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Interesterificação de Óleos e Gorduras
Laboratório de Óleos e GordurasDTA - FEA - UNICAMP
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Teores de isômeros trans em produtos comerciais
PÃO 2% GORDURA 10-12% transBOLO 11-26 10-24BATATAS FRITAS 7-15 5-35SNACKS 36 14-34
MANTEIGA 82 1-7MARG. DURAS 81 18-36MARG. CREMOSAS 81 0-21
GORD. HIDROG. 99 13-37Fonte: Enig et alii, 1983
Retrospectiva
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TEORES DE ISÔMEROS TRANS EM GORDURAS VEGETAIS HIDROGENADAS AVALIADOS POR DIFERENTES TÉCNICAS
INSTRUMENTAIS
Trabalho tese mestrado Cristiane Hess de Azevedo – 1999, Unicamp, 108 p.Gorduras brasileiras avaliadas por IR(AOCS), IR-Cards, CG- SP-2340 e CG- CP-Sil 88Uso padrões certificados da AOCS (3 níveis trans)Gorduras brasileiras 8 a 39 % trans (Total 34 gorduras brasileiras avaliadas cobrindo todos usos culinários)
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PONTO DE FUSÃO DE ÁCIDOS GRAXOS E SEUS ISÔMEROS
Tam.cadeia
Ácido graxo Ponto de fusão °C
12 12:0 44,2
16 16:0 62,7
18 18:0 69,6
18 9C-18:1 13,2
18 9T-18:1 44
18 9C,12C-18:2 -5
18 9T,12T-18:2 28,5
18 9C,12C,15C-18:3 -11
18 9T,12T,15T-18:3 29,5
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Estimativa consumo em margarinas para
espanhóisConsiderando teor médio de gordura 63,5 % em margarinaConsiderando valor médio das razões de P/S onde S = S + TFA como 1,25 e 1,92 considerando valor médio de TFA = 8,87%
CONCLUE-SE CONSUMO DIÁRIO DE ISÔMEROS TRANS ATRAVÉS DE CONSUMO DE MARGARINA NA ESPANHA COMO:0,2g /PESSOA /DIA
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Processo - MargarinaProcesso - MargarinaFase Lipídica Fase Aquosa
Emulsificação
Resfriamento
Cristalização
Descanso
Embalagem
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IngredientesIngredientes
Óleos Gorduras Naturais Hidrogenadas Transesterificadas e/ou
Fracionadas. Emulsificantes - mono, diglicerídio, ésteres de ácidos graxos. Agentes de Textura - (cremes vegetais) - gelatina, pectina,
gomas. Conservantes - ácido cítrico, ácido láctico, sorbato. Anti-Salpicante - lecitina de soja Flavorizantes - sal, aromas e sabores naturais ou artificiais,
leite fermentado, lactose, soro de leite.
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INTERESTERIFICAÇÃO : DEFINIÇÃO
Interesterificação é o processo de modificação de
óleos e gorduras em que os ácidos graxos
permanecem inalterados, mas são redistribuídos
aleatoriamente nas moléculas glicerídicas,
criando novas estruturas.
ATUALMENTE ESTÁ SUBSTITUINDO A HIDROGENAÇÃO
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OBJETIVOS:modificar composição triglicerídicamodificar o ponto de fusãomodificar o tipo de cristalmodificar o comportamento térmico
altera faixa de plasticidade e capacidade de incorporação de ar
** alternativa para hidrogenação** produção de “shortenings”
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InteresterificaçãoAcidólise
Introdução de um ácido graxo na molécula de triglicerídio.
AlcoóliseEsterificação dos ácidos graxos de um triglicerídio resultando em glicerídios parciais e ésteres de ácidos graxos e um álcool.
TransesterificaçãoRearranjo dos ácidos graxos da molécula do triglicerídio.
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Reações
Alcoólise
RCOOR’ + R”OH RCOOR” + R’OH
Acidólise
RCOOR’ + R”COOH R’COOR” + RCOOH
Transesterificação
RCOOR’ + R”COOR* RCOOR* + R’COOR”
Usado para incorporar EPA e DHA p/melhoria nutricional
Usado para produzir éster metílico (rendi/ >53%) e faz parte deGlicerólise onde se produz MG e DG (teor água Interfere e reação exige muito tempo)
Para produção de novos lipídios
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ÁC. GRAXOS POLINSATURADOS OMEGA 3FONTES ÓLEOS MARINHOS ( 26% são de EPA E DHA)SOJA, CANOLA E LINHAÇA TÊM BAIXOS TEORES E ESTÃO EM ESTÁGIO ANTERIOR PARA ELONGAÇÃO EM RELAÇÃO AOS ÓLEOS MARINHOS (ENZIMA) BAIXAM TEORES DE TRIGLICERÍDEOS NO SANGUEREDUZEM RISCOS DE CHD INTERFERINDO NA AGREGAÇÃO DE PLAQUETASREDUZEM APARECIMENTO DE TUMORES
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ÁCIDOS GRAXOS INSATURADOS
Omega 6Omega 3Monoinsaturados cisMonoinsaturados trans
Polinsaturados omega 6principal C18:2 omega 6- redutor de colesterol
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Ácido linoleicoBaixa a pressão sanguíneaEvita arritmias cardíacasreduz depósitos de ateromas em veias e possibilidade de ocorrência de doenças cardiovasculares
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ÁCIDOS GRAXOS MONOINSATURADOS
CIS 18:1 (OMEGA 9) - MAIS ABUNDANTE - DIETA MEDITERRÂNEARELAÇÃO P/S10-15% DA ENERGIA PODE SER ADVINDA DE C18:1 ( antes 10% máx.)muitos dados entre C18:2 e C18:1 não apresentaram redução de LDL com aumento de C18:1
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EFEITOS DE C 22:1 (ác. Erúcico)
(monoenos de cadeia longa)
Observações notadas a partir de óleo de colza
22:1 na faixa de 20-55% e C20:1 na faixa de 10%
observação experimental de retardamento de crescimento animais laboratório
efeitos adversos afetando órgãos morfologicamente, bioquimicamente e funcionalmente
leva à acumulação de gordura no coração e músculo esquelético vermelho
eventualmente afeta miocárdio por infiltração celular, morte do músculo cardíaco
solução: eliminação via genética deste ác. Graxo da colza (atual canola sem ác. Erúcico)
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Interesterificação- Rearranjo inter e intra-molecular randômico.
Altera propriedades físicas da gordura (faixa de plasticidade e P.F.)
Não enzimática
- Mais barata- Não seletiva- Usa altas temperaturasEnzimática- Usa lipases microbianas- Pode ser seletiva - 1,3- Baixo rendimento- Alto custo
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INTERESTERIFICAÇÃO QUÍMICA
- Mais utilizada na produção de “shortenings” e substitutos da manteiga de cacau
- Não forma trans - isômeros- catalisadores: ácidos, básicos ou
alcóxidos de metal básico (metóxido e etóxido de Sódio) em conc.0,1 - 0,2%
- T = 20 - 120ºC e t = 5min.- Venenos de catalisador:
- Água- AGL
- Peróxidos
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INTERESTERIFICAÇÃO de Triglicerídios: AAA+BBB
A
A
A+
+ + + + +
A
A
A
A
A
B
A
B
A
B
A
B
B
B
A
B
B
B
B
B
B
12,5 25 12,5 12,5 25 12,5 %
catalisador
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Catalisadores Interesterificação
Química
Catalisadores Teor(%)
Temperatura(oC)
Tempo (min)
Metóxido de Sódio 0,2-2 50-120 5-120Etóxido de Sódio 0,2-2 50-120 5-120Sódio Metálico 0,1-1 25-270 3-120Hidróxido de Sódio 0.05-0,1 250 120 c/ vácuoEstearato de Sódio 0,5-1 250 60 c/ vácuo
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Mecanismo de interesterificação
H2C
HC
H2C
O
O
O
C
CR2
O
R2
O
O
R2C
CO
OC
O
O
O
H2C
HC
H2C
+
R1
R1
H2C
H2C
H2C
H2C
HC
HC
O C
R2
O
O
H2C
HC
H2C
H2C
HC
H2C
O
O C
O
R2
+
O catalisador ativo é um diglicerídio de sódio- forma sabão, mono e diglicerídio na reação
Et-ONa-
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Requisitos de qualidade do óleo inicial para
interesterificação
Características Valor % AGL < 0,01
% Umidade < 0,01
% Sabão < 0,01
Indice de Peróxido (meq/kg)
< 1
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Processo de Interesterificação
Reator Lavagem
SecagemMetóxidode Sódio
Água
GorduraInteresterificada
Gordura
Randomizada
Óleo90-100ºC/30/60’
NEUTRALIZAÇÃOCATALISADOR
(0,2-0,4%)
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Reator de InteresterificaçãoGordura
CatalisadorVácuo
Serpentinas devapor e água
Nitrogênio
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Monitoramento da Reação de Interesterificação
CORRMNCOMPOSIÇÃO TRIGLICERÍDICACOMPOSIÇÃO RANDÔMICA% A.G. SATURADO NA POSIÇÃO SN-2
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Tabela: Pontos de fusão de óleos e gorduras interesterificadas
Óleo Antes DepoisSoja -7,0 9,9Algodão 11,5 34,0Coco 26,0 28,2Palma 39,8 47Palmiste 28,3 26,975% soja + 25% soja hidrogenada 60.0 33,2
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Gráfico: Comportamento do índice de gordura sólida do óleo de palma antes e depois da interesterificação direta e randomizada com os níveis resultantes de triglicerídeos trisaturados (S3) e triinsaturados (U3)
Temperatura (oC)
Índi
ce d
e G
ordu
ra S
ólid
a ( %
)
Óleo de palmaInteresterificação direta
S3-30%/U3-12%Óleo de palmaRandomizado
S3-12%/U3-12%
Óleo de palmaantes da interesterificação
S3-7%/U3-6%
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Interesterificação: Babaçu e Palma
% Babaçu/Palma P. Fusão inicial P. Fusão final100:0 25 26,880:20 23 27,860:40 21 29,440:60 20,8 32,420:80 20,8 40,60:100 23,4 44,0
0,5% metóxido: 45 minutos sob vácuo
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Estrutura de Cristais -prima
Antes Depois
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SFI após interesterificaçãosoja + soja hidrogenada
S:SH 10oC 21,1 oC 33,3 oC P.FusãooC80:20 8,0 3,5 2,2 4785:15 4,3 2,2 0,9 4690:10 1,7 1,3 0,2 40
Para cada 5% de aumento de soja hidrogenada observa-se que SFIpraticamente DOBRA a 10, 21.1 e 33.3 oC
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Composição TriglicerídicaInteresterificação Babaçu : Palma
60:40Número carbono antes após
30 0.6 0.632 2.7 1.134 4.6 1.436 8.5 3.938 7.3 6.440 4.2 8.842 3.9 13.544 3.0 11.446 3.2 16.048 4.7 15.650 23. 8.852 25.4 8.454 8.7 3.3
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Interesterificação dirigidaCombina interesterificação com fracionamento seletivo, para obter óleo/gordura com P.F. menor que o inicial.
- produto da reação é resfriado abaixo do P.F. desejado
- cristalização dos TG mais saturados ou dos SSS
- deslocamento do equilíbrio (cristalização seletiva)
- reação produz mais SSS para restabelecer o equilíbrio
- velocidade da reação é lenta, devido a T
- processo é + caro
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Interesterificação Dirigida
Óleo
Reator Fracionamento Filtração
Desodorização Clarificação Neutralização
Oleina
Metóxidode Sódio
Óleo InteresterificadoBaixo em Saturados
EstearinaAlta em
Saturados
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INTERESTERIFICAÇÃO ENZIMÁTICA
não específica3 tipos de enzimas: sn 1-3 específica
AG específica
- reações de síntese e hidrólise (reversíveis)- enzimas imobilizadas em resina macroporosa
de troca aniônica (estabilização, requerimento de [H2O] e reutilização enzima)
posicional (sn 1-3)- especificidade: substrato (álcool > ácido >
éster) pref. ésteres de cadeias
curtas
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Interesterificação Enzimática
P
O
P
+ St
P
O
P
P
O
St
St
O
St
P St+ + + +
P
O
P
+
St
St
St
P
O
P
P
O
St
St
O
St
P
St
P
P
St
St
St
St
St
+ + + + +
Lipases
Lipases
Lipase sn- 1,3 específica
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ACIDÓLISE
Processo menos utilizado ( 250-300ºC)
- Reação entre TG e um AGL, formando novos TG e AG
- catalisadores: H2SO4, óxidos de Zn, Mg, Al, Ca
- AG de alto PM são preferencial/e incorporados no TG esterificado, retirando os AG de baixo PM
- produção de AG de alto PM (+ difícil); com H2SO4 e usando coluna de fracionamento para retirar os AG de alto PM formados.
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ALCOÓLISE
Processo mais utilizado, mas na produção de ésteres de AG e não de TG rearranjado
- Reação entre um TG e um álcool, formando mono-, di- triglicerídio novo, glicerol e éster de um novo álcool
- alternativa de clivagem da gordura, seguida de esterificação com um álcool
- catalisadores: básicos (+) e ácidos (-)- importância industrial:
metanólise da gordura a ésteres metílicos e glicerólise da gordura a mono- e diglicerídios
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Alcoólise na produção de ésteres:
Gordura 80ºC + sol. NaOH ou KOH (0,1-0,5%) em MeOH anidro
- álcool = 1,6 x teórico- acidez < 0,5% e umidade < 0,3%
Na produção de mono- e diglicerídios:
Gordura reage com glicerol em excesso (25-40% em peso), NaOH (0,1%) como catalisador e T=200ºC
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FLUXOGRAMA DO PROCESSO DE PREPARAÇÃO DAS BASES GORDURAS
*PO/ PKO 60/ 40 em quadruplicata PO/ PKO 80/ 20 em quadruplicata 100C sob vácuo
0,4% MeONa em óleo (“slurry”) 100C/ 20 min.
Adição de ácido cítrico H2O a 90C
100C sob vácuo
Adição de soja tot. hidr.
220ºC/ 2h sobvácuo (2-4mbar) I njeção de N2
**Sorvete e Bolo
2 kg FASE OLEOSA*
SECAGEM
SECAGEM
FASE OLEOSAI NTERESTERI FI CADA
REAÇÃO SOB VÁCUO
LAVAGEM
CLARI FI CAÇÃO
DESODORI ZAÇÃO
TESTE DE APLI CAÇÃO**
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Convenções:Convenções:GE1 = PO/PKO 60:40inter (Sorvete)GE2 = PO/PKO 60:40inter+3%HSBO (Bolo)GP1 = Glaze (Sorvete)GP2 = PF38 (Bolo)
Tabela 1 – Caracterização e composição em ácidos graxos das misturas interesterificadas e desodorizadas:
**Quantificação de ácidos graxos em coluna CPSil-88; 50m; 0,25mm; 180ºC/15min., 180-200ºC sendo 1ºC/min. e 200ºC/10 min.
GE1 GE2 GP1 GP2 FFA (%) 0,001 0,04 0,05 0,05 (% palmítico) (% palmítico) (% oleico) (% oleico) POV. (meq/ kg) 0,49 0,59 0,35 0,61 Cor (Lovibond) 30,0Y/ 3R 25,0Y/ 3,2R 7,5Y/ 0,8R 10,0Y/ 1,1(R) Umidade (%) I sento I sento I sento I sento I V (%) 36 37 72 71 PF (ºC) 31,9 36,5 35,1 36,2 Composição de Ácidos graxos (%)** C8:0 2,26 2,85 - - C10:0 1,56 1,26 - - C12:0 21,49 19,07 - - C14:0 7,10 6,63 - - C16:0 28,44 28,16 11,30 11,43 C18:0 3,61 5,85 9,17 10,9 C18:1 28,81 29,05 73,23 67,68 C18:2t - - 2,11 3,72 C18:2 6,73 7,15 2,96 4,62 C20:0 - - 0,37 0,53 C22:0 - - 0,86 0,62 C24:0 - - - 0,50
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Estrutura de Cristais -prima observados antes e depois da interesterificação
Antes Depois
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Geral Inter
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Fig. 1- Freqüência das notas dos provadores atribuídas as amostras de sorvete padrão e experimental nos atributos de (A)Aparência, (B)Forma geral, (C)Sabor e (D)Textura
(A) (B)
(C) (D)
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Text. Inter
(A) (B)
(C) (D)Fig. 2- Freqüência das notas dos provadores atribuídas as amostras de bolo padrão e experimental nos atributos de (A)Aparência, (B)Forma geral, (C)Sabor e (D)Textura
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BibliografiaBibliografia
– Beckmann, H.J. - Practical Hidrogenation HARSHAW/FILTROL Catalogo 1982
– UNICHEMA International Pricat 9910 A Multipurpose Catalyst 1991
– HASTERT, R.C. - COST / QUALITY / HEALT the tree pillars of hidrogenation. AOCS Masstrich. World conference 1989.
– Patterson, H.B.W., Hidrogenation of fats and oils, Applied Science Publishers, London, 1983
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Conclusão
A interesterificação é um processo alternativo de endurecimento de óleos utilizado na produção de gorduras comestíveis com baixo teor de trans
isômeros