CONSISTÊNCIA DE MISTURA DE GORDURAS HIDROGENADAS E ÓLEO DE SOJA1

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1 CONSISTÊNCIA DE MISTURA DE GORDURAS HIDROGENADAS E ÓLEO DE SOJA1 Ilka Sumiyoshi SIMÕES 2, Luiz Antonio GIOIELLI 3,*, Maricê Nogueira OLIVEIRA 3 RESUMO A consistência é um aspecto funcional importante das gorduras plásticas, que são misturas de cristais de gordura sólida e óleo líquido. A relação entre as duas fases e o caracter cristalino da fase sólida determinam a consistência e a firmeza das amostras. O objetivo do trabalho foi determinar a consistência de duas gorduras vegetais hidrogenadas e suas misturas binárias e ternárias, com a presença ou não de óleo de soja, a partir dos resultados do analisador de textura (TA XT2), variando as profundidades de penetração e o ângulo dos cones. Aplicou-se um modelo de regressão múltipla, do tipo cúbico especial para as misturas de óleo e gorduras, utilizando o aplicativo MIXPLOT para a construção de diagrama triangular. A força de compressão variou de 0,0080 a 5,459 kg, dependendo da amostra e da profundidade de penetração do cone. Para os cones de ângulos 30, 40 e 45º, as consistências foram todas estatisticamente semelhantes, a p< 0,05. Para algumas amostras, os resultados empregando o cone de 20º foram estatisticamente diferentes. Tais diferenças de resultados podem ser justificadas pelo fato da geometria do cone de 20º ser diferente, em função do truncamento de sua ponta. A análise do diagrama triangular mostra que o componente óleo de soja não contribuiu estatisticamente para a consistência. Os coeficientes relativos às interações foram sempre negativos, demonstrando efeito antagônico para a

2 consistência, característico das interações eutéticas entre gorduras. Este efeito eutético ocorre devido à incompatibilidade no estado sólido entre os componentes da mistura. Palavras-chave: consistência; gordura hidrogenada; mistura eutética. SUMMARY CONSISTENCY OF HYDROGENATED FATS AND SOYBEAN OIL BLENDS. Consistency is an important functional aspect of plastic fats, that are a dispersion of fat crystals in liquid oil. The relationship between the two phases and the crystalline character of the solid phase determine the consistency and the firmness of the samples. The aim of this study was to determine the yield value of two hydrogenated vegetable fats and its binary and ternary mixtures, with the presence or not of soybean oil, from the results of the texture analyser (TA XT2), varying the penetration depths and the angle of the cones. A multiple regression model was applied (special cubic type) to mixtures, using a software MIXPLOT for construction of triangular diagram. The compression force varied between and kg, depending on the sample and on the penetration depth of the cone. For cones of angles 30, 40 and 45, consistencies were statistically similar, at p <0,05. For some samples, the results using the cone of 20 were statistically differents. Such differences can be justified by the geometry of cone of 20 to be different, in function of the flat tip of the cone. Results showed that soybean oil didn't contribute statistically to the consistency. The relative coefficients of the interactions were always negative, demonstrating antagonic effect for the consistency, characteristic of eutectic interactions among fats. This effect is due to the incompatibility in solid state among the components of mixture. Keywords: consistency; hydrogenated fat; eutectic mixture.

3 1 INTRODUÇÃO A consistência é um aspecto funcional importante das gorduras plásticas, que são misturas de cristais de gorduras sólida e óleo líquido. A relação entre as duas fases e o caracter cristalino da fase sólida determinam a consistência e a firmeza das amostras. Os cristais de gordura formam uma rede tridimensional, que comunica plasticidade ao material. Um material viscoso, ao contrário de um plástico, deforma sob a mais leve tensão e, assim sendo, a viscosidade é uma medida de sua consistência. Um material plástico absorve limitadas tensões elasticamente antes de se deformar permanentemente, portanto, um plástico não deforma sob seu próprio peso, mas pode ser moldado sob forças apropriadas. A tensão absorvida antes da deformação permanente é chamada "yield value", podendo ser expresso em g/cm 2 [4, 7]. A consistência de gorduras é influenciada por diversos fatores. Entre eles, os principais são: proporção de sólidos na gordura; número, tamanho e tipo de cristais; viscosidade do líquido; tratamento pela temperatura; trabalho mecânico [7, 17]. A consistência de gorduras é influenciada pelo conteúdo de gordura sólida do material. DEMAN & BEERS [7] e GIOIELLI [8] efetuaram uma relação entre a consistência e o conteúdo de gordura sólida. Quando a proporção de gordura no estado sólido é maior que cerca de 10%, o óleo líquido é imobilizado pela matriz cristalina, tornando a gordura plástica [13]. A relação entre conteúdo de gordura sólida e consistência é sempre direta, mas não necessariamente linear [8, 10, 14, 15]. HAYAKAWA & DEMAN [12] apresentaram uma revisão sobre os métodos de conversão da profundidade de penetração de um cone em um parâmetro independente do peso e do tipo de cone, como o "yield value", visando expressar a consistência de gorduras. A medida da consistência pode ser executada de diversas maneiras: teste simples e rápido para controle de qualidade; métodos de análise sensorial; análises com aparelhos sofisticados que mostrem a relação entre "stress strain" e tempo [5]. HAIGHTON [9] relatou que a dureza de gorduras, margarinas e similares era medida através de vários tipos de instrumentos, mas os resultados obtidos não eram diretamente comparáveis, levando-se muito tempo para correlacioná-los. As propriedades reológicas como viscosidade, consistência e módulos elásticos eram obtidas com tais análises. Optou-se pela medida da consistência, com o penetrômetro de cone, sendo proposta uma equação

4 independente do peso e do tipo de cone, que convertesse os dados de penetração em um parâmetro que denominou-se "yield value". O método Cc da AOCS [1] para medida da consistência através de penetrometria, é aplicável a gorduras plásticas, emulsões com gorduras sólidas como margarinas, manteiga, "shortenings" e produtos similares. É uma medida arbitrária da firmeza de gorduras plásticas, obtida através da distância percorrida na penetração de cone de 20º truncado num certo período de tempo com velocidade constante. O objetivo do trabalho foi determinar a consistência de gorduras vegetais hidrogenadas e suas misturas binárias e ternárias, com a presença ou não de óleo de soja, a partir dos resultados do analisador de textura (TA XT2), variando as profundidades de penetração e o ângulo dos cones. 2 MATERIAIS E MÉTODOS 2.1 Materiais Foram utilizados duas gorduras hidrogenadas comerciais (Fatgill PF38 e Fatgill PF42) e um óleo de soja refinado (Liza), para o preparo das misturas em proporções estabelecidas na Tabela 1. TABELA 1. Planejamento experimental das misturas de gorduras hidrogenadas e de óleo de soja Amostra (n o ) Componentes (proporção) x1 x2 x /2 ½ 0 5 1/2 0 1/2 6 0 ½ 1/2

5 7 1/3 1/3 1/3 8 2/3 1/6 1/6 9 1/6 2/3 1/6 10 1/6 1/6 2/3 x1=óleo de soja refinado LIZA x2=gordura vegetal hidrogenada FATGILL PF38 x3=gordura vegetal hidrogenada FATGILL PF Análise de consistência As amostras foram aquecidas à temperatura de C em forno de microondas para completa fusão dos cristais, e acondicionadas em béqueres de 250 ml. O condicionamento foi efetuado por 24 horas em geladeira comum (5-8 C) e em seguida por 24 horas em estufa com temperatura controlada (20 C). A análise foi efetuada através de teste de penetração com cones de acrílico de ângulo 20 (truncado), 30, 40 e 45, em analisador de textura TA-XT2 da Stable Micro Systems, controlado por microcomputador. Os testes foram conduzidos nas seguintes condições: Determinação da força em compressão; Retorno ao início; Distâncias: 5, 10, 15 mm; Velocidade: 1,0 mm/s para 5 mm; 2,0 mm/s para 10 mm; 3,0 mm/s para 15 mm; Tempo: 5s; Triplicata: em três pontos diferentes para cada amostra. 2.3 Consistência Para realizar a conversão dos dados de penetração em um parâmetro independente do peso e do tipo de cone, foi utilizada a equação proposta por HAIGHTON [9], para o cálculo do "yield value": C = K. W / p 1,6 (1) onde: C = "yield value", em g/cm 2 K = fator que depende do ângulo do cone (para os ângulos de 20, 30, 40 e 45, K é igual a , 9.670, e 4.700, respectivamente) W = peso total do sistema, em g (para penetrômetro de cone) p = profundidade de penetração, em 0,1 mm 2.4 Diagrama triangular

6 Aplicou-se um modelo de regressão múltipla, do tipo cúbico especial (11), para as misturas de óleo e gorduras, representado pela seguinte equação: y = β 1 x 1 + β 2 x 2 + β 3 x 3 + β 12 x 1 x 2 + β 13 x 1 x 3 + β 23 x 2 x 3 + β 123 x 1 x 2 x 3 (2) onde: y = resposta β = coeficientes gerados por regressão múltipla x = proporção dos componentes (Tabela 1) Utilizou-se, ainda, o aplicativo Statgraphics versão 2.6, que gerou os coeficientes para o modelo, além de apresentar seus níveis de significância, coeficientes de determinação e análise de variância. O diagrama triangular foi construído utilizando o aplicativo MIXPLOT [2]. 3 RESULTADOS E DISCUSSÃO As Tabelas 2 a 5 apresentam a força de compressão (média de 3 valores), incluindo o desvio padrão e os coeficientes de variação, em função da profundidade percorrida pelos diversos tipos de cone a 20 C. Tais resultados foram obtidos através da análise com o aparelho de textura TA- XT2, onde a força de compressão foi tomada como força máxima, ou seja, o pico da curva de cada amostra, correspondendo ao tempo de 5s. TABELA 2. Força de compressão (kg), desvio padrão e coeficiente de variação das amostras utilizando cone 20 para as três profundidades de penetração Distância (mm) amostra (n) média ± dp CV (%) média ± dp CV média ± dp CV (%) (%) 2 0,1260± 0,0087 6,92 0,2533± 0,0219 8,63 0,3910± 0, ,8603± 0,0495 5,75 1,2907± 0,0967 7,49 2,0050± 0, ,0105± 0, ,49 0,0160± 0, ,24 0,0200± 0,0020 3,44 4,37 10,00

7 5 0,0903± 0,0032 3,56 0,1673± 0, ,96 0,2737± 0, ,3647± 0,0055 1,51 0,4837± 0, ,72 1,0747± 0, ,1003± 0, ,96 0,2487± 0,0193 7,78 0,3093± 0, ,0113± 0,0006 5,09 0,0183± 0, ,73 0,0270± 0, ,1010± 0,0010 0,99 0,2127± 0, ,77 0,3703± 0, ,3060± 0, ,11 0,7443± 0,0621 8,34 1,0897± 0,2144 6,78 27,24 2,15 7,41 14,90 19,67 TABELA 3. Força de compressão (kg), desvio padrão e coeficiente de variação das amostras utilizando cone 30 para as três profundidades de penetração Distância (mm) amostra (n) média ± dp CV (%) média ± dp CV média ± dp (%) CV (%) 2 0,1033± 0,0100 9,69 0,2480± 0, ,5287± 0,0126 2,38 1,7103± 0, ,0110± 0,0010 9,09 0,0217± 0, ,0723± 0,0040 5,59 0,2067± 0, ,62 0,4533± 0,0465 7,06 2,3917± 0,1860 9,61 0,0273± 0,0110 1,70 0,3037± 0, ,26 7,78 40,30 16,86

8 6 0,2760± 0,0099 3,57 0,7657± 0, ,0747± 0,0050 6,74 0,2507± 0, ,0080± 0, ,65 0,0197± 0, ,0780± 0,0030 3,85 0,2757± 0, ,2227± 0,0101 4,54 0,7327± 0, ,21 1,1847± 0, ,33 0,4077± 0,0307 7,77 0,0313± 0,0047 4,93 0,3617± 0,0217 1,91 1,1027± 0,1210 8,10 7,54 15,08 6,01 10,98 TABELA 4. Força de compressão (kg), desvio padrão e coeficiente de variação das amostras utilizando cone 40 para as três profundidades de penetração Distância (mm) amostra (n) média ± dp CV (%) média ± dp CV (%) média ± dp CV (%) 2 0,1375± 0, ,15 0,4323± 0,0172 3,98 0,5973± 0,0535 8,96 3 0,8143± 0, ,28 2,3017± 0,0457 1,98 3,7710± 0, ,31 4 0,0163± 0,0006 3,54 0,0230± 0,0017 7,53 0,0320± 0,0027 8,27 5 0,1087± 0,0060 5,55 0,2700± 0, ,40 0,4883± 0, ,85 6 0,4033± 0,0364 9,02 1,1170± 0, ,14 1,8447± 0, ,60 7 0,1260± 0,0070 5,56 0,3353± 0, ,41 0,4697± 0, ,29 8 0,0137± 0, ,18 0,0283± 0,0025 8,88 0,0267± 0, ,61 9 0,1110± 0,0040 3,60 0,4020± 0,0121 3,02 0,3965± 0, ,00

9 10 0,4070± 0,0305 7,48 0,8123± 0, ,40 1,3835± 0,0587 4,24 TABELA 5. Força de compressão (kg), desvio padrão e coeficiente de variação das amostras utilizando cone 45 para as três profundidades de penetração Distância (mm) amostra (n) média ± dp CV (%) média ± dp CV (%) média ± dp CV (%) 2 0,1440± 0,0053 3,68 0,4467± 0,0300 6,71 0,7453± 0, ,0223± 0, ,41 2,6298± 0, ,48 5,4590± 0, ,0173± 0, ,65 0,0437± 0,0023 5,29 0,0660± 0, ,1203± 0,0101 8,37 0,3220± 0, ,93 0,3513± 0, ,4250± 0,0159 3,74 1,2553± 0,0035 0,28 2,4403± 0, ,1243± 0,0123 9,93 0,4467± 0,0396 8,86 0,6737± 0, ,0163± 0, ,67 0,0403± 0,0035 8,71 0,0283± 0, ,1337± 0,0031 2,29 0,4303± 0, ,91 0,6600± 0, ,4373± 0, ,99 1,3740± 0,0636 4,63 2,0563± 0, ,71 17,26 14,45 18,15 11,04 16,93 8,15 27,48 13,98 A força de compressão para a profundidade de penetração de 5mm, variou

10 de 0,0080 (amostra 8, cone 30 ) a 1,0223 kg (amostra 3, cone 45 ). Para 10mm de profundidade, a força de compressão variou entre 0,0160 (amostra 4, cone 20 ) e 2,6298 kg (amostra 3, cone 45 ). A 15mm de penetração a força de compressão variou entre 0,020 (amostra 4, cone 20 ) e 5,459 kg (amostra 3, cone 45 ). Para 55,6% das amostras analisadas o coeficiente de variação foi inferior a 10%. As Figuras 1, 2 e 3 representam a variação da força de compressão em relação ao ângulo do cone para as 3 profundidades de penetração. FIGURA 1. Força de compressão aplicada às amostras em função do ângulo do cone, para a profundidade de penetração de 5 mm

11 FIGURA 2. Força de compressão aplicada às amostras em função do ângulo do cone, para a profundidade de penetração de 10 mm FIGURA 3. Força de compressão aplicada às amostras em função do ângulo do cone, para a profundidade de penetração de 15 mm Aumentando-se o ângulo do cone, esperava-se que a força variasse nesta mesma proporção. Analisando a Figura 1, para profundidade de 5mm, observa-se que a força de compressão para o cone 20 truncado é maior, quando comparada ao resultado do cone 30, sendo mais evidente para as amostras 3 e 6. Tal fato pode ser explicado pelo formato do cone de 20, visto que a parte truncada faz com que a área para penetração seja maior,

12 necessitando de maior força. HAYAKAWA & DEMAN [12] utilizaram uma equação que considera o raio da ponta plana do cone na determinação da dureza de gorduras. A força de compressão aumentou com a variação do ângulo do cone, como observado nas Figuras 2 e 3. Nestes casos o efeito do truncamento do cone de 20 não é tão significativo, em relação à maior profundidade de penetração. As Tabelas 6 a 8 apresentam a consistência das amostras, calculada como "yield value" em g/cm 2 para os diversos cones e profundidades a 20ºC. Para os cones de ângulos 30, 40 e 45º, as consistências calculadas segundo a equação proposta por HAIGHTON [9] foram todas estatisticamente semelhantes, a p <0,05, para cada amostra. Para algumas amostras, os resultados empregando o cone de 20º foram estatisticamente diferentes. Isto pode ser justificado pelo fato da geometria do cone de 20º ser diferente, em função do truncamento de sua ponta. Como conseqüência os valores de consistência, quando utilizado este cone, foram sempre superiores para todas as profundidades de penetração. TABELA 6. Consistência das amostras a 5 mm Consistência (g/cm 2 ) cone20 cone30 cone40 cone45 amostra (n o ) ,84 b 1911,05 a 1535,88 a 1294,56 a ,30 a 9780,95 a 9095,73 a 9190,48 a 4 381,57 a 203,50 a 182,07 a 155,53 a ,50 b 1337,55 ab 1214,18 a 1081,50 a ,20 a 5106,00 a 4504,86 a 3820,75 a ,90 b 1381,95 a 1407,42 a 1117,46 a 8 410,64 a 148,00 a 153,03 a 146,54 a

13 9 3670,34 b 1443,00 a 1239,87 a 1201,96 a ,04 b 4119,95 a 4546,19 a 3931,33 a Letras iguais na mesma linha representam valores estatisticamente semelhantes a p<0,05 TABELA 7. Consistência das amostras a 10 mm Consistência (g/cm 2 ) cone20 cone30 cone40 cone45 Amostra (n o ) ,07 b 1512,80 a 1595,19 a 1326,70 a ,49 a 10432,83 a 8493,27 a 7810,51 a 4 191,84 a 132,37 a 84,87 a 129,79 a ,93 b 1260,87 ab 996,30 a 956,34 a ,56 a 4670,77 a 4121,73 a 3728,24 a ,91 b 1529,27 a 1237,26 a 1326,70 a 8 219,42 a 120,17 a 104,43 a 119,69 a ,27 b 1681,77 a 1483,38 a 1277,99 a ,16 b 4469,47 a 2997,39 a 4080,78 a Letras iguais na mesma linha representam valores estatisticamente semelhantes a p<0,05 TABELA 8. Consistência das amostras a 15 mm Consistência (g/cm 2 )

14 cone20 cone30 cone40 cone45 amostra (n o ) ,57 b 1446,03 a 1152,79 a 1155,22 a ,35 a 7629,52 a 7278,03 a 8461,45 a 4 125,40 a 87,09 a 61,76 a 102,30 a ,10 b 968,80 ab 942,42 a 544,52 a ,37 a 3779,19 a 3560,27 a 3782,47 a ,31 b 1300,56 a 906,52 a 1044,24 a 8 169,29 a 99,85 a 51,53 a 43,87 a ,78 b 1153,82 a 765,25 a 1023,00 a ,42 b 3517,61 a 2670,16 a 3187,27 a Letras iguais na mesma linha representam valores estatisticamente semelhantes a p<0,05 As gorduras comportam-se como sólidos rígidos até que o stress de deformação exceda o "yield value", quando começam a fluir como um líquido viscoso [7]. É possível comparar as gorduras em função da propriedade subjetiva de espalhabilidade, usando critérios estabelecidos por HAIGHTON [9], desde muito macias, quase fluidas até muito duras. Alguns parâmetros importantes para a qualidade de margarinas, como consistência e espalhabilidade, são intimamente associados com suas propriedades de fluxo [6, 8, 18]. DEMAN et al. [3] relataram que a espalhabilidade de margarinas e manteigas é um aspecto importante para a aceitabilidade destes produtos pelo consumidor. A espalhabilidade é uma propriedade física e resulta do fato que estes produtos consistem de uma dispersão de cristais de gordura sólida em óleo líquido. Sendo altamente relacionada a dureza, a maioria dos métodos de determinação da espalhabilidade mede a resistência à deformação. Utilizando um painel de análise sensorial com provadores

15 treinados, solicitados a espalhar manteiga ou margarina com uma faca em biscoitos, os autores concluíram que a consistência na faixa de 125 a 500 g/cm 2 geralmente resultava em espalhabilidade considerada ideal. A 5 C, as consistências de margarinas duras e manteigas muito duras variava de 740 a 815 g/cm 2, já as margarinas cremosas apresentavam boa espalhabilidade, com consistência entre 250 e 500 g/cm 2. Por outro lado, a 20 e 25 C tais margarinas mostravam consistência abaixo de 100 g/cm 2 e eram julgadas muito macias. MARTINS et al. [16] determinaram a consistência de 24 marcas de manteigas brasileiras, em comparação com 4 marcas de margarinas. O "yield value" das manteigas variou entre 1620 e 5587 g/cm 2 à temperatura de 13 C, enquanto as margarinas oscilaram entre 616 e 2066 g/cm 2 à mesma temperatura. Agrupando os critérios de HAIGHTON [9] e DEMAN et al. [3], pode se considerar a espalhabilidade mais satisfatória para consistências variando entre 125 e 800 g/cm 2. As amostras 4 e 8, foram as que mais se aproximaram desta faixa de variação. A Figura 4 apresenta o diagrama triangular para a consistência média (em kg/cm 2 ) das amostras, obtida com os cones de 30, 40 e 45 e profundidades de 5, 10 e 15 mm. A equação obtida por regressão múltipla, relacionando a consistência com a proporção de componentes das amostras foi a seguinte: Y = 1,42x 2 + 8,60x 3 13,24x 1 x 3 3,97x 2 x 3 (3)

16 FIGURA 4. Diagrama triangular para a consistência média (em kg/cm 2 ) das amostra Observa-se que o componente 1 (óleo de soja) não contribuiu estatisticamente para a consistência. As interações significativas foram entre os componentes 1 e 3 e 2 e 3. Os coeficientes relativos às interações foram sempre negativos, demonstrando um efeito antagônico para a consistência, característico das interações eutéticas entre gorduras. Este efeito eutético ocorre devido à incompatibilidade no estado sólido entre os componentes da mistura. 4 CONCLUSÕES Para os cones de ângulos 30, 40 e 45º, as consistências calculadas segundo a equação proposta por HAIGHTON [9] foram todas estatisticamente semelhantes, a p <0,05, para cada amostra. Observou-se que o óleo de soja não contribuiu estatisticamente para a consistência. As interações

17 significativas foram entre os componentes óleo de soja e gordura Fatgill PF42 e entre as gorduras Fatgill PF38 e Fatgill PF42. Os coeficientes relativos às interações foram sempre negativos, demonstrando um efeito antagônico para a consistência, característico das interações eutéticas entre gorduras. 5 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS [1] AMERICAN OIL CHEMISTS SOCIETY Official methods and recommended practices of the AOCS. 4. ed. Champaign, [2] BARROS NETO, B., SCARMINIO, I.S., BRUNS, R.E. - Planejamento e otimização de experimentos. Campinas:UNICAMP, a ed. p [3] DEMAN, J.M., DOBBS, J.E., SHERMAN, P. Spreability of butter and margarine. In: SHERMAN, P., ed. Food texture and rheology. London: Academic Press, p [4] DEMAN, J.M., DEMAN, L., BLACKMAN, B. - Melting point determination of fat products. J. Am. Oil Chem. Soc., Champaign, v.60, n.1, p.91-94, [5] DEMAN, J.M. Consistency of fats: A Review. J. Am. Oil Chem. Soc., Champaign, v.60, n.1, p.82-87, 1983 ª. [6] DEMAN, J.M., GRUPTA, S., KLOCK, M.,TIMBERS, G.E. Viscoelastic properties of plastic fat products. J. Am. Oil Chem. Soc., Champaign, v.62, n.12, p , [7] DEMAN, J.M., BEERS, A.M. - Fat crystal networks: structure and rheological properties. J. Texture Stud., Westport, v.18, n.4, p , [8] GIOIELLI, L.A. - Misturas binárias e ternárias de gorduras hidrogenadas na formulação de margarinas. São Paulo, p. [Tese de Livre Docência - FCF/USP]. [9] HAIGHTON, A.J. - The measurement of the hardness of margarine and fats with cone penetrometers. J. Am. Oil Chem. Soc., Champaign, v.36, n.8, p , [10] HAIGHTON, A.J. - Blending, chilling, and tempering of margarines and shortenings. J. Am. Oil Chem. Soc., Champaign, v.53, n.6, p , [11] HARE, L.B. - Mixture designs applied to food formulation. Food Technol., Chicago, v.28, n.3, p.50-62, [12] HAYAKAWA, M., DEMAN, J.M. Interpretation of cone penetrometer consistency measurements of fats. J. Texture Stud., Westport,

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