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PALAVRAS-CHAVEKEY WORDS

Braz. J. Food Technol., v.8, n.2, p. 163-173, abr./jun. 2005 163 Recebido / Received: 26/04/2004. Aprovado / Approved: 06/06/2005.

Redução da Higroscopicidade de Pós Liofilizados pela Indução da Cristalização em Soluções-Modelo de Açúcares Constituintes de FrutasReduction of Freeze-Dried Powder Hygroscopicity by Inducing Crystallization in Model Fruit Sugar Solutions

RESUMO

Durante a liofilização de sucos e extratos de frutas, produtos com altos teores de açúcares amorfos são obtidos. Este estado favorece a alta higroscopicidade encontrada em pós liofilizados instantâneos. Neste trabalho a indução da cristalização de açúcares comumente encontrados em frutas foi avaliada durante o processo de congelamento. Sacarose e frutose foram usadas isoladamente e em combinações nas proporções de 5, 7 e 10% (massa de açúcar/volume de solução). Aos sistemas-modelo foram adicionados alcoóis (etanol, isopropanol e suas misturas em proporção de 1:1) antes do congelamento. As amostras congeladas foram liofilizadas e as características de sorção foram estabelecidas usando solução salina que propicia um meio com umidade relativa de 75% na temperatura de 20°C. Os resultados mostram que as características de sorção se correlacionam com o grau de cristalinidade dos açúcares, observada por microscopia óptica e eletrônica de varredura. A ação dos alcoóis em condições controladas de temperatura diminui a solubilidade dos açúcares e induz a formação de estruturas cristalinas e conseqüentemente a redução de higroscopicidade do material liofilizado. Este comportamento promove a estabilidade do produto pela redução do fenômeno de caking e de outros efeitos indesejáveis.

Lanamar de Almeida CARLOSLTA/CCTA – Universidade Estadual do Norte Fluminense - Av.

Alberto Lamego, 2000 – Pq. Califórnia – CEP 28013-600 Campos dos Goytacazes-RJ

[email protected]

Jaime Vilela de RESENDE José CAL-VIDAL

DCA – Universidade Federal de Lavras – Caixa Postal 3037, Campus Universitário – CEP 372000-000 – Lavras-MG.

[email protected] , [email protected]

Cristalização; Pós liofilizados; Higroscopicidade.

Crystallization; Freeze-dried powders; Hygroscopicity.

SUMMARY

During the freeze-dehydration of fruit juices and extracts, products with a high degree of amorphous sugar are obtained. This state favors the high hygroscopicity found in instant freeze-dried powders. In this work the induction of crystallization of the sugars commonly found in fruits was evaluated during the freezing process. Sucrose and fructose were used separately and in combination at rates of 5, 7 and 10% (mass of sugar/volume of solution). Alcohols were added to the model systems (ethyl alcohol, isopropyl alcohol and 1:1 mixtures) prior to the freezing process. The frozen samples were freeze-dried and the sorption characteristics were established using saturated salt solutions in order to produce an environment with a relative humidity of 75% at a temperature of 20°C. The results showed that the sorption characteristics were correlated with the degree of sugar crystallization as observed by optical and scanning electronic microscopy. The action of alcohols under temperature controlled conditions decreased the sugar solubilties and induced the formation of crystalline structures, consequently reducing the hygroscopicity of the freeze-dried material. This behavior promotes product stability by reducing the caking phenomenon and other undesirable effects.

Braz. J. Food Technol., v.8, n.2, p. 163-173, abr./jun. 2005 164

CARLOS, L.A. et al. Redução da Higroscopicidade de Pós Liofilizados pela Indução da Cristalização em Soluções-Modelo de Açúcares Constituintes de Frutas

1. INTRODUÇÃO

Os pós de frutas obtidos por meio do processo de liofilização de sucos e polpas de frutas são caracterizados pela alta higroscopicidade que promove o fenômeno definido como caking e outros efeitos indesejáveis. A alta higroscopicidade dos pós constitui dificuldade de utilização do produto liofilizado pela alta afinidade por água e em razão da sua composição complexa. Tais sucos são em sua maioria constituídos por soluções aquosas de carboidratos (como sacarose, glicose e frutose) que compõem cerca de 95% dos sólidos dissolvidos (NAGGY & ATTAWAY, 1980). O caráter higroscópico dos pós, com altos teores de açúcar, é atribuído ao estado amorfo desses pós (SIMATOS & BLOND, 1975).

Higroscopicidade é a capacidade do pó alimentício de absorver água a partir de um ambiente de alta umidade relativa superior à de equilíbrio. No caso de pós de frutas, os açúcares (sacarose, glicose e frutose) são responsáveis por fortes interações com a molécula de água em razão dos terminais polares presentes nessas moléculas (JAYA & DAS, 2004).

Esses açúcares podem interagir fortemente com vapor de água em seu ambiente em conseqüência da sua natureza hidrofílica. Açúcares cristalinos tipicamente existem na forma anidra e hidratada e essas formas interagem com a água principalmente por mecanismos de adsorção. Açúcares amorfos geralmente retêm água no interior de suas estruturas e podem experimentar grandes mudanças em suas propriedades físico-químicas. A forma cristalina é a forma mais estável termodinamicamente (HANCOCK & SHAMBLIN, 1998).

A sacarose amorfa adsorve água em maior quantidade do que a sacarose cristalina, quando expostas à mesma umidade relativa (MANNHEIM, 1974). Quando o açúcar se encontra no estado cristalino há uma menor possibilidade de ligação com as moléculas de água, por haver maior organização e rigidez do sólido, ao passo que no estado amorfo há uma maior exposição dos grupos funcionais à umidade, permitindo esse tipo de ligação (SLOAN & LABUZA, 1975).

Durante o congelamento, fatores que afetam o crescimento do cristal influenciarão a microestrutura dos pós liofilizados. Dessa forma, a adição de alguns solventes orgânicos, tais como alcoóis, antes do congelamento reduz significativamente a solubilidade do açúcar e promove a sua cristalização pela supersaturação do sistema (ALMEIDA & CAL-VIDAL, 1997; SING et al., 1991).

Este trabalho tem como objetivos: o estudo dos efeitos da adição de etanol e isopropanol a sistemas-modelo de açúcares (sacarose e frutose) antes do processo de congelamento sobre o grau de cristalização nos correspondentes pós liofilizados; determinar e comparar o comportamento higroscópico e analisar a sua microestrutura por técnicas de microscopia óptica e eletrônica de varredura.

2. MATERIAL E MÉTODOS

2.1 Preparo das amostras (pré-tratamentos)

Os sistemas-modelo foram preparados por meio da solubilização dos açúcares (sacarose – Pro-analysi – Isofar e D(-) frutose – p.a. – CAAL) individualmente e combinados nas proporções de 5, 7 e 10% (massa de açúcar/volume de solução), em quantidade de água destilada e deionizada suficiente para a completa dissolução.

Após a solubilização dos açúcares em água, os alcoóis individualmente e em mistura 1:1 foram adicionados separadamente nas proporções mostradas na Tabela 1 e o volume foi aferido para 100 cm3 de solução.

TABELA 1. Concentração de alcoóis nas soluções-modelo antes do congelamento.

ÁlcoolConcentração

(% volume de álcool/volume de solução)

Etanol 15 25

Isopropanol 15 25

Etanol + Isopropanol (1:1) 15 25

2.2 Congelamento

O processo de liofilização inicia com uma etapa de pré-congelamento. Nessa etapa os sistemas-modelo foram congelados em ar estático usando um ultrafreezer Coldrag com temperatura final de congelamento de –60°C. Amostras de 5 cm3 dos sistemas foram colocadas em placas de Petri com 4 cm de diâmetro, formando uma camada de 1 cm de espessura, cobertas com filme plástico (PVC) perfurado.

A temperatura foi monitorada por meio de um indicador de temperatura digital (Digitron) com os sensores colocados no centro geométrico das amostras.

Após um período de 12 horas de congelamento, as amostras foram imersas em nitrogênio líquido (–196°C) e conduzidas ao liofilizador. A imersão em nitrogênio líquido assegura a não-ocorrência de rearranjos estruturais pela mobilidade molecular dos componentes extremamente reduzida nessa temperatura, além de manter as amostras congeladas até o momento da liofilização.

2.3 Liofilização

A liofilização das amostras foi efetuada em um liofilizador piloto Edwards (mod. L4KR 163), operando com temperatura de –44°C e vácuo final de 2 × 10-2 mbar por um período de 40 horas. Essas amostras foram imediatamente colocadas em dessecadores sob vácuo contendo sílica gel.



2.4 Determinação do teor de umidade após a liofilização

A determinação do teor de umidade logo após a liofilização dos sistemas foi feita conforme o método gravimétrico de HORWITZ (1975). As amostras foram desidratadas em estufa a 60°C sob vácuo, até atingirem peso constante, e a umidade foi calculada baseada nos pesos inicial e final das amostras.

2.5 Comportamento higroscópico

2.5.1 Controle da umidade relativa no ambiente

Para a obtenção de ambiente com 75% de umidade relativa, foram utilizados dessecadores contendo solução saturada de cloreto de sódio de acordo com ROCKLAND (1960). As umidades relativas foram verificadas periodicamente com o auxílio de um higrômetro de cabelo (Haarhygrometer). Os dessecadores foram submetidos a vácuo parcial para favorecer a taxa de transferência de massa no processo de adsorção de umidade e mantidos isoladamente em ambiente com temperatura de 20°C.

2.5.2 Determinação das características de sorção dos sistemas

Imediatamente após serem retiradas dos dessecadores, as placas foram pesadas em balança analítica (Mettler H35AR – resolução de 0,1 mg), em intervalos de 24 horas durante 10 dias (MAIA, 1988). As determinações foram feitas em duplicata e o teor de umidade adsorvida foi calculado pela diferença entre os pesos inicial e final das amostras.

2.6 Planejamento experimental

O experimento foi montado em um delineamento inteiramente casualizado (DIC), com esquema fatorial de desdobramento dos graus de liberdade em dois fatores: sistemas e tratamentos. O fator sistemas foi composto por 15 níveis (soluções-modelo) e o fator tratamento, por 7 níveis (com e sem adição de alcoóis). As diferenças significativas entre os tratamentos foram determinadas pelo teste de médias de Tukey. A Tabela 2 mostra o delineamento utilizado.

2.7 Análises microestruturais

2.7.1 Microscopia óptica

Os sistemas, sob a forma de pó, após a liofilização foram colocados em lâmina de vidro e examinados em microscópio óptico (Olympus, CBA-K), com filtro polarizador.

2.7.2 Microscopia eletrônica de Varredura

Os sistemas liofilizados, selecionados por microscopia óptica, foram fixados em suportes metálicos cilíndricos com fita adesiva de face dupla e recobertos por uma camada de ouro delgada. Tais sistemas foram examinados em microscópio eletrônico de varredura (Jeol JSM-T200), com tensão de aceleração de 10 kv.

TABELA 2. Planejamento experimental e composição dos sistemas-modelo.

Número do

sistema

Conteúdo de açúcares(% massa de açúcares/volume solução)

Sacarose Frutose5 7 10 5 7 10

01 5

02 7

03 10

04 5

05 7

06 10

07 5 5

08 5 7

09 5 10

10 7 5

11 7 7

12 7 10

13 10 5

14 10 7

15 10 10

3. RESULTADOS E DISCUSSÃO

3.1 Umidade dos sistemas-modelo após a liofilização

Os valores médios de umidade dos pós obtidos logo após a liofilização a partir dos diferentes sistemas estão mostrados na Tabela 3.

Observa-se que a adição de álcool causou aumento no teor de umidade dos pós obtidos logo após a liofilização. A justificativa provável para esse aumento seria a ocorrência de uma maior taxa de sublimação do gelo nos sistemas sem adição de alcoóis durante o processo de liofilização (MAIA,1988).

A Figura 1 apresenta o valor da umidade dos pós obtidos logo após a liofilização para tratamentos com soluções de açúcares individuais e a Figura 2, tratamentos de açúcares combinados adicionados de etanol, isopropanol e mistura de etanol e isopropanol (1:1) em concentrações de 15%. As figuras 1 e 2 mostram que o efeito da adição de etanol, isopropanol e mistura sobre o teor de umidade final dos pós liofilizados é complexo e se alterna quando estes são adicionados às soluções-modelo constituídas de açúcares individuais e às soluções de açúcares combinados. Observa-se na Figura 1 que em soluções de açúcares individuais a adição de isopropanol (15%) resulta



em pós liofilizados com altos teores de umidade. Em soluções de açúcares combinados (sacarose e frutose) os maiores valores são obtidos com a adição de etanol a 15% (Figura 2).

TABELA 3. Umidade dos pós obtidos logo após a liofilização (g de água/g de sólidos).

SistemasSem

adiçãoEtanol Isopropanol

Etanol + isopropanol

15% 25% 15% 25% 15% 25%

01 0,98 2,50 1,00 5,03 5,23 2,25 2,20

02 1,01 1,00 1,48 7,04 6,92 1,54 1,59

03 3,07 3,05 1,93 5,97 6,01 1,19 1,19

04 1,82 5,51 4,51 7,81 7,55 3,80 3,81

05 2,55 6,11 5,03 7,91 8,10 6,89 6,91

06 3,46 6,51 4,07 8,01 7,94 6,88 6,89

07 2,13 8,02 8,48 2,50 3,14 4,89 4,00

08 1,92 6,53 4,03 4,49 4,93 4,96 3,96

09 3,61 6,00 6,02 3,07 3,22 5,81 5,21

10 1,97 8,15 3,59 4,53 4,41 5,61 4,44

11 1,54 8,52 8,66 4,01 3,89 5,83 5,23

12 2,35 8,51 5,32 5,05 4,29 7,21 6,22

13 2,07 8,49 8,51 4,17 4,28 8.85 3,42

14 2,74 8,52 8,03 4,25 4,13 7,09 2,01

15 3,69 8,55 8,07 4,58 4,15 6,82 5,21

FIGURA 1. Umidade dos pós obtidos logo após a liofilização para tratamentos com soluções de açúcares individuais adicionados de etanol, isopropanol e mistura de etanol e isopropanol (1:1) em concentrações de 15% (volume de álcool/volume de solução). Barras correspondem ao erro-padrão.

FIGURA 2. Umidade dos pós obtidos logo após a liofilização para tratamentos com soluções de açúcares combinados (sacarose, frutose) adicionados de etanol, isopropanol e mistura de etanol e isopropanol (1:1) em concentrações de 15% (volume de álcool/volume de solução). Barras correspondem ao erro-padrão.

3.2 Características de sorção de água nos sistemas

3.2.1 Efeitos sobre a adsorção de água

A Tabela 4 mostra os resultados resumidos da análise de variância para a água adsorvida dos sistemas-modelo liofilizados expostos em ambiente de 20°C e umidade relativa de 75% para amostras coletadas no 1o, 5o e 10o dias após a ocorrência da liofilização.

Os resultados das análises de variâncias indicam que praticamente todos os fatores envolvidos no planejamento experimental exercem influências significativas na adsorção de água pelos pós obtidos por liofilização dos sistemas-modelo (P<0,01). A quantidade de água adsorvida aumenta com o tempo de armazenamento sob condições de umidade controlada e este efeito é distinto para os diversos sistemas testados.

TABELA 4. Resumo da análise de variância para o grau de água adsorvida (g/100 g de sólidos) dos sistemas-modelo liofilizados expostos em ambiente de 0°C e umidade relativa de 75% para amostras coletadas no 1o, 5o e 10o dias.

Fontes de variação

GLQuadrados médios

1o dia 5o dia 10o dia

Sistema 14 0,2143** 0,7958** 1,1637**

Adições 6 1,0706** 1,8816** 2,4810**

Sistema × adições 84 0,0296** 0,0651** 0,0852**

Resíduo 105 0,0167** 0,0277** 0,0353**

CV 46,336 37,911 37,450

** Significativo ao nível de 1% de significância

A Tabela 5 apresenta o resultado do Teste de Tukey ao nível de 1% de significância aplicada aos dados de adsorção de água de sistemas-modelo para o ambiente com temperatura de 20°C e 75% de umidade relativa para amostras analisadas no 5o dia.

A análise de resultados, como os apresentados na Tabela 5, fornece subsídio para verificar a diferença significativa entre os diferentes tratamentos e permite selecionar e concluir sobre quais sistemas-modelo a adição de alcoóis produz um efeito positivo na indução da cristalização dos açúcares durante a etapa de congelamento.

Observa-se na Tabela 5 que os sistemas-modelo constituídos somente de sacarose independentemente da concentração (sistema 01, 02 e 03), para amostras coletadas no quinto dia, produzem resultados estatisticamente iguais e não diferem quanto à adsorção de água em ambientes com 75% de umidade relativa e temperatura de 20°C. A Tabela 5 também mostra que a adição de alcoóis aos demais sistemas-modelo (frutose, frutose adicionada de sacarose) influencia significativamente na redução da capacidade de adsorção de água na estrutura dos pós liofilizados.



TABELA 5. Adsorção de água (g/100 g de sólidos) dos sistemas-modelo expostos à temperatura de 20°C e 75% de umidade relativa para amostras coletadas no 5o dia.

SistemasTratamentos1

Semadição

Etanol15%

Etanol25%

Isopropanol15%

Isopropanol25%

Mistura15%

Mistura25%

01 0,236 d 0,045 d 0,043 d 0,038 d 0,017 d 0,037 d 0,042 d

02 0,175 d 0,050 d 0,038 d 0,040 d 0,067 d 0,061 d 0,046 d

03 0,297 d 0,032 d 0,057 d 0,043 d 0,058 d 0,027 d 0,020 d

04 0,500 d 0,360 cd 0,123 c 0,143 c 0,348 cd 0,350 cd 0,199 cd

05 0,799 d 0,366 bc 0,133 b 0,219 b 0,450 bc 0,596 cd 0,230 b

06 0,881 d 0,745 cd 0,185 a 0,289 ab 0,491 abc 0,593 bcd 0,174 a

07 0,877 d 0,546 cd 0,090 b 0,365 bc 0,566 cd 0,412 bc 0,251 bc

08 1,155 d 0,502 bc 0,198 b 0,450 bc 0,514 bc 0,651 c 0,400 bc

09 1,288 d 0,733 c 0,379 b 0,572 bc 0,877 c 0,856 c 0,373 b

10 0,892 d 0,620 cd 0,519 c 0,359 c 0,500 c 0,328 c 0,364 c

11 1,190 d 0,638 c 0,135 a 0,498 bc 0,642 c 0,615 c 0,208 ab

12 1,304 d 0,948 c 0,262 a 0,564 ab 0,881 bc 0,892 bc 0,474 a

13 1,132 d 0,978 d 0,443 c 0,429 c 0,279 c 0,442 c 0,411 c

14 1,684 d 0,697 c 0,275 b 0,415 bc 0,411 bc 0,532 bc 0,481 bc

15 1,641 d 0,360 a 0,417 ab 0,623 abc 0,844 c 0,717 bc 0,512 abc

1- Médias seguidas na mesma linha por letras diferentes diferem pelo Teste de Tukey ao nível de 1%.

3.2.2 Sistemas-modelo constituídos de açúcares isolados

O gráfico da Figura 3 mostra as características de sorção de água para sistemas-modelo constituídos somente de sacarose com concentração de 10% em umidade relativa de 75% e temperatura ambiente de 20°C sem e com a adição de alcoóis. Tratamentos realizados somente com sacarose não apresentaram resultados significativos quanto à adsorção de água quando expostos a temperatura de 20°C e 75% de umidade relativa (Tabela 5).

FIGURA 3. Características de sorção de água do sistema-modelo constituído apenas de sacarose a 10% (sistema 03) sem e com adições de etanol, isopropanol e mistura etanol/isopropanol (1:1) nas concentrações de 15 e 25%, exposto a umidade relativa de 75% e temperatura ambiente de 20°C.

O gráfico da Figura 4 mostra as características de sorção de água para sistemas-modelo constituídos somente de frutose com concentração de 10% em umidade relativa de 75% e temperatura ambiente de 20°C.

FIGURA 4. Características de sorção de água do sistema-modelo constituído apenas de frutose a 10% (sistema 06) sem e com adições de etanol, isopropanol e mistura etanol/isopropanol (1:1) nas concentrações de 15 e 25%, exposto a umidade relativa de 75% e temperatura ambiente de 20°C.

Pode-se observar nas curvas do gráfico, especialmente naquela referente ao sistema sem adição de álcool, que existe uma região onde ocorre uma queda na adsorção de umidade pelo material liofilizado. Este estágio corresponde ao fenômeno de dessorção causado pelo rearranjo estrutural dos açúcares amorfos ou parcialmente cristalizados existentes nos pós (ROOS & KAREL, 1991). Nestes sistemas, a adição de etanol e isopropanol favorece a indução de cristalização da frutose nos dois níveis de adição.

3.2.3 Sistemas-modelo constituídos de açúcares combinados

A Figura 5 apresenta as curvas de adsorção de água do sistema constituído de sacarose a 10% e frutose a 5% (sistema 13) na temperatura de 20°C e umidade relativa de 75%. Neste sistema, no qual a concentração de sacarose é maior que a de frutose, a adição de alcoóis em concentração de 15 e 25% foi efetiva na promoção da cristalização dos açúcares e na redução da adsorção de água durante o período de 10 dias de exposição ao ambiente com umidade relativa de 75%. Observa-se que os tratamentos com alcoóis em diferentes concentrações originaram pós liofilizados que apresentaram adsorção de água gradual com nenhuma ou pouca evidência de rearranjo estrutural característico dos açúcares amorfos.

A Figura 6 mostra os resultados da adição de alcoóis a um sistema constituído por concentrações similares de sacarose (7%) e frutose (7%) em umidade de 75% e temperatura ambiente de 20°C. Novamente, a adição de alcoóis favoreceu a cristalização dos açúcares durante o congelamento, reduzindo o potencial higroscópico dos pós liofilizados correspondentes. Este sistema apresenta valores de adsorção de água com magnitudes superiores àquelas alcançadas quando a concentração de sacarose era maior do que a de frutose (Figura 5). Este comportamento pode ser atribuído ao fato de a frutose ser mais higroscópica do que a sacarose nas mesmas condições de umidade relativa e temperatura (AUDU et al., 1978).



FIGURA 5. Características de sorção de água do sistema-modelo constituído de sacarose a 10% e frutose a 5% (sistema 13) sem e com adições de etanol, isopropanol e mistura etanol/isopropanol (1:1) nas concentrações de 15 e 25%, exposto a umidade relativa de 75% e temperatura ambiente de 20°C.


A Figura 7 mostra que a adição de álcool também é eficiente para a formação de estruturas cristalinas em sistemas-modelo onde a concentração de sacarose (5%) é menor do que a de frutose (10%). Os pós liofilizados obtidos a partir de sistemas tratados com etanol (25%) e mistura etanol/isopropanol (25% - 1:1) apresentaram resultados mais favoráveis com menor adsorção de umidade durante o tempo de exposição e, conseqüentemente, maior evidência de formações cristalinas.

3.3 Microestrutura dos pós liofilizados

3.3.1 Indução comprovada por meio de análise por microscopia óptica

A Figura 8 mostra fotomicrografias obtidas por microscopia óptica de sistemas contendo frutose isolada nos níveis de 5, 7 e 10% representados pelos índices 1, 2 e 3, respectivamente. A letra A representa os sistemas sem a adição de álcool; B, adição de etanol a 15%; C, etanol a 25%; D, isopropanol a 15%; e E, isopropanol a 25%.


A adição de etanol 15% (Figura 8B) promoveu o início da cristalização da frutose, porém não foi possível a visualização de cristais definidos. Na adição de etanol 25% (Figura 8C), observa-se formação de pequenos cristais aglomerados com tendência de orientação verificada pela formação de faces cristalinas mais bem definidas, diferenciando-se do estado amorfo observado nas Figuras 8A.

As fotomicrografias 8D e 8E mostram que a adição de isopropanol induziu a formação de grandes cristais de frutose com estruturas organizadas e orientadas. Esses resultados novamente evidenciam o efeito da adição dos alcoóis como sendo o responsável pela indução de cristalização desses açúcares.

3.3.2 Indução comprovada por meio da análise por microscopia eletrônica de varredura

A Figura 9 mostra fotomicrografias obtidas por microscopia eletrônica de varredura de cristais de açúcares obtidos a partir da liofilização de sistemas-modelo constituídos de sacarose (10%) sem adição de alcoóis (Figura 9A) e adicionados de etanol (15%) (Figura 9B).

Observa-se na Figura 9A a não-existência de qualquer simetria e a predominância de formas arredondadas características da sacarose amorfa obtida por meio do processo de liofilização (CHINACHOTTI & STEINBERG, 1984). Quando se compara com a Figura 9B, verifica-se que esta mostra a existência de planos estruturais bem definidos e faces planas típicas de estruturas cristalinas compactas.

As mudanças estruturais causadas pela adição de isopropanol (15%) no sistema-modelo constituído apenas de frutose (7%) estão mostradas na Figura 10.

Observa-se que o sistema sem a adição de alcoóis apresenta cavidades e irregularidades estruturais (Figura 10A). Um maior grau de organização da microestrutura da frutose é verificado quando o isopropanol (15%) é adicionado ao sistema-modelo (Figura 10B). Conforme o plano de observação, a Figura 10B mostra a definição dos seus cristais.



FIGURA 8. Análise por microscopia óptica (com filtro polarizador) dos sistemas 4, 5 e 6 (frutose - 5, 7 e 10%) liofilizados. A) sem adição de álcool, B) adição de etanol a 15%, C) adição de etanol a 25%, D) adição de isopropanol a 15%, E) adição de isopropanol a 25% (Marcador = 200 µm).



A Figura 11 mostra fotomicrografias de cristais de sacarose obtidos pela liofilização de sistemas-modelo constituídos de sacarose (10%) e frutose (5%) sem adição de álcool (Figura 11A) e com adição de isopropanol (25%) (Figura 11B).

Uma estrutura amorfa é observada quando os tratamentos foram feitos sem a adição de álcool (Figura 11A). A estrutura cristalina pode ser observada na Figura 11B, quando o sistema recebeu a adição de isopropanol (25%). Observa-se que

os cristais não são muito uniformes, apresentando tamanhos e simetrias variados e tendência à orientação em sua formação.

A Figura 12 mostra fotomicrografias obtidas por microscopia eletrônica de varredura de cristais de açúcares obtidos a partir de sistemas-modelo com concentrações similares de sacarose (7%) e frutose (7%) sem adição de álcool (Figura 12A) e com adição de isopropanol (15%) (Figura 12B).

Na Figura 12A a presença de formas arredondadas e irregulares, que caracterizam o amorfismo da estrutura, pode ser

FIGURA 9. Fotomicrografias obtidas por microscopia eletrônica de varredura do sistema 1 (sacarose a 10%). A) sem adição de álcool e B) adição de etanol a 15% (Ampliação 2.000x).

FIGURA 10. Fotomicrografias obtidas por microscopia eletrônica de varredura do sistema 5 (frutose a 7%) liofilizado. A) sem adição de álcool e B) adição de isopropanol a 15% (Ampliação 2.000x).



observada. A Figura 12B evidencia a indução da cristalinidade pela adição de isopropanol (15%), onde se observa a formação de grandes cristais com um alto nível de organização estrutural. As estruturas são dotadas de arestas e formas geométricas poligonais orientadas.

A Figura 13 mostra fotomicrografias obtidas por microscopia eletrônica de varredura de cristais de açúcares obtidos a partir de sistemas-modelo com concentrações de sacarose (7%) e frutose (10%) sem adição de álcool (Figura 13A)

e com adição da mistura de etanol e isopropanol (25% - 1:1)

(Figura 13B).

Os pós obtidos a partir desses sistemas sem a adição

de álcool apresentam uma estrutura completamente amorfa

(Figura 13A). A adição da mistura de alcoóis isopropanol/etanol

(25% - 1:1) promove a indução da cristalinidade dos açúcares

presentes, mas a estrutura não apresenta qualquer tendência à

orientação, como mostrado na Figura 13B.

FIGURA 11. Fotomicrografias obtidas por microscopia eletrônica de varredura do sistema 13 (sacarose a 10% e frutose a 5%) liofilizado. A) sem adição de álcool e B) adição de isopropanol a 25% (Ampliação 2.000x).

FIGURA 12. Fotomicrografias obtidas por microscopia eletrônica de varredura do sistema 11 (sacarose a 7% e frutose a 7%) liofilizado. A) sem adição de álcool e B) adição de isopropanol a 15% (Ampliação 2.000x).



4. CONCLUSÕES

A indução de cristalização de açúcares constituintes de sucos de frutas (sacarose e frutose) durante o congelamento favorece a obtenção de pós liofilizados mais estáveis em relação ao seu comportamento higroscópico.

As proporções de sacarose e frutose contidas nos sistemas-modelo testados não influenciaram de forma significativa as características de sorção de água dos pós liofilizados, contudo os sistemas que continham apenas sacarose isolada apresentaram maior organização da estrutura cristalina e conseqüentemente adsorção de água menos pronunciada quando expostos às condições controladas de temperatura e umidade relativa.

Os açúcares de sistemas-modelo que não receberam tratamento de indução por adição de álcool produziram pós liofilizados com estruturas tipicamente amorfas e uma adsorção de umidade notável, caracterizada também pela dessorção de água durante o fenômeno de recristalização, comum em estruturas amorfas de açúcares.

Os possíveis mecanismos que justificam os fenômenos observados estão provavelmente relacionados às fortes ligações de hidrogênio entre água e álcool, promovendo a supersaturação e a cristalização das moléculas de açúcares.

AGRADECIMENTOS

À Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (Capes) pelo apoio financeiro. Ao Tales Márcio de Oliveira Giarola pela assistência técnica nas análises de

microscopia. Ao Professor Doutor Kiyoshi Matsuoka, da Universidade Federal de Viçosa, pelas facilidades ao acesso a equipamentos necessários para a conclusão deste estudo.

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FIGURA 13. Fotomicrografias obtidas por microscopia eletrônica de varredura do sistema 12 (sacarose a 7% e frutose a 10%) liofilizado. A) sem adição de álcool e B) adição de mistura etanol/isopropanol a 25% (Ampliação 2.000x).



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redução da higroscopicidade de pós liofilizados pela ... · a liofilização das amostras foi...

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