Formulação de gorduras zero trans a partir de gorduras interesterificadas de soja

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1 Formulação de gorduras zero trans a partir de gorduras interesterificadas de soja Jane Mara Block Universidade Federal de Santa Catarina Universidade de Guelph jmblock@cca.ufsc.br

2 Redução de Trans em Alimentos Processos e Matérias-primas alternativas Interesterificação, Fracionamento, Hidrogenação Total Reformulação de gorduras para diferentes aplicações

3 Interesterificaçã ção - Redistribuiçã ção o dos ácidos graxos dos triacilgliceróis is - Mudanças as na consistência ncia e ponto de fusão sem formaçã ção o de trans - Processo menos flexível - Matérias rias-primas com alto teor de saturados

4 Interesterificaçã ção Gordura de Palma - Teor de sólidos a diferentes temperaturas - Flutuação de preços

5 Soja no Brasil Brasil maior exportador e segundo maior produtor de soja Safra 2007/2008 exportação de 2,5 milhões toneladas e o consumo interno 3,6 milhões toneladas crescimento na área plantada entre 2,6 e 4,2% de hectares para e hectares Esmagamento estáprevisto em 32,0 milhões de toneladas resultando em um consumo total de 36,4 milhões de toneladas. (ABIOVE, 2008; BARBOSAetal, 2008; CONAB, 2008)

6 Consumo de gorduras no Brasil toneladas LOW TRANS Antes Depois 21% 79% Oleo de soja Oleo de algodão 48% 35% Oleo de soja Oleo de algodão Oleo de palma 17% Gorduras para frituras e margarinas (BLOCK, 2009)

7 Funcionalidade de óleos e gorduras Formulação (Blending) e processamento Formulação Matérias-primas e produto final Solid Fat Content Ponto de fusão

8 Formulação de gorduras -Blending Interesterified fats and oils Hydrogenated fats Animal fats and its fractions Margarines and Shortenings Blends Tropical oils and its fractions SFC Melting Point Performance Liquid oils

9 Formulaçã ção o de Gorduras Conteúdo de gordura sólidas Plasticidade e Performance - RMN Composiçã çãotriglicerídica Cristalizaçã ção: materias-primas e processamento α β β

10 Processamento de Margarinas e Shortenings - Condições de cristalização controladas para performance adequada - Aparência, textura, uniformidade, funcionalidade, estabilidade, reprodutibilidade

11 Plasticidade e consistência Quantidade, tamanho, forma e distribuição da gordura sólida Desenvolvimento de núcleos de cristais Desenvolvimento de uma rede de cristais tridimensional que, a nível macroscópico, determina a plasticidade

12 Plasticidade e consistência -Duas fases (uma sólida e uma líquida) - Fase sólida finamente dispersa -Proporções adequadas das fases líquida e sólida -Fase sólida capaz de reter a fase líquida

13 Plasticidade e consistência 1. Composição do blending 2. Tamanho dos cristais e forma polimórfica (superesfriamento e trabalho mecânico) 3. Incorporação de gás 4. Descanso 5. Temperagem

14 Plasticidade e consistência 1. Composição do blending Excesso fase líquida: separação do óleo Excesso sólidos: gordura quebradiça) 5% SFC gorduras começam a ter estrutura 40% -50% SFC gorduras começam a se tornar rígidas e perder elasticidade Gordura uso geral: SFC entre 15 e 25%

15 Plasticidade e consistência 2. Tamanho dos cristais e forma polimórfica superesfriamento e trabalho mecânico α β β

16 Supercooling Plasticidade e consistência consistência e ponto de fusão -Resfriamento rápido: cristais pequenos (gorduras mais firmes) -Cristalização em condições estáticas: cristais grandes e visíveis (gorduras mais moles)

17 Em margarinas e shortenings: - 5 to 9 µm -cristais β plasticidade adequada - > 20 µm cristais β-arenosidade

18 Plasticidade e consistência Superesfriamento SSHE (Scraped Surface Heath Exchange) - Nucleação ocorre pelo choque térmico no cilindro de resfriamento - Nesta etapa a gordura deve ser resfriada de o C para 20 o C em 30 a 90 segundos

19 Plasticidade e consistência

20 Plasticidade e consistência

21 Trabalho mecânico Plasticidade e consistencia - Tubos de trabalho - Agitação: 125 rpm 3 min. - Cristais são quebrados em pequenas partículas - Cristalizacão adequada e induzida pela trabalho mecânico e pelo tempo de residência na unidade de cristalização Consistência adequada, ampla faixa de plasticidade maciez, aparência uniforme

22 Plasticidade e consistência

23 Plasticidade e consistência 3. Incorporação de gás - Aparência clara e cremosa - Superfície brilhante - Produto menos denso, fácil de manusear - Melhor textura - Homogeneidade - Aumento do volume - Redução de calorias e gordura saturada por porção

24 Processamento de margarinas e shortenings METZROTH (2005).

25 Gorduras para Massa Folhada plasticidade e firmeza com estabilização na forma β Formação de camadas contínuas e inquebráveis responsável pela estrutura quebradiça do produto final. Mistura de gorduras com ponto de fusão relativamente alto e gorduras mais líquidas que contribuirão com as características de plasticidade por uma ampla faixa de temperatura (CHRYSAM, 1985; BLOCK, 1997; REDDY e JEYARANI, 2001).

26 Aplicação de redes neurais para formular gorduras zero trans a partir de gorduras interesterificadas Comparar as gorduras formuladas pela rede com gorduras comerciais Comparar performance das gorduras formuladas e das gorduras comerciais nos produtos finais Margarina de mesa, margarina para massa folhada e gordura para bolos

27 Projeto UNICAMP-UFSC 3 dissertações de mestrado Rita dekássiagarcia BrunaMattioni BrunaScaranto

28 Formulação de gorduras zero trans para massa folhada Programa Mix redes neurais (Barrera- Arellano et al., 2005; Gandra, 2009) Gorduras interesterificadas de soja: 2 bases Óleo de Soja

29 Obtenção de formulações para aplicação em margarinas, margarinas para massa folhada e gorduras para bolo zero trans através de características de gorduras comerciais (SFC) Elaboração e caracterização dos blends propostos pela rede neural Comparação das amostras comerciais padrão e das formulações propostas (SFC, ponto de fusão, composição em ácidos graxos etriacilglicerólica, isoterma de cristalização a 25 C) Produção em escala piloto de duas margarinas de mesa tipo dura e duas margarinas para massa folhada, a partir da gordura padrão e um blend sugerido pelo programa Comparar performance no produto final -Avaliação das margarinas de mesa quanto àconsistência, sabor, espalhabilidade e estabilidade da emulsão -Avaliação das margarinas para massa folhada quanto ao v consistência, sabor, espalhabilidade e estabilidade da emulsão

30 Operação da Rede 1) Treinamento rede com diferentes formulacões 2) Solicitacaodeformulacaobaseadas no perfil de sólidos e ponto de fusão de gorduras comerciais 3) Seleção e formulação a partir das respostas obtidas

31 Margarinas de Mesa - 4 Gorduras padrão Gordura Padrão 1 Soluçõe s Gordura Padrão 1 (perfil solicitado) (%) Formulação (%) Gordura A Gordura B Óleo Temperaturas ( C) ,5 45 PF ( C) 43,47 27,18 19,35 12,44 7,34 5, ,00 Temperaturas ( C) ,5 45 PF #1 8,6 68,83 22,57 21,36 20,35 17,50 12,63 9,12 7,05 3,48 46,99 (*) 20,27 19,3 18,34 12,55 8,89 7,16 3,07 44,10 #2 14,96 50,51 34,53 20,47 19,26 15,64 11,61 8,60 6,67 3,31 46,39 (*) 19,71 19,16 16,01 11,78 8,41 6,92 3,13 44,51 #3 9,7 45,14 45,16 15,73 14,44 11,50 8,58 6,30 4,94 2,41 45,39 (*) 15,63 14,79 11,63 8,5 6,11 4,89 2,41 43,10 #4 9,90 62,88 27,22 20,42 19,41 16,25 11,81 8,59 6,64 3,27 46,58 #5 12,64 60,31 27,05 21,52 20,44 17,07 12,49 9,15 7,09 3,51 46,71 #6 11,96 61,56 26,48 21,40 20,34 17,04 12,44 9,09 7,04 3,48 46,72 #1 #2 #3 = Soluções selecionadas e formuladas para as seguintes etapas (*) = dados determinados experimentalmente

32 Gordura Padrão 2 Soluçõe s Gordura Padrão 2 (perfil solicitado) (%) Formulação (%) Gordura A Gordura B Óleo Temperaturas ( C) ,5 45 PF ( C) 51,44 32,09 22,23 14,56 9,33 6,59 0,47 40,00 Temperaturas ( C) ,5 45 PF #1 3,91 89,01 7,08 22,90 21,55 20,71 14,63 10,26 7,95 3,93 47,60 (*) 25,07 24,33 20,59 14,60 10,60 8,52 4,09 45,60 #2 13,78 70,22 16,00 24,83 23,54 20,79 15,10 10,97 8,56 4,24 47,76 (*) 26,46 25,75 21,24 15,80 11,33 9,10 4,72 45,72 #3 8,23 80,18 11,59 23,36 22,12 20,28 14,49 10,33 8,03 3,97 47,57 (*) 23,77 22,73 21,50 14,90 10,68 8,85 4,26 45,85 #4 7,74 82,41 9,85 23,76 22,43 20,89 14,90 10,59 8,25 4,08 47,67 #5 7,14 82,74 10,13 23,45 22,16 20,63 14,69 10,43 8,11 4,01 47,62 #6 5,73 84,61 9,66 22,99 21,72 20,36 14,45 10,22 7,93 3,92 47,60 #1 #2 #3 = Soluções selecionadas e formuladas para as seguintes etapas (*) = dados determinados experimentalmente

33 Gordura Padrão 3 Soluçõe s Gordura Padrão 3 (perfil solicitado) (%) Formulação (%) Gordura A Gordura B Óleo Temperaturas ( C) ,5 45 PF ( C) 63,81 43,56 32,63 22,24 13,84 10,02 0,39 43,00 Temperaturas ( C) ,5 45 PF #1 39,89 48,68 11,43 37,19 34,49 30,51 23,25 17,28 14,08 7,08 49,70 (*) 36,40 34,55 31,00 23,98 17,71 15,11 7,57 47,90 #2 31,32 64,15 4,53 34,83 32,19 29,71 22,18 16,25 13,17 6,58 49,47 (*) 35,22 31,39 30,18 23,26 16,93 14,45 7,00 47,53 #3 35,48 54,81 9,71 35,28 32,78 29,25 22,08 16,33 13,23 6,62 49,46 (*) 34,97 31,87 29,95 23,20 16,73 14,49 6,88 47,23 #3 32,10 61,79 6,02 35,09 32,46 29,73 22,26 16,35 13,26 6,63 49,45 #4 35,01 56,77 8,22 35,76 33,13 29,87 22,51 16,62 13,49 6,75 49,47 #1 35,98 54,35 9,67 35,80 33,22 29,68 22,43 16, ,75 49,42 #1 #2 #3 = Soluções selecionadas e formuladas para as seguintes etapas (*) = dados determinados experimentalmente

34 Gordura Padrão 4 Soluçõe s Gordura Padrão 4 (perfil solicitado) (%) Formulação (%) Gordura A Gordura B Óleo Temperaturas ( C) ,5 45 PF ( C) 57,53 38,92 28,93 19,02 10,42 7,30 1,36 42,00 Temperaturas ( C) ,5 45 PF #1 21,54 71,69 6,77 29,98 27,99 25,86 18,95 13,78 10,97 5,45 48,74 (*) 30,80 27,00 26,11 19,87 14,01 12,00 5,80 46,90 #2 24,47 68,38 7,15 31,70 29,52 27,11 20,03 14,63 11,72 5,83 48,99 (*) 30,70 27,94 26,81 20,44 14,89 12,65 5,96 47,10 #3 28,97 60,45 10,58 32,42 30,28 27,01 20,17 14,87 11,92 5,94 49,04 (*) 31,63 29,54 27,46 21,09 15,13 12,95 5,77 47,99 #4 23,67 69,63 6,69 31,21 29,07 26,80 19,75 14,40 11,51 5,73 48,81 #5 21,23 71,99 6,78 30,13 28,12 26,01 19,07 13,86 11,05 5,49 48,64 #6 22,25 69,73 8,02 30,27 28,28 25,91 19,05 13,89 11,06 5,50 48,60 #1 #2 #3 = Soluções selecionadas e formuladas para as seguintes etapas (*) = dados determinados experimentalmente

35 - Curvas de fusão e cristalização (DSC) das Gorduras padrão e BIends formulados Gordura padrão o 1 blend 1A

36 (a) (b) Gordura Padrão o 2 blend 2C Gordura Padrão o 3 blend 3B Gordura Padrão o 4 blend 4B

37 Isotermas de cristalizaçã ção o (RMN) SFC(%) Tempo (min) Padrão 1 1A 1B 1C Padrão 2 2A 2B 2C SFC (%) Padrão 3 3A 3B 3C SFC (% Padrão 4 4A 4B 4C Tempo (min) Tempo (min)

38 Consistência ncia dos Blends e Gorduras Padrão gf/cm Gordura 1 1A 1B 1C gf/cm Gordura 2 2A 2B 2C Temperatura ( C) Temperatura ( C) gf/cm Gordura 3 3A 3B 3C gf/cm Gordura 4 4A 4B 4C Temperatura ( C) Temperatura ( C)

39 Elaboração de margarinas em planta piloto Gordura 1 (Margarinas de mesa tipo Dura) Gordura comercial Blend sugerido pelo Mix Margarina Controle Margarina Teste Fase Aquosa Mistura Fase Oleosa Emulsificação Cristalização Envase

40 Consistência ncia das margarinas Temperatura ( C) Margarina Controle (gf/cm 2 ) Margarina Teste (gf/cm 2 ) ,37 a 950,65 b ,04 a 345,20 a ,01 a 272,72 a ,20 a 126,44 a Consistência (gf/cm 2 ) Temperatura ( C) Margarina Controle Margarina Teste SFC das gorduras utilizadas na elaboração das margarinas 50 Sólidos (% Gordura 1 1A Temperatura ( C)

41 Espalhabilidade Margarina Teste Margarina Controle

42 24 horas a 35 C - 1 Ciclização Margarina Teste Margarina Controle 48 horas a 35 C 2 Ciclização Margarina Teste Margarina Controle

43 Valores de gordura total, trans e saturada Porçã ção o de 10g Quantidade por porção Margarina Controle Margarina Teste Total de lipídios (g) 6,7 6,7 Gordura Trans (g) 0,12 (zero trans) 0,07 (zero trans) Gordura Saturada (g) 3,3 2,6

44 Margarina para massa folhada SFC (%) 10 ºC 20 ºC 25 ºC 30 ºC 35ºC 37,5 ºC 40 ºC 45 ºC 50 ºC PF Gordura A 65,2 57,75 54,39 46,15 34,95 30,92 27,07 19,64 12,94 56,8 Gordura B 29,02 27,06 22,83 18,03 13,88 12,07 10,51 7,22 4,25 50,4 Óleo Padrão 55,34 43,52 36,39 29,26 22,78 20,1 17,34 11,29 3,95 50,00 Perfil de sólidos %SFC , Mattioni, 2010 ºC G. A. G. B. Óleo G.P.

45 Soluções apresentadas pela rede, ordenadas pelo erro. % Erro G A GB Óleo Solução 1 2,38 54,71 38,94 6,36 Solução 2 2,40 61,00 26,27 12,73 Solução 3 2,45 49,47 50,53 0,00 Solução 4 2,52 74,48 0,00 25,52 Solução 5 2,61 64,66 21,27 14,07 Solução 6 2,63 70,36 9,76 19,88 Solução 7 2,88 53,38 46,62 0,00 Mattioni, 2010

46 Perfil de sólidos e Ponto de Fusão das soluções encontradas pela redes ordenadas pelo erro. % 10 ºC 20 ºC 25 ºC 30 ºC 35ºC 37,5 ºC 40 ºC 45 ºC 50 ºC PF Gordura Padrão 55,34 43,52 36,39 29,26 22,78 20,1 17,34 11,29 3,95 55,34 Tolerância Solução 1 47,15 42,31 37,71 30,14 23,55 20,74 18,04 12,95 8,2 54,15 Solução 2 47,43 42,3 37,72 30,16 23,55 20,74 18,06 12,96 8,22 54,14 Solução 3 47,96 42,64 38,03 30,41 23,77 20,94 18,2 13,06 8,27 54,22 Solução 4 47,59 42,54 38,01 30,46 23,73 20,91 18,26 13,11 8,34 54,2 Solução 5 48,25 43,02 38,47 30,82 24,04 21,18 18,47 13,27 8,43 54,3 Solução 6 48, ,46 30,84 24,03 21,18 18,48 13,28 8,45 54,3 Solução 7 49,35 43,84 39,28 31,5 24,59 21,69 18,86 13,57 8,62 54,48 Mattioni, 2010

47 Tabela do perfil de sólidos e ponto de fusão previsto (P) e determinado experimentalmente (D) %SFC 10 ºC 20 ºC 25 ºC 30 ºC 35ºC 37,5 ºC 40 ºC 45 ºC 50 ºC 55 ºC 60 ºC PF ( C) P F1 47,15 42,31 37,71 30,14 23,55 20,74 18,04 12,95 8, ,15 D F1 47,07 42,08 37,18 29,91 23,32 20,56 17,95 12,78 8,00 3,19 0,39 54,00 P F2 47,43 42,3 37,72 30,16 23,55 20,74 18,06 12,96 8, ,30 D F2 46,11 41,11 37,53 30,11 23,32 20,66 17,73 12,95 8,07 3,24 0,43 54,10 P F3 48,17 43,00 38,46 30,84 24,03 21,18 18,48 13,28 8, ,30 D F3 46,81 41,65 38,05 30,57 23,85 20,99 18,24 12,89 8,25 3,26 0,41 54,10 Mattioni, 2010

48 Perfil de sólidos previsto pela rede (P), determinado experimentalmente e da gordura padrão (GP) Mattioni, 2010

49 Isotermas de cristalização a 25 C das formulações e da margarinapadrao Mattioni, 2010

50 Elaboração de margarinas para massa folhada em planta piloto Gordura comercial Blend sugerido pelo Mix Margarina Padrao Margarina Teste Fase Aquosa Mistura Fase Oleosa Emulsificação Cristalização Envase

51 Margarinas processadas em planta piloto (sistema GerstenbergeAgger) Danisco Mattioni, 2010

52 Massas folhadas apósforneamento Mattioni, 2010

53 Volume específico e altura para massa folhada confeccionadas com diferentes margarinas após o forneamento. Volume específico (cm 3 /g) Altura (cm) Textura (N) Textura (Kgf) MCP* 4,3 + 0,2 3,7 + 0,3 93, ,00 9,49 + 1,42 GP 3,8 + 0,6 3,7 + 0,2 71,09 + 9,41 7,25 + 0,96 F3 4,5 + 0,6 4,0 + 0,2 69, ,13 7,07 + 1,95 * MCP = Margarina Comercial Padrão. GP = Gordura base padrão. Valor da média + desvio padrão. Letras diferentes indicam diferença significativa (p<0,05) de acordo com teste de Tukey

54 Conclusões - Diferentes proporções de matéria-prima resultaram em formulações com perfis de sólidos semelhantes as as gorduras padrão - Formulações realizadas pela rede baseadas em soja apresentaram performance adequada - Redes neurais podem ser usadas como ferramento utilparaformulacaode gorduras com características especiais

55 Referências Bibliográficas ABIOVE. Associação Brasileira das Indústrias de Óleos Vegetais. Complexo Soja: Estatística Mensal Ano Safra 2007/08. São Paulo/SP Brasil, Disponível em: < Acesso em: 02 de setembro de AOCS - Official Methods And Recommended Practices Of The American Oil Chemists Society, 4ª Edição, Ed.by D. Firestone, AOCS, Champaign, BARBOSA, Marisa Zeferino; NOGUEIRA Jr, Sebastião; FREITAS,SileneMaria de. Agricultura de alimentos x produção de energia:impacto nas cotações internacionais..são Relatório IEG -Instituto de Economia Agrícola, v.3, n.1. Paulo, SP:[s.n.] Janeiro, Barrera-Arellano, D.; Block, J. M.; Grimaldi, R.; Figueiredo, M. F.; Gomide, F. A.C. And Almeida, R. R. Mix Programa Para Formulação De Gorduras Com Redes Neurais. Registro Inpi (2005). Block, J.M. Formulação De Gorduras Hidrogenada Através de Redes Neurais. Tese (Dr.).1997, 146p. Unicamp/FEA. Campinas, SP: [S.N.], Block, J.M. Strategies for the Reduction of Trans Fat Consumption in Brazil: Current Status And Perspectives. InformJAOCS January v. 20:53-55 (2009). BRASIL. Agência Nacional De Vigilância Sanitária - ANVISA. RDC Nº 360, de 23 de Dezembro de DOU, Brasília, DF, Carvalho, S.M.; Ogliari, P.J.; Barrera-Arellano, D. and Block, J.M. Effect Of Addition Of Natural Tocopherols On Quality Of Refined Soybean Oil Packed In Pet During Storage. Braz. J. Food Technol., v.11: (2008). Cavillot, V.; Pierart, C.; Kervyn De Meerendré, M.; Vincent, M.; Paquot, M.; Wouters, J.; Deroanne, C. and Danthine, S.. Physicochemical Properties Of European Bakery Margarines With And Without Trans Fatty Acids. J. Food Lipids, 16: (2009). CHRYSAM, M.M., Table Spreads and Shortenings. In: Bailey s Industrial Oil and Fat Products, 4. ed. New York: Wiley-Interscience, v.3, p. 1985, CONAB -Companhia Nacional de Abastecimento. Acompanhamento da Safra Brasileira. Grãos -Safra 2007/2008. Décimo primeiro Levantamento. Brasil: Agosto, 2008.

56 Gandra, K. M.; Garcia, R.K.A.; Block,J.M. and Barrera-Arellano, D. Verificación De la Eficienciad una Red Neuronal para Formular Grasas Especiales a partir de Grasas Interesterificadas Soja- Soja. XII Congr. Latinoam. Grassas y Aceites, Rosario, Argentina, P , Garcia, R.K. Formulação de gorduras para aplicação em margarinas zero transcom redes neurais a partir de gorduras interesterificadas. Dissertação de Mestrado, UNICAMP Mattioni, B. Formulacao de gorduras zero trans para massa folhada utilizando redes neurais. Dissertacao de Mestrado. Universidade Federal de Santa Catarina,2010. METZAROTH, Douglas J. Shortening: Science and Tecnology. In: Bailey s Industrial Oil and Fat Products, Sixth Edition Volume Set, 2003, p Moura, A.P.B.; Grimaldi, R.andGonçalves, L.A.G..InteresterificaçãoQuímica: Alternativa Para Obtenção De Gorduras Zero Trans. Quim. Nova, v. 30: , (2007 Ribeiro, A.P.B.; Grimaldi, R.; Gioielli, L.A. and Gonçalves, L.A.G. Zero Trans Fats From Soybean Oil And Fully Hydrogenated Soybean Oil: Physico-Chemical Properties And Food Applications. Food Res. Int. 42: , (2009). REDDY, S. Yella; JEYARANI, T.. Trans-Free Bakery Shortenings from Mango Kernel and Mahua Fats by Fractionation and Blending. Journal of the American Oil Chemists Society, Vol. 78, no. 6, Junho, 2001, p Stauffer, C.. Fat And Oil In Bakery. In: Bailey's Industrial Oil And Fat Products-V 1. Edible Oil And Fat. Six Volume Set. Hardcover: 2005.

57 Obrigada!! Obrigada!!