wismar carlo zanella -...

UNIVERSIDADE FEDERAL DE ALFENAS

WISMAR CARLO ZANELLA

EFEITO DA TEMPERATURA E DO pH NA ESTABILIDADE

DE CORANTES NATURAIS UTILIZADOS EM ALIMENTOS

Poços de Caldas/MG

2014

WISMAR CARLO ZANELLA

EFEITO DA TEMPERATURA E DO pH NA ESTABILIDADE

DE CORANTES NATURAIS UTILIZADOS EM ALIMENTOS

Trabalho de conclusão de curso apresentado como parte dos requisitos para obtenção do título de Bacharel em Engenharia Química pela Universidade Federal de Alfenas (UNIFAL-MG). Orientadora: Prof.ª Dr.ª Mariana Altenhofen da Silva.

Poços de Caldas/MG

2014

Z28e Zanella, Wismar Carlo.

Efeito da temperatura e do pH na estabilidade de corantes naturais utilizados em

alimentos. / Wismar Carlo Zanella;

Orientação de Mariana Altenhofen da Silva. Poços de Caldas: 2014.

30 fls.: il.; 30 cm.

Inclui bibliografias: fls. 25-26

Trabalho de Conclusão de Curso (Graduação em Engenharia Química) –

Universidade Federal de Alfenas– Campus de Poços de Caldas, MG.

1. Urucum 2. Cúrcuma 3. Carmim 4. Corantes naturais. I. Silva, Mariana Altenhofen da

(orient.). II. Universidade Federal de Alfenas - Unifal. III. Título.

CDD 660.6

AGRADECIMENTOS

À Universidade Federal de Alfenas pela oportunidade e por ter provido o

espaço e os equipamentos necessários para a realização do trabalho.

Aos técnicos dos laboratórios que de alguma forma auxiliaram na parte

experimental do trabalho.

À professora Mariana, orientadora, pelos valiosos conselhos, ideias, dicas e

sugestões para a elaboração do TCC I e II, além de todo o tempo e dedicação

oferecidos em prol de ambos os trabalhos.

À minha família, pelo apoio e incentivo ao longo da minha jornada estudantil;

em especial ao meu pai, pelo apoio financeiro durante a graduação.

Ao professor Cláudio Gonçalves, por ter me aconselhado e incentivado a

cursar Engenharia Química quando eu ainda estava no Ensino Médio.

A todos os meus amigos, de perto e de longe, com os quais compartilho

muitas boas lembranças e através dos quais pude superar os momentos difíceis.

RESUMO

Os corantes são os aditivos químicos de maior relevância em vários setores da

indústria, sobretudo o alimentício. A partir do século XIX, com a popularização dos

corantes produzidos sinteticamente, os corantes naturais foram sendo substituídos,

principalmente por motivos econômicos. No entanto, busca-se cada vez mais

desenvolver metodologias e processos economicamente viáveis a fim de tornar mais

abrangente o uso desses corantes na indústria. Este trabalho avaliou a estabilidade

de três dos corantes naturais mais utilizados – o carmim, o urucum e a cúrcuma –,

em diferentes condições de pH e temperatura por um período de aproximadamente

7 dias. Para a análise estatística do experimento, foi traçado um planejamento

fatorial 22 com três repetições no ponto central, totalizando 7 ensaios para cada

corante. As variáveis estudadas foram a temperatura (40ºC e 80ºC) e o pH (3,0 e

6,0). Através dos resultados obtidos observou-se que o aumento da temperatura foi

o fator que mais contribuiu para a degradação do urucum e da cúrcuma. Por outro

lado, valores baixos de pH prejudicaram a estabilidade do urucum, e, principalmente,

do carmim, sendo que seu efeito de degradação foi potencializado em ambos

quando combinados a altas temperaturas. Com relação à coloração, o carmim foi o

corante que mudou de cor mais rapidamente, exceto no ensaio a 40ºC e pH 6,0.

Apesar disso, foi o único corante que não degradou completamente ao fim do

experimento.

Palavras-chave: Degradação de corantes naturais. Urucum. Cúrcuma. Carmim.

ABSTRACT

Dyes are the most important chemical additives in many sectors of the food industry.

Since the 19th century, synthetically produced dyes became more popular and,

mostly for economic reasons, were gradually replacing the natural dyes. However,

the search for more economically viable processes and methodologies grows each

day more, with the purpose to make the use of these dyes wider in the industry. This

work evaluated the stability of three important natural dyes commercially used

(annatto, turmeric and carmine) in different conditions of pH and temperature for

about a week. A factorial experimental design 22 with 3 central points (7 experiments

in total, for each dye solution) was used to evaluate the effect of temperature (40 to

80°C) and pH (3,0 to 6,0) on the color stability of the dye solution. Results have

shown that temperature was the factor that most contributed to the degradation of the

annatto and the turmeric. In contrast, low values of pH negatively affected the

stability of the carmine and annatto. The effect was even more intense when it was

combined with high temperatures. Concerning the color, carmine was the one that

changed his color more quickly, except in the run at 40ºC and pH 3.0. Nevertheless,

it was the only dye that did not degraded completely by the end of the experiment.

Key Words: Degradation of natural dyes. Annatto. Turmeric. Carmine.

SUMÁRIO

1. INTRODUÇÃO ..................................................................................................... 7

2. REVISÃO BIBLIOGRÁFICA ................................................................................ 8

2.1 Corantes naturais e sintéticos .......................................................................... 8

2.2 Urucum ................................................................................................................ 8

2.3 Carmim de cochonilha ....................................................................................... 9

2.4 Cúrcuma ............................................................................................................ 10

2.5 Influência do pH e da temperatura na estabilidade dos corantes ................ 11

3. MATERIAIS E MÉTODOS ................................................................................. 13

3.1 Materiais ............................................................................................................ 13

3.2 Preparo das soluções de corantes ................................................................. 13

3.3 Ensaios de estabilidade ................................................................................... 14

4. RESULTADOS E DISCUSSÃO ......................................................................... 17

4.1 Ensaios de estabilidade ................................................................................... 18

5. CONCLUSÃO .................................................................................................... 25

REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ......................................................................... 26

ANEXOS ................................................................................................................... 28

7

1. INTRODUÇÃO

A aceitação de um produto alimentício pelo consumidor está diretamente

relacionada a sua cor. Nesse contexto, as cores são adicionadas aos alimentos

para, entre outros motivos, restituir a aparência original, afetada durante as etapas

de processamento, de estocagem, de embalagem ou de distribuição; tornar o

alimento visualmente mais atraente, ajudando a identificar o aroma normalmente

associado a determinados produtos; conferir cor aos desprovidos de cor e reforçar

as cores presentes nos alimentos (CONSTANT et al, 2002).

Por conseguinte, os corantes têm sido atualmente os aditivos químicos mais

utilizados e estudados na indústria alimentícia. O mercado mundial de corantes

alimentares é avaliado economicamente em torno de 1,25 bilhão de dólares, dos

quais 40% são de corantes sintéticos contra 28% de corantes naturais, o que é

justificado pela maior estabilidade e menor custo dos artificiais. Não obstante, os

corantes naturais têm crescido anualmente entre 5 e 10%, enquanto os sintéticos

têm crescimento anual de 2 a 5 % (SCHIOZER & BARATA, 2007).

Esse maior crescimento reflete a crescente demanda dos consumidores por

alimentos mais próximos ao natural com mínima adição de produtos químicos. Além

disso, certamente é consequência direta do número cada vez maior de estudos e

esforços no sentido de diminuir os custos de produção desses corantes, bem como

de verificar e melhorar sua estabilidade em diferentes condições. O presente

trabalho teve como objetivo estudar a estabilidade de três corantes relevantes na

indústria de alimentos: o urucum, a cúrcuma e o carmim de cochonilha. Foram

avaliados os efeitos do pH e da temperatura, bem como a interação entre estes

fatores, na degradação da cor destes corantes em soluções de ácido cítrico.

8

2. REVISÃO BIBLIOGRÁFICA

2.1 Corantes naturais e sintéticos

A arte de colorir acompanha o homem desde a mais remota antiguidade. De

acordo com dados arqueológicos, entre 40.000 a.C. e 10.000 a.C. já eram

encontradas peças de vestuários e utensílios coloridos. Até o século XIX, o número

de corantes e pigmentos conhecidos era muito reduzido, sendo estes extraídos de

plantas, animais e alguns minerais com elevado custo (FRINHANI, 2003).

No entanto, no ano de 1856, o britânico William Henry Perkin sintetizou

acidentalmente a malva, de cor voltada para o azul, considerada o primeiro corante

artificial. Desde então, muitos avanços foram obtidos na área de corantes sintéticos.

Sua popularização e presença nas mais diversas indústrias demonstram que estes

corantes são preferencialmente utilizados devido à maior estabilidade e poder

tintorial, bem como ao menor custo em relação aos corantes naturais tradicionais

(GONZÁLEZ, 2012).

Apesar disso, o que se constata é uma forte tendência na redução do número

de aditivos sintéticos permitidos nos países desenvolvidos. Por outro lado, os

corantes naturais têm sido utilizados há anos na indústria alimentícia sem evidências

de danos à saúde. Alguns são solúveis em óleo, proporcionam cores mais suaves e

conferem ao produto um aspecto natural, o que aumenta a aceitação pelo

consumidor (CONSTANT et al, 2002; LOPES et al, 2007).

2.2 Urucum

A fonte do corante consiste nas sementes da Bixa Orellana, uma árvore

tropical originária da América (Figura1a). Atualmente, o Brasil produz por volta de 12

mil toneladas por ano de urucum, o que o faz o maior produtor mundial. As principais

aplicações dos corantes de urucum estão na área alimentícia, sendo encontrado em

recheios de biscoitos, cereais, bolos, queijos, bebidas lácteas, sobremesas, geleias,

salsichas, dentre outros produtos (GONZÁLEZ, 2012). A Figura 1b mostra o corante

processado em pó.

9

Figura 1 – (a) Sementes de urucum; (b) urucum em pó.

Cerca de 80% da coloração das sementes de urucum é devida ao

componente ativo 9’-cis-bixina, chamada comumente de bixina. A partir da bixina

são obtidos os demais pigmentos do urucum, como a norbixina (lipossolúvel), o sal

da norbixina (hidrossolúvel) e os produtos de degradação térmica (lipossolúveis e de

coloração amarela mais estável) (GONZÁLEZ, 2012; CONSTANT et al, 2002).

Mecanicamente, o extrato de urucum é obtido por abrasão do pericarpo das

sementes submerso em óleo vegetal aquecido a temperaturas entre 70 e 130ºC. O

aquecimento utilizado na extração isomeriza a cis-bixina, em trans-bixina (ou

norbixina), mais solúvel em óleo, resultando em um produto com 0,2 a 0,5% de

pigmento (FRINHANI, 2003). Técnicas mais modernas também são reportadas na

literatura, como por exemplo a extração com CO2 supercrítico (SILVA et al, 2008).

Após a extração, a determinação do teor de bixina e norbixina pode ser feito de

forma bastante precisa através de Cromatografia Líquida de Alta Eficiência (CLAE)

(TOCCHINI & MERCADANTE, 2001).

2.3 Carmim de cochonilha

O corante conhecido como carmim de cochonilha é extraído da fêmea do

inseto chamado Dapctylopiuscoccus, parasitário de cactos (Figura 2a). Na indústria

alimentícia, é utilizado principalmente na fabricação de cereais, massas, bebidas

não alcoólicas, molhos, geleias e recheios (GONZÁLEZ, 2012). A Figura 2b mostra o

carmim em pó, depois de processado.

(a)

(b)

10

Figura 2 – (a) Cochonilha, fonte do corante carmim; (b) carmim em pó.

Seus principais constituintes são: o ácido carmínico, que é o responsável pelo

poder tintorial do corante; e o camim propriamente dito, que corresponde aos

complexos formados a partir do ácido carmínico e alumínio (GONZÁLEZ, 2012;

CONSTANT et al, 2002).

O processo de extração se inicia com a remoção cuidadosa dos insetos

presentes nos cactos. Então, os insetos são desidratados por secagem natural.

Após secos, estes são submetidos a uma temperatura de aproximadamente 100ºC

em uma solução de amônia ou carbonato de sódio. A fração insolúvel é filtrada e a

esta adiciona-se alúmen de potássio dodecahidratado (KAl(SO4)2∙12H2O) para que

ocorra a precipitação do composto (BORGES et al, 2012).

2.4 Cúrcuma

A Curcuma Longa L ou açafrão da Índia é uma planta herbácea perene da

família das Zingiberaceae, de origem no sudeste asiático (Figura 3). Como corante,

é uma importante fonte de cor amarela na área alimentícia, sendo largamente

utilizada em picles, maionese, mostarda, revestimento de filés de peixe congelado,

produtos cárneos, massas alimentícias, sucos, gelatinas, queijos e manteiga

(GONZÁLEZ, 2012; PEREIRA & STRINGHETA, 1998).

A curcumina é o principal pigmento presente em seus rizomas, contribuindo

com 50 a 60% dos pigmentos totais. Além desta, o corante é composto por mais

dois compostos amarelos derivados da curcumina: a demetoxi-curcumina e a bis-

demetoxi-curcumina, os quais são responsáveis por 20 a 30% e 7 a 20% dos

pigmentos, respectivamente. (CONSTANT et al, 2002).

(a) (b)

11

Figura 3 – Rizomas do açafrão e o pó de cúrcuma comercial.

Atualmente, são três os produtos de cúrcuma disponíveis comercialmente: o

pó de cúrcuma (Figura 3), a oleoresina de cúrcuma e o extrato de curcumina. A

curcumina pura não é ideal para aplicação direta em alimentos devido a sua

insolubilidade em água, havendo a necessidade de misturá-la com solventes e

emulsificantes de grau alimentício. A escolha destes solventes envolve uma série de

fatores, desde a eficiência da extração até a facilidade de economia na recuperação

do solvente (CONSTANT et al, 2002; PEREIRA & STRINGHETA, 1998).

No caso da oleoresina, álcool etílico, acetona e dicloro etileno têm sido

indicados como bons solventes. Quando há a necessidade de remover o sabor

característico da cúrcuma, recomenda-se a utilização de solventes seletivos como o

hexano, os quais removem o princípio amargo da cúrcuma sem afetar o conteúdo de

curcuminóides (PEREIRA & STRINGHETA, 1998). Da mesma forma que para o

urucum, estudos mais recentes têm sido feitos no que diz respeito à extração com

fluidos supercríticos, produzindo resultados bastante satisfatórios (CHASSAGNEZ et

al, 1997; BRAGA, 2005).

2.5 Influência do pH e da temperatura na estabilidade dos corantes

O ácido carmínico é mais instável às variações de pH que o carmim. Este

mantém a cor vermelha na faixa de pH entre 4 e 10, tornando-se azul acima desse

valor; o carmim, por outro lado, apresenta tonalidade alaranjada em pH ácido,

avermelhada na faixa de 5 a 7 e azul na região alcalina (CONSTANT et al, 2002).

12

A bixina também é sensível às variações no pH, pois muda de amarelo-

alaranjado para rosa fraco em pH ácido. No entanto, em condições alcalinas, pode

sofrer saponificação e produzir a norbixina, que é mais estável, porém pouco solúvel

em água em pH não-alcalino (CONSTANT et al, 2002; FRINHANI, 2003).

Em contrapartida, os constituintes da cúrcuma são instáveis em meio alcalino,

sobretudo a curcumina. Em uma faixa de pH de 4 a 7, as perdas de coloração não

são significativas a baixas temperaturas. Acima de pH 7,7, a velocidade de

degradação se torna quase três vezes maior (GONZÁLEZ, 2012; PEREIRA &

STRINGHETA, 1998).

No que se refere à temperatura, os 3 corantes são relativamente estáveis

abaixo de 100ºC, especialmente o carmim, que muda de cor apenas em

temperaturas acima de 135ºC. Todavia, isso ocorre apenas quando as condições de

pH são mantidas ótimas. O efeito de altas temperaturas, mesmo que menores que

100ºC, combinado com valores de pH extremos, potencializa fortemente a

degradação da cor dos corantes, principalmente no que diz respeito aos pigmentos

do urucum e da cúrcuma. (GONZÁLEZ, 2012; FRINHANI, 2003).

13

3. MATERIAIS E MÉTODOS

3.1 Materiais

As amostras de corantes foram gentilmente cedidas pela empresa Chr.

Hansen Ind. e Com. Ltda. (Valinhos, São Paulo) sendo estas três amostras líquidas

(carmim, urucum e cúrcuma), e duas amostras em pó (urucum e cúrcuma). No

entanto, estas duas últimas foram descartadas do estudo porque se mostraram

insolúveis na solução de ácido cítrico. As especificações dos corantes líquidos

fornecidas pelo fabricante estão contidas nos anexos A, B e C.

No preparo das soluções dos corantes foi utilizado ácido cítrico P.A. (Ecibra,

São Paulo). Isto porque o ácido cítrico é amplamente empregado na indústria como

um importante ingrediente em alimentos, sendo portanto um ótimo simulante

alimentício. Hidróxido de sódio (0,1M) foi utilizado para o ajuste do pH das soluções

de corantes.

3.2 Preparo das soluções de corantes

Para o estudo da estabilidade dos corantes naturais inicialmente preparou-se

uma solução estoque de ácido cítrico 0,05% (m/v). Foi utilizada esta baixa

concentração para facilitar a posterior alcalinização das amostras estudadas.

Testes preliminares foram realizados a fim de se definir a concentração dos

corantes a ser utilizada para o estudo da estabilidade. A escolha foi baseada nos

dados de absorbância obtidos para cada solução. As concentrações utilizadas nos

testes de estabilidade para cada corante estão apresentadas na Tabela 1. A

concentração da solução de carmim foi de 0,1% (m/v). No entanto, verificou-se

necessário alterar as concentrações de urucum e cúrcuma. No caso do urucum, pela

amostra original conter baixa concentração de norbixina (ver Anexo C), fez-se

necessária uma concentração cinco vezes maior (0,5% m/v) para que a solução

adquirisse a cor esperada. Em contrapartida, devido à alta porcentagem de

curcumina na amostra de cúrcuma (ver Anexo B), foi preciso diluí-la para uma

concentração de 0,025% (m/v); do contrário, suas leituras de absorbância estariam

acima do limite do equipamento, que é de 3,5.

14

Tabela 1 - Concentração de corantes nas soluções

Corante Concentração (m/v)

Carmim 0,1%

Urucum 0,5%

Cúrcuma 0,025%

Após a adição do corante na solução de ácido cítrico, estas foram agitadas

até que se tornaram homogeneamente coloridas (Figura 4).

Figura 4 – Corantes em solução de ácido cítrico, antes do ajuste de pH: (a) carmim; (b) urucum; (c) cúrcuma.

3.3 Ensaios de estabilidade

Foram realizados testes de estabilidade em diferentes condições de pH (3,0,

4,5 e 6,0) e diferentes temperaturas (40, 60 e 80°C). Os testes foram feitos apenas

em condições ácidas porque grande parte dos alimentos industrializados apresenta

valores de pH inferiores a 7,0. Para avaliar os efeitos das variáveis estudadas na

estabilidade da cor de cada corante foi utilizado um planejamento experimental 22

com 3 repetições no ponto central. Os ensaios, juntamente com as variáveis reais e

(a)

(b)

(c)

15

codificadas, estão apresentados na Tabela 2. A resposta (variável dependente)

avaliada foi a medida de absorbância relativa da solução de corante após um tempo

determinado posteriormente.

Os dados foram analisados com o uso do Software Statistica V7 (Stasoft Inc.,

EUA).

Tabela 2 – Delineamento estatístico relacionando as variáveis codificadas com seus respectivos

valores reais

Ensaio Variáveis codificadas Variáveis reais

X1 X2 T (ºC) pH

1 -1 -1 40 3,0

2 +1 -1 80 3,0

3 -1 +1 40 6,0

4 +1 +1 80 6,0

5 0 0 60 4,5

6 0 0 60 4,5

7 0 0 60 4,5

No início de cada experimento, o pH de cada solução de corante era

ajustado, de acordo com valor desejado, adicionando-se solução de NaOH 0,1M. A

alcalinização foi necessária em todos os casos porque as soluções dos três corantes

em ácido cítrico apresentaram pH em torno de 2,8, sendo portanto menor que o

limite inferior estudado (pH=3,0). A seguir, alíquotas de aproximadamente 10 mL

foram transferidas para tubos de ensaio, os quais foram acondicionados em um

suporte. O suporte com os tubos foi então colocado em um Banho-Maria ajustado na

temperatura desejada do experimento.

A estabilidade da cor das soluções dos corantes foi avaliada pela medida da

absorbância relativa, ou seja, a razão entre as absorbâncias no tempo t e no tempo

0 (At/Ao). Para as medidas de absorbância foi utilizado um espectrofotômetro visível

(Marca Hach, Modelo DR 2800, EUA). Como o equipamento não realiza varredura,

baseado em dados da literatura referentes ao pico de máxima absorbância dos

16

corantes, foram necessários testes preliminares para determinar até quatro

comprimentos de onda (capacidade de medição do espectrofotômetro empregado)

que apresentassem os mais altos valores de absorbância para cada corante. A

Tabela 3 relaciona os comprimentos de onda monitorados durante o experimento.

As medidas de absorbância de cada solução de corante foram realizadas em

intervalos pré-determinados por cerca de 1 semana.

Tabela 3 – Valores de comprimento de onda monitorados no experimento

Corante λ (nm)

Carmin 510 520 530 550

Urucum 360 370 390 400

Cúrcuma 400 410 420 440

17

4. RESULTADOS E DISCUSSÃO

Durante o experimento, as amostras de carmim em todos os ensaios

apresentaram mudanças visíveis na coloração, exceto no ensaio 3 (pH=6,0/

T=40ºC). No ensaio 2 (pH=3,0 / T=80ºC), isso ocorreu em menos de 10 minutos. A

cor mudou de rosa forte para marrom-amarelado ou salmão, dependendo da

amostra (Figura 5). Apesar disso, em nenhum dos ensaios houve perda total da cor.

Figura 5 – Cor adquirida por duas amostras de carmim do ensaio 1 ao final do experimento.

As amostras de cúrcuma e urucum apresentaram comportamento

semelhante: nos ensaios a 40ºC, não houve alterações significativas na coloração.

No entanto, a 80ºC todas as amostras de cúrcuma e urucum degradaram

completamente a partir do terceiro dia de experimento e tornaram-se praticamente

transparentes com a formação de precipitado por toda a amostra em alguns casos, o

que comprometeu as leituras de absorbância após esse período (Figuras 6b e 6c,

para a cúrcuma e o urucum, respectivamente). No caso da cúrcuma, antes da

degradação completa, sua cor mudou de amarelo brilhante para amarelo pálido

(Figura 6a).

18

A

B

(a) (b) (c)

Figura 6 – Aparência das soluções de cúrcuma no ensaio 2 (pH=3,0 / 80°C) após 2 dias (a) e após 3

dias (b) e da solução de urucum no ensaio 2 após 3 dias (c).

4.1 Ensaios de estabilidade

A estabilidade da cor das soluções dos corantes nas diferentes condições de

pH e temperatura estudadas (conforme planejamento experimental) foi

acompanhada por um período de aproximadamente uma semana. A partir dos

resultados, escolheu-se para análise o comprimento de onda de maior absorbância

para cada corante. O carmim apresentou pico de máxima absorbância em 510 nm, o

urucum em 360 nm e a cúrcuma em 420 nm. Nas Figuras 7, 8 e 9 estão

representadas as curvas de absorbância relativa em função do tempo para as

soluções de carmim, urucum e cúrcuma, respectivamente.

19

Figura 7 – Cinética de degradação da cor das soluções de carmim (0,1%) em ácido cítrico (0,05%)

nas diferentes condições de pH e temperatura estudadas (A = absorbância em 510 nm).

Figura 8 – Cinética de degradação da cor das soluções de urucum (0,5%) em ácido cítrico (0,05%)

nas diferentes condições de pH e temperatura estudadas (A = absorbância em 360 nm).

0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0,9

1

0 1 2 3 4 5 6 7 8

At/A

0

Tempo (dias)

pH=3,0 / 40°C

pH=3,0 / 80°C

pH=6,0 / 40°C

pH=6,0 / 80°C

pH=4,5 / 60°C

0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0,9

1

0 1 2 3 4 5 6 7 8

At/A

0

Tempo (dias)

pH=3,0 / 40°C

pH=3,0 / 80°C

pH=6,0 / 40°C

pH=6,0 / 80°C

pH=4,5 / 60°C

20

Figura 9 – Cinética de degradação da cor das soluções de cúrcuma (0,025%) em ácido cítrico

(0,05%) nas diferentes condições de pH e temperatura estudadas (A = absorbância em

420 nm).

Percebe-se a ocorrência de erros experimentais e flutuações anormais, já que

em teoria os valores de absorbância relativa devem ser sempre decrescentes ao

longo do tempo. Isso não ocorreu em todos os casos, e o erro foi bastante evidente

no ensaio 2 do carmim (Figura 7, curva verde), no qual os valores de absorbância

foram crescentes a partir da primeira hora de experimento até cerca de 3000

minutos. Esses erros podem ter sido causados pela presença de precipitado

formado em alguns ensaios.

Para a análise estatística dos dados por meio do planejamento experimental

fixou-se o tempo de 1600 minutos (pouco mais de 1 dia) para todas as condições

estudadas. Após esse tempo algumas amostras começaram a apresentar sinais de

formação de precipitado e perda de coloração Os valores de absorbância relativa de

cada ensaio neste tempo estão expressos na Tabela 4.

0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0,9

1

0 1 2 3 4 5 6 7 8

At/A

0

Tempo (dias)

pH=3,0 / 40°C

pH=3,0 / 80°C

pH=6,0 / 40°C

pH=6,0 / 80°C

pH=4,5 / 60°C

21

Tabela 4 – Medidas de absorbância relativa a 1600 minutos para a solução dos corantes

Ensaio At/A0 para t≈ 1600 min.

Carmim Urucum Cúrcuma

1 0,494 0,931 0,937

2 0,690 0,475 0,245

3 0,968 0,896 0,874

4 0,746 0,839 0,056

5 (C) 0,653 0,778 0,642

6 (C) 0,667 0,731 0,672

7 (C) 0,671 0,747 0,682

O tratamento estatístico dos dados foi realizado através do software

STATISTICA, obtendo-se as análises de variância (Tabelas 5, 6 e 7), bem como os

respectivos diagramas de Pareto (Figuras 10, 11 e 12), para o carmim, o urucum e a

cúrcuma, respectivamente, todos em função do erro residual total. Nas Tabelas 5, 6

e 7, as duas primeiras linhas correspondem ao efeito principal da temperatura e do

pH, respectivamente; a terceira linha, “1by2”, caracteriza a interação entre os dois

fatores. Os efeitos são significativos apenas quando o “valor-p” (última coluna das

tabelas) é inferior a 0,05, ou seja, quando se tem uma probabilidade maior que 95%

de que os fatores em questão, de fato interferem na degradação dos corantes. Essa

porcentagem é o valor padrão utilizado na maioria dos experimentos científicos.

Tabela 5 – Análise de variância para a degradação do carmim

Soma dos

Quadrados

(SQ)

Graus de

Liberdade

(GL)

Média

Quadrática

(SQ/GL)

Valor F Valor p

Temperatura 0,000173 1 0,000173 0,08009 0,795579

pH 0,070231 1 0,070231 32,45155 0,010726*

1 by 2 0,043692 1 0,043692 20,18872 0,020574*

Error 0,006493 3 0,002164

Total SS 0,120589 6

* Fatores significativos ao nível de significância de 95% (ou seja, p < 0,05)

22

Figura 10 – Diagrama de Pareto para a degradação do carmim.

A partir da Tabela 5 e da Figura 10, percebe-se que o pH é o fator que mais

exerce influência na degradação do carmim. Seu valor positivo no diagrama indica

que um aumento no pH dificulta o processo de degradação, pois aumenta a

absorbância relativa do corante. Por outro lado, o efeito principal da temperatura não

foi significativo; no entanto, nota-se que o efeito de interação entre os dois fatores,

especialmente a altas temperaturas e pH ácido, foi bastante relevante.

Tabela 6 – Análise de variância para a degradação do urucum

Soma dos

Quadrados

(SQ)

Graus de

Liberdade

(GL)

Média

Quadrática

(SQ/GL)

Valor F Valor p

Temperatura 0,065552 1 0,065552 64,62626 0,004020*

pH 0,026984 1 0,026984 26,60280 0,014133*

1 by 2 0,039634 1 0,039634 39,07488 0,008260*

Error 0,003043 3 0,001014

Total SS 0,135213 6


Pareto Chart of Standardized Effects; Variable: k

2**(2-0) design; MS Residual=,0021642

DV: k

-,283002

-4,49319

5,696626

p=,05

Standardized Effect Estimate (Absolute Value)

(1)Temperatura

1by2

(2)pH

23

Figura 11 – Diagrama de Pareto para a degradação do urucum.

No caso do processo de degradação do urucum, todos os efeitos foram

significativos, sobretudo a temperatura, cujo aumento favorece muito a degradação.

O efeito do pH foi mais uma vez inverso ao da temperatura: seu aumento ocasionou

taxas mais lentas de degradação do corante. Já o efeito de interação entre os

fatores se mostra bastante evidente ao analisar a curva verde da Figura 8 (pH

3,0/80°C), em que os valores de absorbância relativa foram bem inferiores quando

comparados com a curva azul (pH 3,0/40°C) e com a curva roxa (pH 6,0/80°C).

Tabela 7 – Análise de variância para a degradação da cúrcuma

Soma dos

Quadrados

(SQ)

Graus de

Liberdade

(GL)

Média

Quadrática

(SQ/GL)

Valor F Valor p

Temperatura 0,570643 1 0,570643 51,59284 0,005560*

pH 0,015757 1 0,015757 1,42465 0,318422

1 by 2 0,003964 1 0,003964 0,35837 0,591599

Error 0,033182 3 0,011061

Total SS 0,623545 6


Pareto Chart of Standardized Ef f ects; Variable: Abs. rel.


DV: Abs. rel.

5,15779

6,25099

-8,03905

p=,05

Standardized Ef f ect Estimate (Absolute Value)

(2)pH

1by 2

(1)Temperatura

24

Figura 12 – Diagrama de Pareto para a degradação da cúrcuma.

Para a cúrcuma, a temperatura foi o único fator que influenciou

significativamente em sua degradação: os ensaios a 80ºC apresentaram os valores

mais baixos de absorbância relativa ao longo do tempo. Apesar do pH não exercer

efeito significativo, é importante notar seu valor negativo na Figura 12,

demonstrando que, diferente do carmim e do urucum, a degradação foi mais lenta

em pH = 3,0 do que em pH = 6,0.

Pareto Chart of Standardized Ef f ects; Variable: Abs. rel.


DV: Abs. rel.

-,598639

-1,19359

-7,18282

p=,05

Standardized Ef f ect Estimate (Absolute Value)

1by 2

(2)pH

(1)Temperatura (ºC)

25

5. CONCLUSÃO

Através deste estudo, foi possível avaliar os efeitos do pH, da temperatura, e

da combinação entre eles na degradação da cor do carmim, do urucum e da

cúrcuma em soluções de ácido cítrico.

O aumento da temperatura foi o fator que mais influenciou na degradação do

urucum e da cúrcuma. Ainda que para o carmim seu efeito principal não seja

significativo estatisticamente, quando combinado a valores baixos de pH, o resultado

foi uma velocidade de degradação muito mais rápida, especialmente no início do

experimento. Na indústria alimentícia, é necessário atenção na aplicação de

tratamentos térmicos no processamento de alimentos, pois, embora sejam de curta

duração, as temperaturas utilizadas são comumente superiores a 80ºC, e portanto

podem afetar negativamente o poder corante, especialmente da cúrcuma, que

apresentou uma degradação maior em um intervalo menor de tempo.

Para o carmim e o urucum, os ensaios a pH mais altos se mostraram mais

resistentes à degradação. A cúrcuma não foi afetada de forma significativa nesta

faixa de pH, embora surpreendentemente tenha reagido melhor com pH mais ácido.

Isso está de acordo com estudos já realizados, os quais apontam que a cúrcuma é

bastante estável em valores de pH abaixo de 7,0. O efeito do pH neste corante

provavelmente seria significativo se alguns testes fossem realizados em pH básico.

Devido a erros experimentais, não foi possível ajustar os dados da

degradação dos corantes a uma cinética de primeira ordem, e, portanto não foi

possível avaliá-los estatisticamente em função da constante de velocidade da

reação. Assim optou-se por fazer a análise dos dados em função da absorbância

relativa obtida em um mesmo tempo de reação (1600 min) para todos os ensaios e

amostras dos três corantes.

Apesar dos erros e flutuações anormais que surgiram ao longo do

experimento, os resultados estão em conformidade com o que é previsto pela

literatura.

26

REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

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BRAGA, M. E. M. Obtenção de compostos bioativos de Curcuma longa L. e Lippia alba M. por tecnologia supercrítica: rendimento global, cinética de extração, composição química e aproveitamento do resíduo amiláceo. 2005. Tese (Doutorado em Engenharia de Alimentos) – UNICAMP, Campinas, 2005.

CHASSAGNEZ, A. L. M., CORRÊA, N. C. F., MEIRELES, M. A. A. Extração de oleoresina de cúrcuma (Curcuma Longa L) com CO2 supercrítico. Ciência e Tecnologia de alimentos, Campinas, v. 17, n. 4, dez. 1997.

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GONZÁLEZ, N. D. L. Secagem convectiva de papel reciclado com incorporação de corantes naturais.2012. 169f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Química) –UNICAMP, Campinas, 2012.

LOPES, T. J.et al. Antocianinas: uma breve revisão das características estruturais e da estabilidade. Rev. Bras. Agrociência, Pelotas, v. 13, n. 3, p. 291-297, jul./set. 2007.

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SCHIOZER, A. L.; BARATA, L. E. S. Estabilidade de corantes e pigmentos de origem vegetal. Revista Fitos. Campinas, 2 de Junho. 2007.

27

SILVA‚ G.F. et al. Extraction of bixin from annatto seeds using supercritical carbon dioxide. Brazilian Journal of Chemical Engineering, São Paulo, v. 25, n. 2, p. 419-426, abr./jun. 2008.

da SILVA, J. G. C. Estatística experimental: análise estatística de experimentos. Instituto de Física e Matemática, Universidade Federal de Pelotas, Pelotas. 2003.

TOCCHINI L.; MERCADANTE, A. Z. Extração e determinação, por CLAE, de bixina e norbixina em coloríficos. Ciência e Tecnologia de Alimentos, Campinas, v. 21, n. 3, p. 310-313, set./dez. 2001.

28

ANEXOS

ANEXO A – Dados técnicos do carmim de cochonilha

Tabela 8 - Características físicas do carmim

Análise Especificação

Corante Carmim CC-300-WS FCC-II

Cor Vermelha escura tendendo a bordô

Aspecto Líquido

Odor Característico

pH Mínimo 11,00

Densidade a 20ºC (g/mL) 1,05 ± 0,05

Fragmentos (vidro, plástico duro, metal) Isento

Sujidades / Materiais estranhos Isento

Solubilidade em água a 20ºC Solúvel

Tabela 9 -Características químicas do carmim


Ácido Carmínico (%) 2,80 – 3,20

Arsênico (ppm) ≤ 3

Chumbo (ppm) ≤ 10

Mercúrio (ppm) ≤ 1

Cádmio (ppm) ≤ 1

Metais pesados expressos como chumbo ≤ 40

29

ANEXO B – Dados técnicos da cúrcuma

Tabela 10 - Características físicas da cúrcuma


Corante Cúrcuma WS

Cor Amarelo forte / amarelo claro a

amarelo ovo

Aspecto Líquido hidrossolúvel


Sabor Característico





Tabela 11 - Características químicas da cúrcuma


Curcumina (%) 7,6 – 8,6


Chumbo (ppm) ≤ 10


Cádmio (ppm) ≤ 1


Solvente residual (isolado ou em

combinação) (ppm) ≤ 50

Diclorometano (ppm) ≤ 10

30

ANEXO C – Dados técnicos do urucum

Tabela 12 - Características físicas do urucum


Corante Urucum A-260-WS

Cor Vermelho alaranjado escuro

Aspecto Líquido


Sabor Característico


pH Mínimo 11




Tabela 13 - Características químicas do urucum


Absorbância 0,243 – 0,278

Norbixina (%) 0,85 – 0,97

KOH (%) 1,8 – 2,1


Chumbo (ppm) ≤ 10


Cádmio (ppm) ≤ 1


wismar carlo zanella -...

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