segunda-feira, 30 de abril de 2012

Panorama despretensioso sobre Amidos - linhas gerais.


Um vez um profissional que trabalhou comigo comentou que amido era um mundo à parte e que, portanto, exigiria bastante de uma profissional dizer que entende desta área. Concordo com ele, mas também acredito que o Brasil dispõe de um grande número de especialistas. Eu não me encaixo neste nobre grupo, mas tenho uma base.
Novos projetos estão surgindo na empresa que trabalho e, por isso, decidi escrever um pouco, assim aproveito para me reciclar, reaprendendo o que já vi e li a respeito, sem deixar de adquirir novos conhecimentos.
Os Amidos vêm de diversas fontes, sendo a  mais importante o milho, que pode ser nativo ou modificado. Essa última forma se dá através de processos químicos e físicos,  largamente encontrados na natureza e com diversas funcionalidades nas indústrias de alimentos processados.

Figura 1: Aparência microscópicas das principais fontes 

Apenas pincelando um pouco de sua história, temos os primeiros registros de amidos aplicados em indústrias de alimentos  na região que hoje se encontra a  Alemanha, em 1830. Foram adoçantes extraídos de hidrólise ácida de amido de batata para realçar vinhos e na mesma Alemanha em panificação em 1890. Seguindo um pouco mais, em 1918 empresas inglesas começaram aplicar em cervejarias e em 1930, a companhia norte-americana Kraft, passou a usá-lo na produção de maioneses e molhos de salada. Podemos considerar o nascimento dos amidos modificados a patente alcançada pelo Sr. Kerr nos Estados Unidos em 1950, pelo processo de ligações cruzadas que descreverei mais tarde.
Já no âmbito universal como alimento, a primeira menção foi no século 1 desta  era, pelo médico  grego Celsus, que o designou como refeição saudável e completa.
Em 1995, 1/3 de amidos e suas derivações da indústria americana já eram usados nas indústrias de alimentos com uma participação de 95% de milho, o que representou um crescimento de 1000% do consumo comparado com a década de 50. Já na Europa em 1989, 55% do amido produzido era destinado a alimentos, mas de uma forma mais diversificada, sendo 60% milho, 20% batata e 20% trigo.
Os amidos são constituídos por duas formas moleculares interligadas, a Amilose, que é linear, e a Amilopectina, que é ramificada, sendo preponderante esta última, variando de  5-26% : 74-95% e tendo a  fonte de Amido Ceroso a que mais predomina a Amilopectina, na variação de 5:95%.

                     
Figura 2: Moléculas do amido                                                   


Grânulo
Milho Comum
Milho Ceroso
Batata
Trigo
Arroz
Mandioca
Proporção Amilose/ Amilopectina
26:74
5:95
22:78
25:75
17:83
17:83
Temperatura Gelatinização (°C)
62-74
63-72
56-69
52-64
61-78
52-64
Tamanho partícula (µm)
5-25
5-25
15-100
2-35
3-8
5-35
Viscosidade da pasta
média
média-alta
muito alta
média-baixa
média-baixa
alta
Aparência Gel
Firme e levemente opaco

-----
Pastoso e
transparente
Suave e levemente opaco

-----
Suave e transparente
Estabilidade da pasta:






Congelamento/
descongelamento
baixa
média
baixa
baixa
baixa
baixa
Acidez
baixa
baixa
muito baixa
média
baixa
baixa
Cisalhamento
média-alta
média-baixa
média-alta
média-alta
média
média-baixa


Tabela 1: Principais propriedades dos amidos nativos


Grânulo
Milho Comum
Trigo
Batata
Umidade %
7-23
14-17
63-87
Amido %
64-78
57-60
0.8-30
Proteína %
8-14
9-11
0.7-4.7
Fibra %
1.8-3.9
2-2.5
1.6

Tabela 2: Composição dos amidos nativos

O processamento do amido de milho nativo começa com o grão. Após a retirada da casca,  ele é lavado com Dióxido de Enxofre e água, quando então se separa o gérmen, mói, inicia-se o processo de secagem e, após modificações, ele se transforma em uma pasta. Desta pasta são produzidos maltodextrinas, dextrinas, amidos alimentícios e amidos industriais.
Os Amidos nativos são usados em muitos alimentos como agentes espessantes e gelificantes onde a característica retrogradação , opacidade e mudanças na textura não são limitantes. Quando performance técnicas mais complexas e versáteis são exigidas, modificações químicas e físicas se mostram necessárias para atingir os objetivos. Importante salientar que referidas modificações permitem aos amidos conservarem a aparência desejável nos alimentos, além de suportarem condições de processos adversas, transporte e armazenagem, entre outras coisas.


Função
Alimentos


Adesiva
Batters e panificados
Agente Ligante
Carnes e condimentos
Agente de Densidade
Bebidas
Crocância
Produtos fritos ou assados e snacks
Empanamento
Drageados, batters  e panificados
Emulsificante
Bebidas, molhos de salada  e aromas líquidos
Encapsulamento
Aromas em pó
Expansão
Snacks e cereais
Substituto de Gorduras
Sorvetes, molhos de saladas, maionese, recheios  e produtos espalháveis
Formação Espuma
Marshmallows
Gelificante
Balas de Goma, geléias e recheios.
Transitor Vítreo
Confeitaria em geral
Retenção de Umidade
Bolos e produtos cárnicos
Espessante
Molhos em geral, maionese, recheios e sopas

Tabela 3: Principais funções dos amidos nas indústrias de alimentos


Modificações Químicas 

As Ligações Cruzadas são a primeira modificação química aplicada aos amidos nas indústrias, no final dos anos 40. Juntamente com o uso de  reagentes, trouxe aos amidos uma maior estabilidade a meios ácidos, temperatura e cisalhamento.
As Substituições Simples de Grupos teve como primeiro resultado a acetilação,  em meados da década de 50, e depois, uma outra substituição também importante que surgiu no início dos anos 70, a hidroxipopilação. Seguiu-se a substituição com ésteres  de monofosfato. Estas 3 primeiras substituições interferem na retrogradação dos amidos, baixam as temperaturas de hidratação, dão mais transparência, reduzem a velocidade da formação de géis, melhoram propriedades de congelamento e descongelamento, seguram mais água nos alimentos e ajudam na estabilidade à mudanças bruscas de temperatura, entre outras propriedades  e, muitas vezes, associam suas modificações com ligações cruzadas nos mesmos amidos.
Já a quarta importante substituição é a chamada OS ou octenilsuccinato que confere à molécula um efeito emulsificante.
É importante mencionar que os amidos com modificação OS são provenientes de amidos cerosos que possuem em sua estrutura quase a totalidade de Amilopectina e, por esta razão não formam gel, que é característico da Amilose, em razão da sua linearidade e capacidade de se reorganizar em blocos.
A Dextrinização, que é outra conhecida modificação química dos amidos, é obtida pelo aquecimento do amido em pó, com ou sem a ajuda de ácidos, diminuindo seu peso molecular e força de gel. Tem como principais aplicações a função de agente selante em confeitos para não permitir que o açúcar se desprenda do centro do confeito e migre para o exterior, encapsulamento de aromas na forma de pó e, ainda, a retenção da umidade em produtos empanados que necessitam suportar altas temperaturas no momento da fritura.
Já a modificação chamada de Oxidação,  nome que vem do tratamento com oxidantes a que os amidos são submetidos,  reduzem a tendência da Amilose de se reassociar e enfraquecem a retrogradação. Muito usada em produtos nos quais uma viscosidade moderada e gel suave são necessários.
Por último, mas não menos importante, vem a Hidrólise Ácida dos amidos, que corresponde a um tratamento do amido com ácido, como o próprio nome diz, e que leva a molécula a uma hidrólise parcial e, como consequência natural, a uma cadeia mais curta. É muito usado em combinação com outros hidrocolóides, principalmente no controle da velocidade de formação de géis um pouco mais rígidos.


Modificação Química
Efeitos


Ligações Cruzadas
Viscosidade estável em processos de temperatura, acidez e cisalhamento agressivos
Substituições
Estabilidade em baixas temperaturas, redução de temperatura para formação de gel em produtos com pouca umidade e propriedades emulsificantes.
Hidrólise Ácida
Redução da temperatura de hidratação e melhoria do gel
Oxidação
Melhora adesão em batters
Dextrinização
Emulsificação,  redução de  viscosidade, formação de filmes e ajuda o processo secagem de aromas.

Tabela 4: Principais melhorias dos amidos através das modificações químicas

                                                
                                                            Modificações Físicas

Para que os amidos passem a ter habilidade de hidratar e formar sua pasta a frio, mudanças físicas são necessárias para alcançar este resultado. Um dos processos consiste em aquecer a pasta do amido em tambores de secagem, que é um conhecido exemplo, a uma temperatura acima de seu ponto de  pré-gelatinização, seguido de uma rápida secagem antes que as moléculas dispersas se reassociem ou mesmo passem pela retrogradação. Pré-gelatinização ( ou Amido pré-cozido) é usada tanto em amidos nativos como modificados quimicamente. Também se usa o processo de extrusão, mas apenas em amidos que não tem viscosidade muito alta, porque iria prejudicar a textura do resultado final, devido a sua agressividade.
A capacidade de hidratação dos Amidos também se dá através de seu pré-cozimento, para que inchem ou para que hidratem completamente suas moléculas e se espessem em contato com a água, sem a necessidade de exposição a altas temperaturas, e são popularmente conhecidos como Instantâneos. Uma aplicação bem conhecida  é o "pudim instantâneo" e tem como objetivos facilitar a sua aplicação, além de economizar energia e proteger seus aromas, pois não passam por tratamento agressivo de calor. Molhos de Salada com baixo teor de gordura seriam outra aplicação tradicional, como os recheios  com alto teor de sólidos, recheios de panificação e misturas em pó. 
Os já mencionados "Amidos Instantâneos" tendem a formar grumos se adicionados diretamente na água fria e, por isso, uma pré- mistura com outros ingredientes em pó, principalmente açúcar e sal é recomendada para evitar este problema.
Outra importante mudança física aplicada em amidos é a Aglomeração através do processo de spray-drying, deixando-o com uma partícula mais grossa, facilitando a hidratação. Isso é exigido  quando não há uma agitação adequada na linha de produção, que resulta na formação de grumos, geralmente associada a amidos muito finos que sofreram secagem por tambor. Também no processo de secagem por spray encontramos os Amidos Granulados ou CWS (cold-water-swelling), que são pré-hidratados com moléculas de água e têm a sua solubilidade muito favorecida em contato com água fria.


Interações com outros Ingredientes

1) pH

O pH da maioria dos alimentos fica na faixa de 4-7 e entre essa variação há pouco efeito da viscosidade dos amidos durante o aquecimento. Molhos de saladas, recheios de frutas e outros alimentos podem ter  pH 3 ou mesmo um pouco abaixo. Tal pH pode acelerar  o intumescimento das moléculas do amido e a sua ruptura, podendo causar a hidrólise das ligações glicosídicas se à temperaturas elevadas como, por exemplo, recheios de frutas quando são assados. Um alto nível de modificação de cadeias cruzadas pode compensar o efeito desse excesso de acidez do produto, permitindo a hidrólise durante o aquecimento e aumentando a viscosidade do recheio de frutas  apenas no final do cozimento.

2) Sais

Alguns amidos, como os de batata, são aniônicos e sensíveis à presença  de íons, podendo ter sua viscosidade reduzida em formulações com alto teor de sais e, portanto, conclui-se que cátions podem interromper ligações eletrostáticas de alguns amidos dentro do grânulo.

3) Açúcares

Soluções hidrofílicas como sacarose, glucose e xarope de glucose competem por água em formulações alimentícias e podem atrasar o intumescimento dos amidos, se presentes em grandes quantidades. Açúcares e oligossacarídeos influenciam no ponto de gelatinização em relação ao seu impacto na atividade de água do produto. Adicionar parte dos açúcares depois que os amidos forem cozidos e hidratados, pode ser necessário.

4) Lipídios e emulsificantes

Gorduras e emulsificantes afetam a pasta do amido e a sua viscosidade modificando a sua textura. Este efeito é físico e típico da misturas dos ingredientes, mas também pode haver interação química entre eles porque as grandes moléculas dos lipídios e emulsificantes, sob determinadas condições, interferem na hidratação dos amidos, bloqueando-os e impedindo  o seu inchamento com água.

5) Proteínas
Proteínas também disputam água, atrasando a hidratação dos amidos, mas também interagem em alguns casos de uma forma complexa e somatória. Quando se aquecem proteínas lácteas e certos amidos juntos, o ganho de viscosidade é maior do que eles fossem cozidos separadamente.
6) Outros Hidrocolóides
O ganho de textura proveniente do sinergismo entre amidos e hidrocolóides é largamente conhecido e aplicado nas indústrias de alimentos processados, melhorando as propriedades de fluidez, fortalecendo redes tixotrópicas, reduzindo custos de produção, entre outras importantes vantagens.
Um aplicação bem conhecida é a Carragena e amidos em sobremesas lácteas refrigeradas.

7) Voláteis

Amidos através de formação de textura e rede protegem os aromas do risco de volatilização em  uma formulação,  estabilizando-os fisicamente.

Amidos Resistentes


O reconhecimento científico que alguns amidos não são digeridos nem absorvidos no intestino delgado, tem trazido interesse mercadológico  as frações de amidos não digestíveis e o seu potencial para explorar propriedades saudáveis similares as quais a fibras dietéticas  oferecem para o intestino grosso.
Amidos resistentes não são digeridos pelas enzimas pancreáticas no intestino delgado,  alcançando o cólon, aonde proporcionam  benefícios como por exemplo, crescimento de bactérias probióticas.
Sendo uma fibra natural, é utilizado principalmente em produtos de panificação e massa, auxiliando na textura e contribuindo com o teor nutricional.
Outra destacada aplicação é na redução da quantidade de óleo em snacks fritos, o que resulta na redução das calorias.

Glossário

1) Birrefringência 

A birrefringência é a formação de dupla refração apresentada por certos cristais intimamente ligada com a velocidade e direção de propagação da luz óptica.
Os grânulos de amido apresentam birrefringência quando observados em microscópio óptico sob luz polarizada, o que indica um certo grau de organização molecular.

2) Gelatinização

O aquecimento de suspensões de amido em excesso de água (> 60%) causa uma transição irreversível denominada gelatinização. O inchamento dos grânulos e a concomitante solubilização da amilose e amilopectina induzem a gradual perda da integridade granular e da birrefringência com a geração de uma pasta viscosa .

3) Pasta do amido

Pasta viscosa resultante do fenômeno que segue a gelatinização na dissolução completa do amido em água.

4) Retrogradação

A retrogradação  é o processo que ocorre quando as moléculas de amido gelatinizadas começam a se reassociar favorecendo uma estrutura mais ordenada. Sob condições favoráveis, esta estrutura ordenada pode se desenvolver em forma cristalina.
O nome retrogradação é dado porque o amido volta à sua condição de insolubilidade em água fria. É freqüente em pastas de amido envelhecidas. Considera-se que a retrogradação se origina da tendência das moléculas ou de grupos de moléculas de amido dissolvido se unirem umas às outras, através de pontes de hidrogênio, dando formação a partículas de maior tamanho.

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