¹ B. M. Lemes, ¹N. Ristow, ¹L. P. Cordoba, ¹L. S. Ribeiro, ²M.A.S. Carvalho Filho, ²L. G. Lacerda, ¹E. Schnitzler.

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1 Caracterização do amido de milho nativo e ceroso modificado com acido lático 1,0 M em diferentes temperaturas. ¹ B. M. Lemes, ¹N. Ristow, ¹L. P. Cordoba, ¹L. S. Ribeiro, ²M.A.S. Carvalho Filho, ²L. G. Lacerda, ¹E. Schnitzler. ¹Universidade Estadual de Ponta Grossa - UEPG. Av. Carlos Cavalcanti, CEP Ponta Grossa - PR Brasil. ²Universidade Positivo UP. Rua Prof. Pedro Viriato Parigot de Souza, 5300 CEP Curitiba PR - Brasil. Resumo O amido de milho é o carboidrato de reserva dessa fonte botânica, sendo o mais explorado a nível industrial. Este pode ser considerado normal (sendo composto de amilose e amilopectina) ou ceroso quando a porcentagem de amilose é tão baixa que não é considerada e se predomina a amilopectina. Vem se utilizando o acido lático a fim de se hidrolisar o amido e buscar características diferentes em suas propriedades térmicas, reológicas e estruturais. Nesse estudo realizou-se a modificação do amido de milho normal e ceroso com acido lático a 1,0M à 20ºC e 40ºC. Pela análise de DSC observou-se que a amido normal possui uma entalpia de gelatinização mais baixa em relação ao ceroso, e pode se determinar as temperaturas inicial, de pico e final do fenômeno de gelatinização. Três etapas de perda de massa foram observadas em todas as amostras, em acordo com picos de DTA. Nas curvas RVA pode-se observar que os amidos tratados com acido lático tiveram uma diminuição da viscosidade de pico e da viscosidade final. A Microscopia eletrônica de varredura (MEV) ajudou na observação do formato dos grânulos dos amidos e na medição de seus diâmetros médios. Abstract The corn starch is the carbohydrate of reserve of this botanic source and it is the most industrially explored. It can be considered normal (which is composed by amylose and amylopectin) or waxy (when the percentage of amylose is very low and the amylopectin is predominant). The lactic acid has been used to hydrolyse and find new characteristics in the starch, with changes in its rheological, thermal and structural properties. In this study it was performed the modification of normal and waxy corn starch with lactic acid at the concentration of 1,0M in the temperatures of 20 and 40 ºC. With the DSC analysis was observed that the normal starch has a lower enthalpy gelatinization than waxy starch and it was determined the initial, peak and final temperatures of the gelatinization process. Three mass losses were observed for all samples meanwhile DTA peaks occurred. The RVA curves allowed to obtain the rheological profiles of the samples, which showed that the starches treated with lactic acid, had a decrease of peak and final viscosity. The Scanning electron microscopy (SEM) showed the micro-images of the samples and it was possible to calculate the average diameter and observe their shape. Palavras-chave Acido lático. Análise Térmica. Amido modificado. TG-DTA. Amido de milho ceroso. Keywords Lactic acid. Thermal analysis. Modified starch. TG-DTA. Waxy corn starch. Introdução O amido é um carboidrato de reserva das plantas, e é comumente encontrado em cereais (40-90g/100g de matéria seca), tubérculos (65-85g/ 100 g de matéria seca), legumes (30-50g/100g de matéria seca) e frutos imaturos (40-70g/100g de matéria seca). Esse polissacarídeo é composto por moléculas de amilose e amilopectina, a amilose constitui uma cadeia linear onde as moléculas de anidroglucose de unem por ligações alfa-1,4, enquanto que a amilopectina apresenta cadeia ramificada, onde as anidroglucoses estão juntas por ligações alfa-1,4 e alfa-1-6 [1-2] O termo ceroso (ou no inglês, waxy ) refere-se às variedades de amido que são compostos totalmente por amilopectina. O milho ceroso, é um cereal melhorado, sendo cultivado a mais de 100 anos no leste e sudeste asiático. A textura é um dos aspectos mais importantes oferecido pelo milho ceroso no âmbito alimentar. [3-4]

2 O amido de milho normal forma um gel consistente, e na indústria de alimentos é utilizado em sopas desidratadas e molhos que são produtos que necessitam de aquecimento. Para produtos que são refrigerados, o amido de milho normal não é aconselhado devido ao fenômeno de sinérese (liberação de água no produto, quando as moléculas de amido se reorganizam no frio), conseqüência do fenômeno de retrogradação. Nesses produtos que necessitam de refrigeração, o amido mais indicado é o ceroso, pois apresenta maior estabilidade em temperaturas menores, por não possuir amilose. Os géis do amido de milho ceroso são fracos, altamente viscosos no cozimento, claros e coesivos [5-7] O acido lático tem sido utilizado como agente de modificação em amidos, como trigo, milho, por vários autores por diminuir sua viscosidade intrínseca e modificar suas propriedades físicas. Os autores constataram que o acido lático poderia despolimerizar algumas moléculas do amido, o que pode estar relacionado com o ph baixo deste ácido. Quando verificado no DSC encontra-se na literatura a redução do grau da cristalinidade do amido quando modificado com acido lático [8-9] Este estudo teve como objetivo analisar a modificação ácida em milho ceroso e normal em diferentes temperaturas. As técnicas utilizadas foram: Rápido Visco-análise (RVA), Calorimetria exploratória diferencial (DSC); TG-DTA (Termogravimetria); Microscopia eletrônica de varredura (MEV). Materiais e Métodos Dividiu-se três porções, cada uma com vinte gramas de amido de milho normal e três porções de amido de milho ceroso. As amostras foram identificadas como (a), (b), (c), (d), (e) e (f), sendo: (a) Amido de milho ceroso, (b) Amido de milho ceroso tratado com 1,0M de acido lático a 20ºC, (c) Amido de milho ceroso tratado com 1,0M de acido lático a 40ºC, (d) amido de milho normal, (e) Amido de milho normal tratado com 1,0M de acido lático a 20ºC e (e) Amido de milho normal tratado com 1,0M de acido lático a 40ºC. As amostras (b), (c), (d) e (e) foram tratadas por uma hora cada uma, com soluções padronizadas de acido lático 1,0M, mantidos a temperatura determinada, com agitação constante. Então as suspensões foram filtradas e lavadas com água destilada para a completa eliminação do ácido lático e foram secas por 24h em estufa com circulação forçada de ar a 40ºC. Após, foram mantidas em um dessecador contendo cloreto de cálcio anidro até massa constante. Os perfis reológicos das amostras foram obtidos utilizando o equipamento RVA-4 (Newport Scientific, Austrália). A preparação da amostra envolveu a adição de 28 gramas de uma suspensão de amido no interior do recipiente próprio do equipamento; desta massa, 8% é relativo ao amido, já considerada a umidade, e o restante água. O Rápido-viscoanalisador submete a amostra a uma força de cisalhamento constante, durante períodos de aquecimento e resfriamento determinados, sendo relacionado o torque fornecido pelo equipamento (através de uma haste giratória) com a viscosidade aparente da amostra. Para a análise DSC, que foi realizada para obtenção da entalpia de gelatinização das amostras, realizou-se o seguinte procedimento: as amostras foram previamente hidratadas por 30 minutos, na proporção 1:4 (amido: água destilada) em tubo de ensaio. Depois do preparo, adicionou-se 20 µl da suspensão com o auxílio de uma micropipeta em um cadinho de alumínio previamente tarado e que foi selado. A razão de aquecimento da analise foi de 10 ºC/min de 30 a 100ºC, com fluxo de ar com vazão de 50mL/min. As curvas termogravimétricas foram obtidas em atmosfera de ar de 50 ml/min com o equipamento TG-60 (Shimadzu, Japão), com cadinhos de alumina para inserção de aproximadamente 6 mg amostra. As condições de obtenção das curvas: razão de aquecimento de 10 ºC/min, com temperatura inicial e final de 30 e 600 ºC respectivamente A microscopia eletrônica de varredura foi realizada no equipamento VEGA3 (TESCAN). Os parâmetros da análise foram: 20 µm de escala de leitura, com 20 kv de tensão no feixe de elétrons, filamento de tungstênio e detector de elétrons retroespelhado. Como o equipamento se baseia na passagem de elétrons através da amostra, então esta foi fixada em uma fita adesiva de carbono e foi preparada pelo processo de metalização com plasma de ouro e paládio. A Termogravimetria (TG) foi realizada utilizando o equipamento TGA-50 (Shimadzu, Japão). A amostra foi disposta em cadinho de alumina, submetido à faixa de temperatura de 35 a 600 ºC, com taxa de aquecimento de 10 ºC/min e fluxo de ar de 150 ml/min. As curvas termogravimétricas foram obtidas com o auxílio do software. Resultados e Discussão Fez-se as curvas DSC para observar o processo de gelatinização dos amidos. A gelatinização é um fenômeno endotérmico e considerada uma transição fraca, o mesmo só ocorre com os amidos em suspensão aquosa e em cadinhos selados, por isso sela-se 20µL da suspensão de amido preparada em cadinhos de alumínio e obtem-se as curvas da Figura 1.

3 Figura 1 - Curvas DSC obtidas para os amidos sendo: : (a) Amido de milho ceroso, (b) Amido de milho ceroso tratado com 1,0M de acido lático a 20ºC, (c) Amido de milho ceroso tratado com 1,0M de acido lático a 40ºC, (d) amido de milho normal, (e) Amido de milho normal tratado com 1,0M de acido lático a 20ºC e (e) Amido de milho normal tratado com 1,0M de acido lático a 40ºC. Através das curvas obtidas, foi possível calcular a entalpia de gelatinização (AHgel), bem como determinar as principais temperaturas: onset (To), de pico (Tp) e de conclusão ou endset (Tc), cujos valores encontram-se na Tabela 1. Percebe-se que o amido normal em relação ao ceroso, possui em geral uma menor entalpia de gelatinização. Tabela 1 - Parâmetros obtidos pelas curvas DSC e pelas micro-imagens de MEV (*) To onset initial temperature, Tp peak temperature, Tc endset conclusion temperature, Hgel gelatinisation enthalpy, (da) Average diameter. Averages followed by the same letters in the same column do not differ statistically by Tukey s test (p<0.05). A figura 2 a seguir ilustra as curvas TG-DTA das amostras analisadas. As curvas TG para todas as amostras apresentaram um comportamento térmico semelhante, com três perdas de massa sendo as duas últimas consecutivas. A primeira perda de massa para as amostras corresponde a perda de água. Para o primeiro grupo constituído das amostras de amido ceroso, (A, B e C), observa-se uma maior quantidade de água, variando entre 5,2 e 9,5% quando comparada ao amido de milho normal, (D,E e F) que apresenta uma variação de 4,9 a 6,9% de água. Em seguida, para todas as amostras, é verificado um patamar de estabilidade entre 119 o C e 257,4 o C sem variações significativas. Na sequência, observa-se a perda de estabilidade térmica na qual o primeiro Grupo (A, B e C) variam de 233,5 a 257,4 o C e no segundo grupo, a variação estende-se de 251,1 a 332,6 o C. À partir desse ponto, para todos os compostos é observada uma carbonização lenta de todo material até temperaturas próximas a 570 o C

4 Figura 2 Curvas TG-DTA: (a) Amido de milho ceroso, (b) Amido de milho ceroso tratado com 1,0M de acido lático a 20ºC, (c) Amido de milho ceroso tratado com 1,0M de acido lático a 40ºC, (d) amido de milho normal, (e) Amido de milho normal tratado com 1,0M de acido lático a 20ºC e (e) Amido de milho normal tratado com 1,0M de acido lático a 40ºC. Os perfis reológicos das amostras antes e depois do tratamento com ácido estão mostrados na Figura 3. Para as amostras de amido ceroso (a), o tratamento com ácido lático à 20ºC (b) e 40 ºC (c) promoveu uma diminuição na viscosidade de pico e viscosidade final, com maior diferenças em relação ao nativo (a) observadas para temperatura de 40 ºC. O amido de milho normal apresentou comportamento semelhante. com diminuição nos parâmetros de viscosidade. Porém, para a modificação do ácido lático a 20 ºC houve um aumento e semelhança com a amostra (b). Alguns autores [9] observaram um comportamento semelhante, uma tendência decrescente de viscosidade para amostras de amido de trigo tratadas com ácido lático. Figura 3 - Perfis reológicos das amostras de: (a) Amido de milho ceroso, (b) Amido de milho ceroso tratado com 1,0M de acido lático a 20ºC, (c) Amido de milho ceroso tratado com 1,0M de acido lático a 40ºC, (d) amido de milho normal, (e) Amido de milho normal tratado com 1,0M de acido lático a 20ºC e (e) Amido de milho normal tratado com 1,0M de acido lático a 40ºC.

5 A Tabela 2 traz um conjunto dos resultados obtidos a partir das curvas RVA das amostras antes e depois das modificações com ácido lático. Como observado nas curvas, houve uma diminuição na viscosidade de pico e final devido à hidrólise provocada pela ação do ácido lático, com maiores diferenças para as amostras de milho normal e ceroso a 40 ºC. Tabela 2 - Dados obtidos a partir das curvas RVA das amostras de amido de milho normal e ceroso, antes e depois do tratamento ácido Através das micro-imagens obtidas no MEV foi possível calcular o diametro médio dos grânulos dos amidos. Sendo que todos os diâmetros não diferiram significativamente pelo Teste de Tukey a 5% de significância. Como já relatado em outros estudos, o milho apresentou uma morfologia poliédrica irregular (Figura 4), com diâmetros de aproximadamente 5 e 20µm [10]. Figura 4 - MEV das amostras: (a) Amido de milho ceroso, (b) Amido de milho ceroso tratado com 1,0M de acido lático a 20ºC, (c) Amido de milho ceroso tratado com 1,0M de acido lático a 40ºC, (d) amido de milho normal, (e) Amido de milho normal tratado com 1,0M de acido lático a 20ºC e (e) Amido de milho normal tratado com 1,0M de acido lático a 40ºC. Conclusão Observou-se pelas curvas DSC o amido de milho normal em relação ao ceroso possui uma entalpia de gelatinização característica menor. Três perdas de massa foram observadas nas curvas TG para as amostras. O primeiro pico DTA tem caráter endotérmico e os outros dois subsequentes têm comportamento exotérmico. No RVA viu-se que houve diminuição na viscosidade de pico e viscosidade final devido à hidrólise provocada pela ação do ácido lático, sendo mais drásticas quando tratadas a 40 ºC. Através do MEV pode-se observar as formas dos grânulos e calcular seu diâmetro médio, que se apresentou igual estatisticamente para todas as amostras.

6 Agradecimentos Os autores agradecem a CAPES, CNPq pelo auxílio financeiro e ao C-LABMU (UEPG) pelas análises. : (a) Amido de milho ceroso, (b) Amido de milho ceroso tratado com 1,0M de acido lático a 20ºC, (c) Amido de milho ceroso tratado com 1,0M de acido lático a 40ºC, (d) amido de milho normal, (e) Amido de milho normal tratado com 1,0M de acido lático a 20ºC e (e) Amido de milho normal tratado com 1,0M de acido lático a 40ºC. Referências 1. Gonçalves PM, Noreña, CPZ, Silveira, NP, Brandelli A. Characterization of starch nanoparticles obtained from Araucaria angustifolia seeds by acid hydrolysis and ultrasound. Food Science and Technology. 2014;58: Tester RF, Karkalas J, Qi X. Starch e composition, fine structure and architecture. Journal of Cereal Science, 2004;39: Lertrat K, Thongnarin N. Novel approach to eating quality improvement in local waxy corn: Improvement of sweet taste in local waxy corn variety with mixed kernels from super sweet corn. Acta Horticulture. 2008;769: Ketthaisonga D, Suriharna B, Tangwongchai R, Lertrat K. Changes in physicochemical properties of waxy corn starches at different stages of harvesting. Carbohydrate Polymers. 2013;98: Parker R, Ring SG. Aspects of the physical chemistry of starch. Journal of Cereal Science. 2001;34: Bahnassey YA, Breene WM. Rapid Visco-Analyzer (RVA) Pasting profiles of wheat, corn, waxy corn, tapioca and amaranth starches in the presence of konjac flour, gellan, guar, xanthan and locust bean gums. Starch/Stärke. 1994;4: Weber, FH, Collares-Queiroz, FP, Chang, YK. Caracterização físico-química, reológica, morfológica e térmica dos amidos de milho normal, ceroso e com alto teor de amilose. Ciênc. Tecnol. Aliment. 2009;29: Hirashima M, Takahashi R, Nishinari K. Effects of adding acids before and after gelatinization on the viscoelasticity of cornstarch pastes. Food Hydrocolloids. 2005;19: Majzoobi M, Beparva P. Effects of acetic acid and lactic acid on physicochemical characteristics of native and crosslinked wheat starches. Food Chemistry. 2014;147: Beninca C, Demiate IM, Lacerda LG, Carvalho Filho MAS, Ionashiro M, Schnitzler E. Thermal behavior of corn starch granules modified by acid treatment at 30 and 50 C. Eclet. Quím. 2008,33:13-18.