra de 100 g de amido foi pesado (base seca) e disperso em 200 ml de anidrido acético em balão de fundo redondo. A suspensão foi agitada a 500 rpm com agitador mecânico ( Fisatom, 712, São Paulo, Brasil ). Como catalisador, foram adicionados 11, 17 e 23 % de uma solução de NaOH (50 g de NaOH/100 g de água). A reação foi conduzida a 100 C e agitada durante 1 h. No final do tempo de reação, o balão foi resfriado até que o meio atingisse 50 ºC 273

3 , em seguida, o amido foi precipitado com 100 ml de solução de álcool etílico (96%) e filtrado por sucção com um funil de filtração de Buchner (filtro Whatman N 4). O amido obtido foi lavado com álcool etílico e depois com água destilada para a remoção resídual do anidrido acético e, então, seco a 40 C durante 16 h, até cerca de 9 % de teor de umidade. O percentual de grupos acetila (% Ac) para determinação do grau de substituição (GS) foi determinado por titulometria conforme proposto por WÜRZBURG (1986). O grau de substituição é definido como o número médio de sítios por unidade de anidroglicose que receberam um grupo substituinte. A suscetibilidade enzimática dos amidos nativos e acetilados foram obtidas a partir da dispersão de 1 g de amido em 50 ml de tampão fosfato 0,1 M, ph 7 e 500 U de α-amilase. As suspensões foram mantidas a temperatura constante de 40 ºC e sob agitação magnética de 350 rpm durante 48 h. As amostras (1 ml) foram retiradas em intervalos definidos de tempo de reação (0,5, 1, 2, 4, 8, 24 e 48 h) e centrifugadas durante 5 min a 5000 rpm, e adequadamente diluída de modo a inspecionar a cinética de hidrólise pelo método de DNS usando glicose como padrão. A extensão da hidrólise do amido (%)em cada intervalo de reação foi calculada como a quantidade (g) de equivalentes de glicose libertada por grama de amido seco. RESULTADOS E DISCUSSÃO Os amidos acetilados com diferentes concentrações de solução de NaOH 50% apresentaram diferentes percentuais de Acetil e grau de substituição (Tabela 1). Tabela 1. Percentagem de Acetil e grau de substituição dos amidos nativo e acetilados. Amido a Acetil(%) Grau de substituição Nativo 0,00 ± 0,00 0,00 ± 0,00 11,0% NaOH b 2,14 ± 0,08 c 0,08 ± 0,00 c 17,0% NaOH 5,77 ± 0,29 b 0,22 ± 0,01 b 23,0% NaOH 7,54 ± 0,35 a 0,31 ± 0,01 a a Os resultados são a média de três determinações. Valores com letras diferentes na mesma coluna são significativamente diferentes (p <0,05). b NaOH (solução de 50 g NaOH/100 g de água destilada) 274

4 A Figura 1 mostra, através das curvas de cinética de hidrólise, o efeito do percentual de grupos acetil e do grau de substituição sobre a suscetibilidade enzimática dos amidos de cevada nativo e acetilados com 11, 17 e 23 % de solução de NaOH 50%. Os amidos acetilados com maiores concentrações de solução NaOH 50% (17% e 23%) apresentaram maior percentual de hidrólise quando submetidos à ação da enzima α-amilase quando comparados aos amidos nativo e acetilado com 11% de catalisador (Figura 1) e até 24 h houve um aumento progressivo do percentual de hidrólise. Segundo PLANCHOT et al. (1995) as áreas amorfas dos grânulos de amido são mais rapidamente degradadas pelas α-amilases pancreáticas do que as áreas cristalinas. Segundo DIOP et al. (2011) a esterificação reduz a cristalinidade dos amidos acetilados e o grau de cristalinidade em amido de cereais é atribuído à formação de duplas hélices por ligações de hidrogênio intermoleculares nos segmentos da amilopectina. Como mostrado na Tabela 1 houve a formação de grupos acetil, os quais substituíram alguns grupos hidroxila de amido, o que reduz a formação de ligações de hidrogênio inter e intramoleculares, resultando na destruição parcial da estrutura inicial de cristais ordenados (ZHANG et al., 2009). Com isso, sugere-se que as mudanças estruturais no amido de cevada provocada pela acetilação com 17% e 23% de catalisador possivelmente facilitou acessibilidade das áreas amorfas pela enzima e consequentemente a maior hidrólise destes amidos % de hidrólise Nativo Acetilado 11% Acetilado 17% Acetilado 23% Tempo (min.) Figura 1. Percentagem de hidrólise em função do tempo de reação com α-amilase do amidos de cevada nativos e acetilados com diferentes concentrações de solução de NaOH 50%. 275

5 Concluindo, os amidos acetilados com 17% e 23% de catalisador apresentaram maior percentual de grupos acetil e mostraram-se mais suscetíveis à ação da enzima α-amilase. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ADKINS, G. K.; GREENWOOD, C. T. The isolation of cereal starches in the laboratory. Starch/Stärke, v. 7, p , ARNGREN, M.; HANSEN, P. W.; ERIKSEN, B.; LARSEN, J.; LARSEN, R. Analysis of Pregerminated Barley Using Hyperspectral Image Analysis. Journal of Agriculture and Food Chemistry, v. 59, p , DIOP, C., LI, H. L., XIE, B. J., SHI, J. Effects of acetic acid/acetic anhydride ratios on the properties of corn starch acetates. Food Chemistry, v. 126, p , MARK, A. M.; MEHLTRETTER, C. L. Facile preparation of starch triacetates. Starch - Stärke, Weinheim, v. 24, n. 3, p , MIYAZAKI, M., MAEDA, H. Microchannel enzyme reactors and their applications for processing. Trends in Biotechnology, v. 24, p , PLANCHOT, V.; COLLONA, P.; GALLANT, D.J.; BOUCHET, B. Extensive degradation of native starch granules by α-amilase from Aspergillus fumigatus. Journal of Cereal Science, v. 21, n. 2, p , QUINDE, Z., ULLRICH, S.E., BAIK, B.-K. Genotypic variation in colour and discolouration potential of barley-based food products. Cereal Chemistry, v. 81, p , SINGH, J., KAUR, L., MCCARTHY, O.J. Factors influencing the physicochemical morphological thermal and rheological properties of some chemically modified starches for food application A review. Food Hydrocolloids, v.21, p. 1-22, SURMELY, R.; ALVAREZ, H.; CEREDA, M. P.; VILPOUX, O. F. Hidrólise do Amido. Tecnologia, usos e potencialidades de tuberosas amiláceas Latino Americanas. v. 3, cap. 15, p , ZHANG, L., XIE, W., ZHAO, X., LIU, Y., GAO, W. Study on the morphology, crystalline structure and thermal properties of yellow ginger starch acetates with different degrees of substitution. Thermochimica Acta, v. 495, p , WÜRZBURG, O. B. Modified Starches: Properties and Uses. Boca Ratón: CRC Press, p. 277,