Amido de Castanha Diversidade estrutural e possíveis implicações na qualidade

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1 Amido de Castanha Diversidade estrutural e possíveis implicações na qualidade Fernando M. Nunes, André Lemos, Ana Abraão, Bruno Cruz Centro de Química, Departamento de Química, Universidade de Trás-os-Montes e Alto Douro Laboratório de Química e Qualidade Alimentar

2 Importância do Amido Composição Química do Amido Grânulo de Amido Formas Cristalinas Biossíntese da Amilose e Amilopectina Propriedades Funcionais do Amido Amido da Castanha Isolamento do Amido de Castanha Composição Química Forma e Dimensão dos Grânulos de Amido Tipo de Cristalinidade Propriedades de Gelatinização Grau de Inchamento Estrutura da Amilopectina Propriedades Funcionais do Amido Formação de Pastas de Amido Formação de Géis de Amido Conclusão

3 Importância do Amido - Material de reserva de energia das plantas - Principal componente de alimentos fornecendo energia - Utilizado para a modificação da textura e fornecer funcionalidades especificas em alimentos processados - Material de partida para a produção de etanol - Múltiplas aplicações nas industrias do papel e têxtil.

4 Fontes Industriais de Amido Amido de Milho - milho comum - milho ceroso (~0% de amilose) - Elevado conteúdo de amilose (55-70% amilose) - Outros mutantes Amido de raízes e tubérculos - Batata - Tapioca Outros Cereais - Trigo - Arroz - Cevada

5 Produção Mundial de Amido e Utilizações Produção - Milho 83% - Batata 6% - Trigo 6% - Tapioca 4% - Outros 1% Produtos - Papel 60% - Alimentos 20% - Têxteis 20% Produtos Refinados - Dextrose e Maltose - Xarope ricos em frutose - Maltodextrinas - Etanol

6 Composição Química do Amido O amido é constituído por dois tipos de polissacarídeos de glucose: Amilose Amilopectina

7 Composição Química do Amido O padrão de ramificação da amilopectina não é aleatório Modelo de Clusters Três tipos de cadeias: A, B e C Hélice A não ramificadas B ramificadas C contem o único terminal redutor

8 Composição Química do Amido A amilose em solução apresenta-se numa forma aleatória, mas na presença de substancias tais como o iodo e lípidos forma complexos de inclusão adoptando uma conformação em hélice Cauda Apolar Insolúvel em água Cabeça Polar

9 Grânulo de Amido O amido está presente nos tecidos vegetais na forma de grânulos que apresentam uma estrutura semi-cristalina. Estes grânulos permanecem praticamente intactos durante a maioria dos processamentos utilizados para preparar amido como ingrediente alimentar, tais como moagem, isolamento e purificação do amido. Amido Tapioca (Bar: 10 µm) Amido de Milho (Bar: 10 µm) Amido de Batata (Bar: 50 µm) Amido de Arroz (Bar: 2 µm)

10 Grânulo de Amido Diâmetro dos Grânulos de Amido

11 Grânulo de Amido Luz Normal Luz Polarizada (Cruz de Malta) A birrefringência indica que os grânulos de amido são semicristalinos

12 Grânulo de Amido

13 Raios-X Formas Cristalinas Amilose cristalizada com lípidos, iodo, etc Amido de tubérculos, amido com elevado conteúdo de amilose Amido de cereais

14 Formas Cristalinas

15 Biossíntese da Amilose e Amilopectina

16 ADP-Glucose Fosforilase (AGP) Tanto a síntese da amilose como da amilopectina iniciam-se com a síntese da ADP-Glucose a partir da glucose- 1-fosfato pela ADP-glucose fosforilase 1 1 A ADP-Glucose entra para os amiloplastos através de um transportador específico.

17 Biossíntese da Amilopectina A biossíntese da amilopectina envolve vária enzimas: Amido Sintetase Solúvel (Soluble Starch Synthase SS) a 1 4 Terminal não redutor Starch Synthase Terminal redutor a 1 4 Existem pelo menos três isoformas, SSI, SSII e SSIII. A acitvidade relativa depende da espécie e do tecido

18 Existe a evidencia que: - as isoformas SSI e SSIIa contribuem especificamente para a síntese de cadeias laterais curtas (A+B1) - a isoforma SSIII contribui para a síntese das cadeias lateriais longas (B1 e B2) Amilopectinas do tipo L e tipo S do arroz Indica e Japonica relacionada com a deficiencia da SSIIa

19 Enzimas de Ramificação do Amido (Starch Branching Enzymes - BE) 1 6 a 1 6 Existem dois tipos, BEI, BEII DP mínimo da BEI é 16 (B1; B2-B3) e da BEII é 11-12

20 Enzimas Desramificação do Amido (Starch Debranching Enzymes - DBE) a 1 6 H 2 O Isoamilase desramifica o glicogénio, fitoglicogénio e amilopectina Pululanase pululana e amilopectina

21 A acção das DBE s pensava-se restrita à desramificação da amilopectina durante a hidrolise completa do amido durante a germinação das sementes. No entanto, estudos recentes demonstram a importância da isolamilase na biossíntese da amilopectina. A ausência de isoamilase leva à produção de fitoglicogénio Amilopectina Fitoglicogénio

22 Biossíntese da Amilose Sintetizada por uma isoforma da amido sintetase ligada ao granulo de amido (Granule-bound starch synthase - GBSS) a 1 4 Terminal não redutor GBSS Terminal redutor a 1 4 Nos cereais estão presentes duas isoformas: GBSSI em tecidos de armazenamento (endosperma e embriao) ; GBSSII noutros tecidos tais como folhas, raizes e pericarpo

23 Propriedades Funcionais do Amido Relação Estrutura-Funcionalidade

24 Gelatinização Ruptura da organização molecular no interior dos grânulos de amido Grânulos Nativos Temperatura de Gelatinização Grânulos Gelatinizados Pasta de Amido

25 Gelificação Formação de uma rede tridimensional de amilose quando dispersão de amido gelatinizados é arrefecida sem agitação Gel de Amido

26 Retrogradação Re-associação e recristalização da amilose e amilopectina Amido Gelatinizado Pasta de Amido totalmente Retrogradada Sinérese Expulsão de água durante o armazenamento do gel ou ciclos de congelação/descongelação

27 Retrogradação Aspectos Negativos - Endurecimento do pão, principalmente retrogradação da amilopectina - Endurecimento do arroz cozido e de tortilhas - Sinérese das pastas e géis de amido - Desenvolvimento de opacidade das pastas/dispersões de amido Aspectos positivos - Produção de amido resistente - Preparação de amido lentamente digerível - Formação de filmes pela amilose

28 Amido da Castanha O amido é o principal constituintes da castanha (50-70% MS) As propriedades de textura da castanha processada estarão relacionadas com as propriedades funcionais do seu amido As propriedades funcionais estarão relacionadas com a composição do amido bem como com a estrutura dos seus componentes A castanha poderá ser uma fonte alternativa de amido com propriedades funcionais distintas. Três variedades, Longal, Martaínha, Lada

29 Isolamento do Amido de Castanha

30 Composição Química do Amido de Castanha * * * p<0,05

31 Grânulos de Amido de Castanha Dimensões de 4 a 21 m

32 Tipo de Cristalinidade do Amido de Castanha Lada Martaínha Longal

33 Propriedades de Gelatinização do Amido de Castanha

34 Grau de Inchamento do Amido O grau de inchamento é uma medida de capacidade de hidratação dos amido.

35 25 Grau de Inchamento do Amido de Castanha Longal Swelling Power Lada Martaínha Temperature (ºC)

36 Lixiviação de Amilose do Amido de Castanha 0.25 g amylose/ g starch Temperature (ºC)

37 Grau de Solubilização do Amido de Castanha Longal g anhydroglucose/g starch Temperature (ºC) Lada Martaínha

38 Estrutura da Amilopectina do Amido a 1 6 H 2 O

39 Weight (%) Weight (%) Weight (%) Estrutura da Amilopectina do Amido de Castanha Lada Martaínha Longal Time (s) Degree of Polymerization Degree of Polymerization Degree of Polymerization

40 Propriedades Funcionais do Amido Formação de pastas de amido

41 Viscosity (Pa.s) Propriedades Funcionais do Amido de Castanha Formação de pastas de amido 1,4 1,2 1,0 0,8 0,6 0,4 0,2 0,0 Longal Martaínha Lada Time (s) Temperature (ºC)

42 Propriedades Funcionais do Amido Textura dos Géis de Amido Time

43 Force (Pa) Propriedades Funcionais do Amido de Castanha Textura dos Géis de Amido 1,2E+05 1,0E+05 8,0E+04 6,0E+04 4,0E+04 2,0E+04 0,0E+00-2,0E Time (s) -4,0E+04

44 Conclusões O amido de castanha apresenta uma elevada diversidade estrutural Pode estar relacionada com a diferente expressão das enzimas que sintetizam a amilose e o amido Variações nas condições edafoclimáticas também podem ter um papel importante na diversidade estrutural A diversidade das propriedades funcionais estão relacionadas com o conteúdo e estrutura da amilose e amilopectina As propriedades funcionais do amido da cultivar Longal e Martaínha são semelhantes ao amido de milho com menores temperaturas de gelatinização