Estudo da reologia de polissacarídeos utilizados

Revista Brasileira de Produtos Agroindustriais, Campina Grande, Especial, v.7, n.2, p.181-204, 2005
ISSN 1517-8595
REVIEW
ESTUDO DA REOLOGIA DE POLISSACARÍDEOS UTILIZADOS
NA INDÚSTRIA DE ALIMENTOS
Juliana Tófano de Campos Leite Toneli 1 , Fernanda Elisabeth Xidieh Murr 2 , Kil Jin Park 3
RESUMO
O estilo de vida atual da população está provocando uma crescente demanda por alimentos que
sejam, simultaneamente, práticos, saborosos e saudáveis. Os consumidores desejam consumir
alimentos que tragam benefícios à sua saúde, porém, não querem abrir mão das qualidades
sensoriais encontradas em alimentos ricos em gorduras. Esses fatores estão causando um grande
aumento no consumo de polissacarídeos, pois são ingredientes capazes de aumentar a
viscosidade das soluções ou induzir à formação de sistemas com características similares às
apresentadas pelos géis, controlando a estrutura e a textura de alimentos. Em busca de aprimorar
a qualidade dos produtos alimentícios e reduzir os custos de produção, inúmeras pesquisas têm
sido realizadas sobre os polissacarídeos que podem ser utilizados na produção de alimentos,
relacionando suas propriedades físicas e químicas com o seu comportamento, quando utilizado
em formulações sob diferentes condições. Dentre as propriedades dos polissacarídeos, o
comportamento reológico é de fundamental importância no projeto, na avaliação e na
modelagem de processos. Além disso, as propriedades reológicas também são indicadores da
qualidade do produto. Esse trabalho tem por objetivo ressaltar a importância do conhecimento
das propriedades reológicas dos polissacarídeos, face à grande variedade de produtos passíveis
de aplicação na indústria de alimentos e à riqueza das pesquisas desenvolvidas na área.
Palavras-chave: viscosidade, curvas de escoamento, gomas, amido, inulina.
STUDY OF THE RHEOLOGY OF POLYSACCHARIDES USED IN THE FOOD INDUSTRY
ABSTRACT
The population current life style is causing an increasing demand for food that is,
simultaneously, practical, flavorful and healthful. The consumers desire to eat foods that benefit
their health; however, they don’t want to lose the sensorial attributes found in foods that are rich
in fat. These factors are causing a great increase in the consumption of polysaccharides;
therefore, they are ingredients capable to increase the viscosity of the solutions or to induce the
formation of systems with similar characteristics to the characteristics presented by gel,
controlling the structure and the texture of foodstuffs. Innumerable researches about the
polysaccharides that can be used in the food production, relating its physical and chemical
properties with its behavior, when they are used in formulations under different conditions, has
been carried out to improve the quality of food products and to reduce the production costs.
Amongst the properties of the polysaccharides, the rheological behavior has fundamental
importance in the project, evaluation and modeling of processes. Moreover, the rheological
properties are also indicators of the quality of the product. This work has the objective of stand
out the importance of the knowledge of the polysaccharides rheological properties, because of
the great variety of products that can be applied in the food industry and the richness of the
researches developed in the area.
Keywords: viscosity, flow curves, gums, starch, inulin.
_____________________
Protocolo 31 de 28/07/2004
1 Departamento de Engenharia de Alimentos. Faculdade de Engenharia de Alimentos, Universidade Estadual de Campinas, P.O. Box 6121,
13083-970, Campinas, SP, Brasil. E-mail: juliana@agr.unicamp.br
1 Departamento de Engenharia de Alimentos. Faculdade de Engenharia de Alimentos, Universidade Estadual de Campinas, P.O. Box 6121,
13083-970, Campinas, SP, Brasil. E-mail: fexmurr@fea.unicamp.br
1 Faculdade de Engenharia Agrícola, Universidade Estadual de Campinas, P.O. Box 6011, 13084-971, Campinas, SP, Brasil. E-mail:
kil@agr.unicamp.br
181

182
Estudo da reologia de polissacarídeos utilizados na indústria de alimentos Toneli et al.
INTRODUÇÃO À REOLOGIA
Eugene C. Bingham foi o primeiro a
utilizar a palavra reologia ao definir que “tudo
escoa” (Steffe, 1996). Hoje, a Reologia pode ser
vista como a ciência da deformação e do
escoamento da matéria, ou seja, é o estudo da
maneira, segundo a qual os materiais
respondem à aplicação de uma determinada
tensão ou deformação.
Todos os materiais possuem propriedades
reológicas, de modo que a reologia é uma
ciência que pode ser aplicada em diversas áreas
de estudo. O estudo das propriedades reológicas
dos alimentos, segundo Rao (1977, 1986), é
essencial para várias aplicações que incluem
desde os projetos e avaliação de processos até o
controle de qualidade, a correlação com a
avaliação sensorial e a compreensão da
estrutura de materiais.
Steffe (1996) sugere que a reologia é a
ciência dos materiais em alimentos. De acordo
com o autor, podem-se destacar diversas áreas
na indústria de alimentos nas quais o
conhecimento dos dados reológicos é essencial:
a) Cálculos em engenharia de processos,
envolvendo grande variedade de
equipamentos, tais como bombas,
tubulações, extrusores, misturadores,
trocadores de calor, dentre outros;
b) Determinação da funcionalidade de
ingredientes no desenvolvimento de
produtos;
c) Controle intermediário ou final da
qualidade de produtos;
d) Testes de tempo de prateleira;
e) Avaliação da textura de alimentos e
correlação com testes sensoriais;
f) Análise de equações reológicas de estado
ou de equações constitutivas.
A Reologia Clássica começa com a
consideração de dois materiais ideais: o sólido
elástico e o líquido viscoso. O sólido elástico é
um material com forma definida que, quando
deformado por uma força externa dentro de
certos limites, irá retornar à sua forma e
dimensões originais, após a remoção dessa
força. O líquido viscoso não tem forma definida
e irá escoar, irreversivelmente, com a aplicação
de uma força externa (Stanley, et al., 1996).
Na reologia de sólidos, a propriedade
de maior interesse é a elasticidade ao passo que,
em líquidos, a viscosidade é a propriedade mais
importante. A viscosidade de um material pode
ser definida como a propriedade física dos
fluidos que caracterizam a sua resistência ao
escoamento (park & leite, 2001).
Reologia dos sólidos
Quando uma força é aplicada a um
material sólido e a curva resultante de tensão
versus deformação é uma linha reta, passando
pela origem, diz-se que o sólido é ideal ou
hookeano. Materiais hookeanos não escoam e
são linearmente elásticos. A tensão permanece
constante até que a deformação seja removida e,
uma vez que isso ocorra, o material retorna à
sua forma original. A Lei de Hooke pode ser
utilizada para descrever o comportamento de
muitos sólidos, quando submetidos a pequenas
deformações, tipicamente, inferiores a 1%.
Grandes deformações, normalmente, produzem
a ruptura do material ou um comportamento
não-linear.
O comportamento de um sólido
hookeano pode ser investigado, através de
ensaios de compressão uniaxial de uma amostra
cilíndrica. Se o material é comprimido de uma
forma tal que ele experimente uma mudança no
comprimento inicial (ho) e no diâmetro (do), a
tensão (σ) e a deformação (εc) normais podem
ser calculadas segundo a Equação (1) (Steefe,
1996).
F F
σ = = ;
2
A πd
o
4
ε =
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C
δh
h
o
(1)
onde:
F = força de compressão uniaxial [N]; A = área
de contato inicial [m 2 ];
δh = variação na altura da amostra [m]
Essas informações podem ser utilizadas
para a determinação do módulo de Young (E),
de acordo com a Equação (2), ou,
analogamente, do módulo cisalhante (G),
quando a tensão aplicada for de cisalhamento.
σ
E
ε
= (2)
c
De acordo com Steefe (1996), quando
grandes deformações são aplicadas, a
deformação de Hencky (εH) deve ser utilizada

Estudo da reologia de polissacarídeos utilizados na indústria de alimentos Toneli et al.
para calcular a deformação e o termo referente à
área, necessário para o cálculo da tensão,
deverá ser ajustado para as variações no raio,
provocadas pela compressão, como mostra a
Equação (3).
F
σ = (3)
π
( ) 2
R + δR
0
Onde R0 é o raio inicial do material, δR é a
variação na medida do raio, provocada pela
aplicação da tensão.
Reologia dos fluidos
O estudo da deformação em fluidos
pode ser realizado submentendo-os a uma
deformação contínua, a uma taxa constante.
Essa condição pode ser idealizada com a
utilização de duas placas paralelas com o fluido
colocado no espaço entre elas (gap), como
mostra a Figura 1. O prato inferior é fixo (u =
0) e o superior se move a uma velocidade
constante (u), gerando um perfil de velocidades
ao longo do fluido que, por sua vez, é igual à
taxa de deformação (γ& ).
x 2
Força
x 1
Área
u
u=0
Fonte: Adaptado de Steefe (1996)
Figura 1 – Perfil de velocidade entre placas
paralelas
O escoamento de cisalhamento simples,
também, pode ser chamado de escoamento
viscométrico. Ele inclui o escoamento axial em
uma tubulação, o escoamento rotacional entre
cilindros concêntricos, o escoamento rotacional
entre cone e placa e o escoamanto rotacional
entre placas paralelas.
De uma maneira geral, é possível
classificar o comportamento reológico dos
materiais, através de dois extremos idealizados:
sólidos perfeitos (hookeanos) e fluidos perfeitos
(newtonianos). Enquanto os sólidos ideais se
deformam, elasticamente, e a energia de
deformação é, completamente, recuperada,
quando cessa o estado de tensão, fluidos ideais
183
escoam, ou seja, se deformam de forma
irreversível e a energia de deformação é
dissipada na forma de calor. Dessa maneira, em
fluidos, a energia de deformação não é
recuperada, após o alívio da tensão (Pasquel,
1999).
Quando sólidos ideais são deformados,
a tensão gerada pela resistência à deformação é,
diretamente, proporcional à magnitude da
deformação, mas é independente da taxa em
que ela é aplicada. No outro extremo, a
resistência de um fluido newtoniano para o
movimento imposto é diretamente proporcional
à taxa de movimento, mas é independente da
magnitude da deformação (isto é, o fluxo
continua indefinidamente enquanto a tensão é
mantida) (Pasquel, 1999).
Quando fluidos newtonianos são
deformados, a tensão de cisalhamento gerada é,
diretamente, proporcional à taxa de
deformação. A resistência que o fluido oferece
ao escoamento é caracterizada como a sua
viscosidade newtoniana (μ), como mostra a
Equação (4). Os fluidos newtonianos, por
definição, possuem uma relação, estritamente,
linear entre tensão de cisalhamento e taxa de
deformação, com a linha passando pela origem
(Steefe, 1996).
σ = μ & γ
(4)
onde: σ = Tensão de cisalhamento (Pa); μ =
Viscosidade Newtoniana (Pa.s) e γ& = Taxa de
deformação (s -1 ).
Não existem, naturalmente, fluidos
perfeitos, ou ideais (sem viscosidade), mas
somente fluidos cujo comportamento se
aproxima do newtoniano, como é o caso de
líquidos puros, soluções verdadeiras diluídas e
poucos sistemas coloidais. Todos os fluidos
cujo comportamento não pode ser descrito pela
Equação (5) podem ser chamados de nãonewtonianos.
O coeficiente de viscosidade (μ)
para esses fluidos não newtonianaosé chamado
de viscosidade aparente (η).
Define-se a viscosidade aparente (η)
como a viscosidade dependente da taxa de
deformação γ& (s -1 ), de acordo com a Equação
(4), onde σ(Pa) é a tensão de cisalhamento.
σ = η(
& γ )γ&
(5)
A Figura 2 apresenta uma classificação
geral do comportamento reológico de fluidos:
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Newtonianos
Independentes do tempo
Pseudoplástico
Dilatante
Plásticos de Bingham
Herschel-Bulkley
Outros
Fluidos
não-newtonianos
Inelásticos Viscoelásticos
Dependentes do tempo
Tixotrópico Reopéctico
Figura 2 – Classificação do comportamento reológico de fluidos
Fluidos não-newtonianos viscoelásticos
podem ser descritos como aqueles que
apresentam, simultaneamente, propriedades de
fluidos (viscosas) e de sólidos (elásticas), sendo
que as propriedades viscosas podem ser nãonewtonianas
e dependentes do tempo. As
propriedades elásticas, por sua vez,
manifestam-se, através da presença de tensões
perpendiculares à direção de cisalhamento com
magnitude diferente daquelas apresentadas
pelas tensões paralelas à direção de
cisalhamento (Torrest, 1982). Segundo Steffe
(1996), manifestações dessa natureza podem ser
muito fortes e criar problemas, durante o
processamento de alimentos. Porém, em muitos
alimentos fluidos, o comportamento elástico é
pequeno ou pode ser desprezado, fazendo com
que a função viscosidade se torne a principal
área de interesse.
Fluidos não-newtonianos inelásticos são
todos aqueles que, de alguma maneira, não se
comportam de acordo com a relação descrita
pela Equação (4), quando são submetidos a uma
deformação. Eles podem ainda ser classificados
como dependentes ou independentes do tempo.
Fluidos com comportamento reológico
independente do tempo, sob condições de
temperatura e composição constantes,
apresentam viscosidade aparente dependente
somente da taxa de deformação ou da tensão de
cisalhamento. Para o caso de fluidos com
comportamento dependente do tempo, a
viscosidade aparente, também, depende da
duração dessa taxa de deformação (Rao, 1977 e
Rao, 1986).
Fluidos não-newtonianos com comportamento
reológico independente do tempo
Uma das possíveis características de
fluidos não-newtonianos é a existência de uma
tensão residual (σo) que, segundo Steffe (1996)
é uma tensão finita necessária para que o fluido
comece a escoar. Quando submetido a tensões
inferiores a σo, o material comporta-se como
um sólido, ou seja, armazena energia sob
pequenas deformações e não se nivela sob a
ação da gravidade, de maneira a formar uma
superfície lisa. De acordo com Steffe (1996), a
tensão residual é um conceito prático e muito
importante na determinação das condições de
processo e na análise de qualidade de produtos
como manteiga e iogurte, porém, trata-se de um
conceito idealizado.
Vários estudos têm sido desenvolvidos
acerca do conceito de tensão residual, sendo
que alguns questionam a sua existência, ao
passo que outros desenvolvem métodos
precisos para determiná-la, corretamente.
Barnes & Walters (1985) desafiaram a
existência da tensão residual ao afirmarem que
tudo escoa, dado tempo suficiente ou,
utilizando-se equipamentos com alta
sensibilidade. Segundo Barnes (1999), com o
passar do tempo e com o aumento da
sensibilidade dos equipamentos, tornou-se claro
que, não obstante haver uma pequena faixa de
tensão, através da qual as propriedades
mecânicas dos materiais sofrem alterações
dramáticas (uma tensão residual aparente),
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Estudo da reologia de polissacarídeos utilizados na indústria de alimentos Toneli et al.
esses materiais sempre apresentaram uma
deformação lenta, porém contínua, quando
tensionados sob valores inferiores a σo,
mostrando uma resposta elástica linear à tensão
aplicada.
Existem dois tipos de tensão residual:
estática e dinâmica. A tensão residual estática é
aquela medida em uma amostra que ainda não
sofreu qualquer tipo de deformação, ou seja,
que se encontra, completamente, nãoperturbada
e estruturada. A tensão residual
dinâmica é medida em uma amostra
completamente desestruturada e, geralmente, é
determinada por extrapolação de uma curva de
185
escoamento de equilíbrio. Em geral, a tensão
residual estática é, significativamente, maior do
que a dinâmica, a menos que o material
recupere a sua estrutura dentro de um curto
período de tempo, o que é incomum em
alimentos (Steffe, 1996).
Fluidos não-newtonianos podem ainda
ser classificados de acordo com a maneira com
que a viscosidade aparente varia com a taxa de
deformação, ou seja, se ela aumenta ou diminui
com o aumento da taxa de deformação.
A Figura 3 ilustra os diferentes tipos de
comportamento reológico para fluidos nãonewtonianos
independentes do tempo.
Figura 3 – Reogramas típicos de vários tipos de fluidos com comportamento reológico independente
do tempo
Plásticos de Bingham: caracterizam-se por
apresentarem uma tensão inicial ou residual, a
partir da qual o fluido apresenta uma relação
linear entre tensão de cisalhamento e taxa de
deformação.
Fluidos pseudoplásticos: caracterizam-se pela
diminuição na viscosidade aparente com o
aumento da taxa de deformação. Geralmente,
começam a escoar sob a ação de tensões de
cisalhamento infinitesimais, não havendo a
presença de uma tensão residual. No entanto,
alguns fluidos podem apresentar uma tensão
inicial, a partir da qual o comportamento
reológico passa a ser semelhante ao dos
pseudoplásticos.
Fluidos Dilatantes: caracterizam-se por
apresentar um aumento na viscosidade aparente
com o aumento da taxa de deformação.
Analogamente ao mencionado para os
pseudoplásticos, em alguns casos é possível
observar a presença de uma tensão residual, a
partir da qual o fluido começa a escoar,
apresentando comportamento análogo ao dos
fluidos dilatantes.
Os pseudoplásticos representam a maior
parte dos fluidos que apresenta comportamento
não-newtoniano. De acordo com VIDAL-
BEZERRA (2000), esse comportamento pode
ser explicado pela modificação da estrutura de
cadeias longas de moléculas com o aumento do
gradiente de velocidade. Essas cadeias tendem a
se alinha, paralelamente, às linhas de corrente,
diminuindo a resistência ao escoamento. Os
produtos que se comportam como fluidos
pseudoplásticos tendem a apresentar um
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Estudo da reologia de polissacarídeos utilizados na indústria de alimentos Toneli et al.
comportamento newtoniano, quando
submetidos a grandes gradientes de velocidade,
provocado pelo total alinhamento molecular.
Por outro lado, sob baixas taxas de deformação,
a distribuição, completamente, casual das
partículas, também, induz a esse tipo de
comportamento.
Os fluidos pseudoplásticos, durante o
escoamento, podem apresentar três regiões
distintas: região de baixas taxas de deformação,
região de taxas de deformação médias e região
de altas taxas de deformação, como mostra a
Figura 4. Na região newtoniana de baixas taxas
de deformação, a viscosidade aparente (ηo),
chamada de viscosidade limitante à taxa de
deformação zero, não varia com a taxa de
deformação aplicada. Na região de taxas de
deformação médias, a viscosidade aparente (η)
diminui com o aumento da taxa de deformação
(comportamento pseudoplástico) e, na região de
altas taxas de deformação, a viscosidade
aparente (η∞) volta a ficar constante e é
chamada de viscosidade limitante a taxas de
deformação infinitas. Segundo Steffe (1996), a
região de taxas de deformação médias é a mais
importante para a consideração de dada
performance de equipamentos para
processamento de alimentos, sendo que a região
newtoniana de baixas taxas de deformação pode
ser importante em problemas que envolvam
baixas deformações, como é o caso de
sedimentação de partículas em fluidos.
Figura 4 – Reograma idealizado para um fluido
pseudoplástico (Adaptado de Steffe, 1996)
Fluidos não-newtonianos com comportamento
reológico dependente do tempo
A dependência do tempo em fluidos nãonewtonianos
é observada com certa freqüência.
Como se poderia esperar, o tempo, variável
adicional, condiciona a análise. Um indício do
comportamento reológico dependente do tempo
de um fluido é a observação da chamada curva
de histerese.
Para que seja possível verificar se o
fluido apresenta ou não viscosidade aparente
dependente do tempo, deve ser realizado um
estudo reológico onde a substância em análise
deve ser submetida a um aumento na variação
de tensão (ida) e, quando essa atingir um valor
máximo, ser reduzida até retornar ao valor
inicial (volta). Se a substância não apresenta
comportamento reológico dependente do
tempo, as curvas de tensão versus taxa de
deformação obtidas (ida e volta) devem ser
coincidentes. Entretanto, se a viscosidade
aparente muda com o tempo, as curvas de ida e
volta não seguem o mesmo caminho, formando
uma histerese.
As curvas típicas de tensão versus taxa de
deformação dos fluidos que apresentam
comportamento reológico dependente do tempo
podem ser observadas na Figura 5.
Figura 5 – Reogramas típicos de vários tipos
de fluidos com comportamento reológico
dependente do tempo
Fluidos Tixotrópicos: caracterizam-se por
apresentar um decréscimo na viscosidade
aparente com o tempo de aplicação da tensão.
No entanto, após o repouso, tendem a retornar à
condição inicial de viscosidade. O
comportamento tixotrópico é encontrado em
produtos como tinta, catchup, pastas de frutas,
etc.
Fluidos Reopéticos: caracterizam-se por
apresentar um acréscimo na viscosidade
aparente com o aumento da taxa de deformação.
Assim como os fluidos tixotrópicos, após o
repouso, o fluido tende a retornar ao seu
comportamento reológico inicial.
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Estudo da reologia de polissacarídeos utilizados na indústria de alimentos Toneli et al.
Podem-se citar como exemplos de fluidos
reopécticos as suspensões de amido e de
bentonita, além de alguns tipos de sóis. No
entanto, esse tipo de comportamento não é
muito comum em alimentos.
Modelos reológicos
A descrição do comportamento reológico
dos materiais é feita através de modelos que
relacionam como a tensão de cisalhamento
varia com a taxa de deformação.
Dentre os modelos matemáticos
existentes, alguns dos mais aplicados para
sistemas de alimentos são: Ostwald-De-Waelle
(Lei da Potência), Plástico de Bingham,
Herschel-Bulkley e Casson.
Modelo de Ostwald-de Waele (Lei da
Potência):
A Equação (6) representa a chamada Lei
da Potência, onde K é o coeficiente de
consistência e n é o índice de comportamento.
Para n = 1, essa equação se reduz à lei da
viscosidade de Newton com K = μ. Assim, o
desvio de “n” da unidade indica o grau de
desvio do comportamento newtoniano, sendo
que, se n < 1 o comportamento é pseudoplástico
e, se n > 1, dilatante.
n
σ = Kγ&
(6)
Modelo de Herschel-Bulkley
:
Esse modelo é uma forma modificada do
modelo proposto por Ostwald-De-Waelle,
conforme ilustra a Equação (7). Como é
possível observar, esse modelo difere da Lei da
Potência apenas pela existência da uma tensão
residual (σo), ou seja, uma vez que a tensão
aplicada ao fluido ultrapasse o valor da tensão
residual, o material passa a se comportar de
acordo com o modelo da Lei da Potência.
n
−σ 0 = K γ
(7)
σ &
Modelo de Bingham
187
A Equação (8) representa o
comportamento apresentado pelos fluidos
classificados como Plásticos de Bingham, onde
μpl é a viscosidade plástica. Assim como os
materiais que seguem o Modelo de Herschel-
Bulkley, os Plásticos de Bingham caracterizamse
por apresentarem uma tensão residual,
abaixo da qual se comportam como sólidos.
Para tensões superiores à tensão residual, no
entanto, os fluidos apresentam um
comportamento newtoniano. Isso equivale a
apresentarem um comportamento de Herschel-
Bulkley com K = μpl.
σ = −μ
γ ± σ se σ 〉
pl &
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0
& (8)
γ = 0 se σ ≤ σ
Modelo de Casson:
Casson (1959) elaborou esse modelo para
uma suspensão de partículas interagindo num
meio newtoniano, obtendo expressão
matemática correspondente à Equação (9).
1/
2
σ
1/
2
= σ & 0 + K γ (9)
Esse modelo tem sido adotado como
método oficial para interpretar o
comportamento do chocolate pelo
“International Office of Cocoa and Chocolate”
(Rao & Rizvi, 1986).
Há diversos fatores que influenciam no
momento da escolha do modelo reológico que
será utilizado para descrever o comportamento
de escoamento de um fluido em particular.
Muitos modelos, além dos já descritos, são
utilizados para representar o comportamento de
fluidos não-newtonianos, sendo que alguns
deles podem ser visualizados no Quadro 1.
0
σ
0

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Estudo da reologia de polissacarídeos utilizados na indústria de alimentos Toneli et al.
Quadro 1 – Modelos reológicos para descrever o comportamento de fluidos não-newtonianos
independentes do tempo (Adaptado de Steefe, 1996)
Modelo Equação Equação Número
Casson
Modificado
0, 5
σ
0,
5 n1
= σ 0 + K & 1γ
(10)
Ellis
n1
& γ = K1σ + K 2 ( σ )
(11)
Herschel-Bulkley
generalizado
n1
σ
n1
n2
= σ 0 + K & 1γ
(12)
Vocadlo
1
n1 n1
σ = ( σ 0 + K & 1γ
)
(13)
Série de
potências
3
5
& γ = K1
σ + K 2 ( σ ) + K3
( σ ) + ...
(14)
Carreau 2
( ) [ ( ) ] ) 1 (
Cross
Van Wazer
n−
2
η = η∞
+ η0
−η
∞ 1+
K & 1γ
( η0
−η
∞ )
η = η∞
+
n
1+ ( K & 1γ
)
( η0
−η
∞ )
η = + η n ∞
1
1+
( K & 1γ
) + ( K & 2γ
)
(15)
(16)
(17)
Powell-Eyring
⎛ 1 ⎞ −1
σ = K1
& γ + ⎜ sinh ( K3
& γ )
K ⎟
⎝ 2 ⎠
(18)
Reiner-
Philippoff
⎛
⎞
⎜ ( η η ) ⎟
σ ⎜
0 − ∞
= η
⎟ &
∞ +
γ
⎜ ⎛ 2
σ ⎞ ⎟
⎜ 1+
⎜ ⎟ ⎟
⎝ ⎝ K1
⎠ ⎠
K1, K2, K3 e n1, n2 são constantes arbitrárias e expoentes, respectivamente, determinados a partir dos dados
experimentais
Os modelos matemáticos podem,
também, relacionar as propriedades reológicas
de um fluido com grandezas práticas como
concentração, temperatura, índice de
maturação, etc. Esse conhecimento é
indispensável no controle de qualidade, no
controle intermediário em linhas de produção,
no projeto e dimensionamento dos processos.
Nesses casos, as equações que relacionam a
viscosidade do material a essas grandezas
podem assumir muitas formas e não há um
único modelo que seja aplicável a todas as
situações. Para fluidos não-newtonianos,
os modelos existentes são todos empíricos e
representam o ajuste mais conveniente do
reograma correspondente ao produto analisado
(Branco, 1995; Steffe, 1996).
A influência da temperatura sobre a
viscosidade de fluidos newtonianos pode ser
expressa, segundo a equação de Arrhenius,
envolvendo a temperatura absoluta (T), a
constante universal dos gases (R) e a energia de
ativação para a viscosidade (Ea), como mostra a
Equação (20).
(19)
⎛ E ⎞
μ = f
(20)
a
( T ) = Aexp⎜
⎟
⎝ RT ⎠
Os valores de Ea e da constante A são
determinados a partir dos dados experimentais.
Valores elevados de energia de ativação
indicam uma mudança mais rápida da
viscosidade com a temperatura.
Os efeitos da temperatura e da
concentração sobre a viscosidade aparente, sob
uma taxa de deformação constante, podem ser
combinados, através de uma relação simples,
como mostra a Equação (21) (Vitali & Rao,
1984; Castaldo et al., 1990 citados por Steffe,
1996).
⎛ E ⎞
η = exp
( 21)
a B
( T C)
= K ⎜ C
f , T , C ⎟
⎝ RT ⎠
As três constantes (KT,C, Ea, B) devem ser
determinadas a partir de dados experimentais.
Revista Brasileira de Produtos Agroindustriais, Campina Grande, Especial, v.7, n.2, p.181-204, 2005

Estudo da reologia de polissacarídeos utilizados na indústria de alimentos Toneli et al.
Steffe (1996) apresenta uma série de
outros modelos que podem predizer o
comportamento da viscosidade de um fluido
com a temperatura, com a concentração ou com
a umidade.
POLISSACARÍDEOS UTILIZADOS NA
INDÚSTRIA DE ALIMENTOS
Polissacarídeos são biopolímeros muito
versáteis que podem ser encontrados na
natureza sob as mais diversas formas,
exercendo diferentes funções. Muitas vezes,
podem ser extraídos das raízes, dos tubérculos,
dos caules e das sementes de produtos vegetais,
nos quais atuam como reserva de energia –
como é o caso do amido, da inulina e dos
galactomananos. Outras vezes, podem ser
encontrados, na estrutura celular de tecidos
vegetais, onde contribuem para a integridade
estrutural e para a força mecânica, formando
redes hidratadas tridimensionais – como é o
caso das pectinas, em plantas terrestres, e das
carragenanas, agar e alginato, em plantas
marinhas (Lapasin & Pricl, 1999).
Segundo Lapasin & Pricl (1999), os
polímeros de carboidratos possuem grande
aplicabilidade na indústria de alimentos.
Algumas vezes, estão presentes por razões
tecnológicas, como auxiliares no processo, para
estabilizar emulsões e suspensões ou para
fornecer a estrutura física necessária para o
empacotamento e distribuição. No entanto, seu
uso mais freqüente está associado à sua
capacidade de espessar e gelificar soluções,
sendo aplicados para melhorar e padronizar a
qualidade dos alimentos processados. De
acordo com Stephen & Churms (1995), os
polissacarídeos estão sendo empregados em
quantidades crescentes na tecnologia de
alimentos como espessantes, estabilizantes,
emulsificantes e agentes gelificantes, dentre
outras funções.
O uso de polissacarídeos como
espessantes está associado à capacidade que
eles possuem de aumentar a viscosidade de um
líquido, resultando em características
organolépticas e texturas desejáveis em
alimentos, como corpo e mouthfeel. Os
polissacarídeos, também, são, freqüentemente,
utilizados para eliminar efeitos indesejáveis de
liberação de água em alguns alimentos
processados e como encorpantes na formulação
de produtos de baixas calorias.
Devido à sua estrutura química, os
polissacarídeos, quando em solução,
189
apresentam a capacidade de formar géis. Esse
processo envolve diferentes mecanismos de
associação entre cadeias, os quais dependem
das características individuais do polímero
aplicado. Dessa forma, os géis resultantes de
diferentes polímeros irão apresentar formas
estruturais e texturas diferentes, podendo ser
aplicados em uma grande variedade de
alimentos (Lapasin & Pricl, 1999).
Dentre os polissacarídeos mais utilizados
na indústria de alimentos estão os amidos, seus
derivados e os polissacarídeos não-amiláceos.
Existe, ainda, o grupo dos hidrocolóides que,
juntamente com uma pequena proporção de
amidos e de outros produtos que não são
carboidratos, como a lignina e a proteína nãodigerível,
constituem o grupo das chamadas
fibras dietéticas (Stephen & Churms, 1995). A
escolha do polissacarídeo mais apropriado
depende das suas propriedades físicas e
químicas, assim como das características
desejáveis no alimento e das condições de
processamento, como temperatura e
concentração.
Principais polissacarídeos utilizados na
indústria de alimentos e suas aplicações
Amidos e seus derivados
O amido é um dos produtos de origem
vegetal mais abundantes na natureza, que
ocorre naturalmente sob a forma de grãos
minúsculos (partículas de 2 a 100μm) em
raízes, sementes e caules de numerosos tipos de
plantas, como milho, trigo, arroz, cevada e
batatas, nos quais atua como um carboidrato de
reserva. Trata-se de um polissacarídeo
complexo de grande importância para a nutrição
animal e humana (Lapasin & Pricl, 1999; Zobel
& Stephen, 1995).
Existem vários tipos de amido que
diferem entre si pela fonte de que foram
extraídos e/ou pela forma de obtenção. As
diferenças entre os diversos tipos de amido
podem ser encontradas na morfologia granular,
no peso molecular, na composição (grau de
ramificação das macromoléculas de
polissacarídeos) e nas propriedades físicoquímicos.
Segundo Lapasin & Pricl (1999) os
amidos consistem em duas classes de polímeros
de carboidratos: uma linear, chamada de
amilose, e outra ramificada, chamada de
amilopectina. Na natureza, o amido é
semicristalino, com vários níveis de
cristalinidade. A cristalinidade está.
Revista Brasileira de Produtos Agroindustriais, Campina Grande, Especial, v.7, n.2, p.181-204, 2005

190
Estudo da reologia de polissacarídeos utilizados na indústria de alimentos Toneli et al.
Exclusivamente, ligada à amilopectina, ao
passo que as regiões amorfas são associadas à
amilose (Zobel, 1988a; 1988b).
Seja qual for a fonte, o amido nativo ou
em suas formas modificadas é um ingrediente,
praticamente, obrigatório em alimentos e
produtos relacionados. Trata-se de um polímero
solúvel que pode fornecer dispersões viscosas,
soluções ou géis, dependendo das condições de
concentração e temperatura (Lapasin & Pricl,
1999).
O amido nativo, não bostante ser isolado
de forma, relativamente, fácil, através de
moagem úmida, não é ideal para a formulação
de alimentos estáveis, nutritivos, saborosos e,
portanto, vendáveis (Zobel & Stephen, 1995). O
uso do amido nativo em alimentos é limitado
devido às suas propriedades físicas e químicas.
Os grânulos são insolúveis em água fria,
requerendo um processo de cozimento para que
a dispersão seja alcançada. Muito
freqüentemente, a viscosidade do amido nativo
cozido é muito elevada para que ele seja
utilizado em certas aplicações. Além disso, a
maior parte dos amidos nativos, também, têm
uma tendência a perder sua viscosidade e poder
espessante, durante o cozimento,
particularmente, na presença de alimentos
ácidos (Wurzburg, 1995; Lapasin & Pricl,
1999).
Os amidos modificados foram
desenvolvidos para corrigir um ou mais
problemas existentes, no amido nativo, os quais
limitam a sua utilização na indústria de
alimentos. Lapasin & Pricl (1999) destacam os
éteres, ésteres e produtos despolimerizados
como alguns derivativos do amido
industrialmente importantes. Com essas
modificações, as pastas resultantes são estáveis,
translúcidas e possuem uma menor tendência à
retrodegradação. Além disso, eles podem ser,
facilmente, processados para que se obtenha
condições desejáveis de textura, pH e
resistência à temperatura, o que permite o seu
uso como espessantes e agentes retentores de
água em produtos à base de água e leite.
Os amidos hidrolisados estão disponíveis
em uma grande variedade de composições,
desde produtos com alto peso molecular, que
são, sensivelmente, menos saborosos, até a
dextrose cristalina, um monossacarídeo com
cerca de 60% da doçura da sacarose (Blanchard
& Katz, 1995).
As maltodextrinas e os maltooligossacarídeos
são produtos da hidrólise do
amido obtidos através da catálise ácida ou de
uma ação enzimática específica. De acordo com
Loret et al. (2004), as maltodextrinas são
produtos da hidólise do amido que possuem
valores de dextrose equivalente (DE) menores
que 20. A DE é definida como o número total
de açúcares redutores, relativamente, a uma
linha base de glicose igual a 100, expressa em
base seca. Produtos da hidrólise com DE maior
que 20 são, freqüentemente, referenciados
como xaropes de glicose, os quais, como o
próprio nome diz, são produtos fornecidos sob a
forma de soluções aqüosas.
De certa forma, é a solubildade do
produto resultante da hidrólise do amido que
diferencia as duas classes de material, ou seja,
para valores de DE muito maiores que 20, o
produto é constituído por oligômeros curtos que
são, livremente, solúveis em água, ao passo
que, abaixo de 20, há uma proporção suficiente
de cadeias de poliméricas longas para inibir a
solubilidade e promover a gelatinização
(Ritcher et al., 1976 citados por Loret et. al.,
2004). As maltodextrinas são, portanto, uma
mistura de materiais de alto e baixo peso
molecular.
A maltodextrina possui uma capacidade
de reproduzir a sensação provocada pela
gordura devido à rede tridimensional que é
formada, durante o seu processo de gelificação,
de modo que ela é um dos substitutos da
gordura mais utilizados nos últimos 25 anos
(Loret Et Al., 2004). Blanchard & Katz (1995)
destacam que a aplicação da maltodextrina
como substituto de gordura é a mais versátil,
pois permite que muitas das suas propriedades
funcionais sejam utilizadas, simultaneamente:
capacidade de encorpar, de previnir a
cristalização, de promover a dispersibilidade, de
controlar o congelamento e de promover a
ligação de aromas, pigmentos e gorduras. Os
autores, também, destacam outras aplicações
possíveis, como ingrediente na encapsulação de
aromas e corantes, na panificação, na
confeitaria, em produtos lácteos, sobremesas e
outros.
Celulose e seus derivados
Segundo Coffey, Bell, Henderson (1995),
a celulose é uma das substâncias orgânicas
naturais mais abundantes na natureza. Trata-se
de um polímero linear de alto peso molecular
que constitui o maior tijolo da estrutura da
parede celular de plantas superiores (Lapasin &
Pricl, 1999; Coffey, Bell, Henderson, 1995).
Revista Brasileira de Produtos Agroindustriais, Campina Grande, Especial, v.7, n.2, p.181-204, 2005

Estudo da reologia de polissacarídeos utilizados na indústria de alimentos Toneli et al.
A celulose e seus derivados físicos e
químicos têm vasta aplicação no preparo de
alimentos formulados, principalmente, devido à
estrutura química do derivado da celulose. Para
as celuloses, quimicamente, modificadas, essa
característica, geralmente, está associada à
natureza cristalina ou amorfa do produto.
Dentre as funções de derivados da celulose,
quimicamente, modificada em alimentos,
podem-se destacar: regulação das propriedades
reológicas, emulsificação, estabilização de
espumas, modificação da formação e do
crescimento de cristais de gelo e capacidade de
ligação à água (Lapasin & Pricl, 1999; Coffey,
Bell, Henderson, 1995).
Pectinas
Voragen et. al. (1995) definem as
substâncias pécticas como um grupo de
polissacarídeos, intimamente, associados que
está presente nas paredes celulares primárias e
nas regiões intercelulares de muitos vegetais. A
textura de frutas e vegetais, durante o
crescimento, amadurecimento e armazenagem é
fortemente influenciada pela quantidade e pela
natureza da pectina presente. Mudanças
importantes - desejáveis e indesejáveis - nas
propriedades de frutas e outros vegetais,
durante a armazenagem e o processamento
estão associadas ao componente péctico.
As pectinas têm a capacidade de formar
géis, sob certas circunstâncias, o que faz dela
um importante aditivo em geléias, marmeladas
e na indústria confeiteira, de maneira geral.
Muitos fatores afetam as condições de formação
de gel, assim como a força dele. No entanto, o
papel principal é exercido pelas moléculas de
pectina, de modo que seu comprimento de
cadeia e a natureza química das zonas de
conexão têm forte influência. Sob condições
iguais, a força do gel aumenta com o aumento
do peso molecular da pectina utilizada e
qualquer tratamento que despolimerize as
cadeias de pectina refletirá em géis mais fracos.
As pectinas têm pouco uso como
espessantes devido à sua baixa capacidade em
formar soluções viscosas, quando comparadas
com outros biopolímeros.
Galactomananos
Em muitas sementes, as paredes celulares
dos tecidos são espessas e possuem grandes
depósitos de polissacarídeos, os quais são
mobilizados durante a germinação. A maior
191
parte desses polissacarídeos apresenta
similaridades estruturais básicas e são muito
similares, em estrutura, aos componentes
hemicelulósicos ou pécticos (Reid & Edwards,
1995; Lapasin & Pricl, 1999).
Segundo Lapasin & Pricl (1999), desde a
antigüidade esses polímeros, frequentemente,
chamados de gomas, são extraídos ou isolados
de sementes de vegetais, como é o caso da
carob ou locusta, guar, tara e tamarindo. Como
podem ser extraídos de diversas fontes vegetais,
os galactomananos podem diferir em seu peso
molecular, na distribuição do peso molecular e
na razão entre frações de galactose e manose
(G/M).
Stephen & Churms (1995) destacam os
galactomananos como ingredientes,
extremamente, importantes, na indústria de
alimentos, uma vez que resultam em soluções
com alta viscosidade, atuam como
emulsificantes e interagem efetivamente com
outros polissacarídeos para formar géis. As
gomas extraídas de sementes têm a capacidade
de modificar o comportamento da água em
sistemas de alimentos de uma maneira
altamente eficiente, de reduzir e minimizar a
fricção em alimentos (auxiliando no
processamento e na palatabilidade dos
produtos) e de auxiliar no controle do tamanho
dos cristais em soluções saturadas de açúcar.
Dentre os galactomananos utilizados na
indústria de alimentos, as gomas locusta e guar
são polissacarídeos que apresentam estruturas
químicas similares, com uma cadeia principal
linear de β-1,4-D-manose substituído em graus
variáveis na posição 6 com um resíduo simples
de α-1,6-D-galactose (Casas & Garcia-Ochoa,
1999; Fernandes, Gonçalves, Doublier, 1994;
Garcia-Ochoa & Casas, 1992). A goma locusta
(LBG), extraída do endosperma da semente da
árvore carob (Ceratonia siliqua L.), possui uma
razão manose/galactose (M/G) de cerca de 4:1.
A goma guar (GG), extraída do endosperma das
sementes da leguminosa Cyamopsis
tetragonolobus, possui uma razão M/G de
aproximadamente 1,7:1 (Fernandes, Gonçalves,
Doublier, 1994). De acordo com Casas &
Garcia-Ochoa (1999), dependendo da
temperatura de dissolução, as moléculas de
goma locusta podem apresentar zonas de
radicais livres, sem ligações com a galactose,
que são referidas como regiões lisas.
Revista Brasileira de Produtos Agroindustriais, Campina Grande, Especial, v.7, n.2, p.181-204, 2005

192
Estudo da reologia de polissacarídeos utilizados na indústria de alimentos Toneli et al.
Polissacarídeos de algas vermelhas
(Rhodophyceae)
As algas vermelhas são fonte de muitos
polissacarídeos industriais, como as gomas
carragenana e agar, que são todos polímeros de
galactose e seus derivativos e apresentam uma
estrutura básica comum. Esses polímeros de
carboidratos são, essencialmente, cadeias
lineares nas quais as galactoses estão ligadas
,alternadamente, através de ligações α-1,3 e β-
1,4.
As carragenanas são da família de
polissacarídeos sulfatados lineares que podem
ser extraídos como componentes da matriz de
algas marinhas vermelhas. A sua estrutura
química é baseada na repetição de uma unidade
de dissacarídeo do tipo AB, de modo que elas
podem ser escritas, de maneira geral, como
(AB)n, onde A é derivado de unidades de
ligações 1,3 de β-D-galactose e B , geralmente,
mas não invariavelmente, está presente através
de ligações 1,4 de 3,6-anidro-α-D-galactose
(Lapasin & Pricl, 1999).
As carragenanas são bem caracterizadas
em termos de sua estrutura química e podem ser
classificadas em μ, κ, ν, ι, λ, θ e ξcarragenanas.
Dentre os vários tipos existentes,
somente três são comercialmente importantes:
κ, ι e λ,-carragenanas. Elas são polímeros
versáteis como aditivos em alimentos, sendo
capazes de se ligar à água, promovendo a
formação de géis e atuando como agente
espessantes e estabilizantes. Vantagens
adicionais estão na sua capacidade de melhorar
a palatabilidade e a aparência. De acordo com
Piculell (1995), o uso das carragenanas na
indústria alimentícia inclui uma grande
quantidade de sobremesas lácteas (sorvetes,
achocolatados, flans, géis de leite) e conservas
de carne, incluindo pet foods. Além disso, a sua
habilidade de permanecer em solução permite
seu uso em molhos para salada.
O termo coletivo agar refere-se a uma
complexa mistura de componentes
polissacarídeos que podem ser extraídos de
certas espécies de algas-marinhas. De acordo
com Lapasin & Pricl (1999), a agar é composta
de duas frações principais: agarose, um
polissacarídeo neutro, e agaropectina, um
polissacarídeo sulfatado. A porcentagem de
agarose, que é a fração, comercialmente,
importante, geralmente. varia de 50 a 90%.
A funcionalidade do agar em produtos
alimentícios depende quase, exclusivamente, da
sua habilidade em ligar-se à água e formar géis
termosensíveis. As propriedades gelificantes
são funções da fração de agarose. Os elevados
pontos de fusão dos géis de agar os tornam
apropriados para uso em massas de panificação,
onde a agar é superior à carragenana . A sua
principal utilização é para o congelamento de
massas doces e bolos, para evitar problemas na
manutenção da integridade do produto
congelado durante o empacotamento e a
distribuição (Stanley, 1995).
Alginatos
Alginatos são polissacarídeos estruturais
que ocorrem, naturalmente, nas algas marinhas
marrons (Phaeophyceae) que crescem nas
águas rasas das zonas temperadas e em
bactérias do solo. Existem muitas espécies de
algas marrons, mas, apenas, algumas são,
suficientemente, abundantes e,
convenientemente, localizadas para a produção
de materiais de valor comercial, os alginatos
(Moe et al., 1995; Lapasin & Pricl, 1999).
Assim como ocorre com as
carragenanas, alginatos é um termo coletivo
para ácido algínico, seus sais e derivados.
Ácido algínico é co-polissacarídeo de alto peso
molecular composto de duas unidades
monoméricas de ácido β-D-manurônico e α-Lgulurônico,
em várias proporções, dependendo
da espécie de alga (Lapasin & Pricl, 1999).
De acordo com Moe et al. (1995), os
alginatos não têm valor nutricional e são
utilizados como aditivos para melhorar,
modificar e estabilizar a textura de certos
alimentos. Propriedades importantes incluem a
melhora da viscosidade, habilidade de formação
de gel e estabilização de misturas aqüosas,
dispersões e emulsões. Algumas dessas
propriedades são provenientes das propriedades
físicas inerentes dos alginatos, mas elas também
podem ser resultado da interação com outros
componentes do alimento, tais como proteínas,
gorduras ou fibras.
Polissacarídeos microbianos
Nos últimos anos, muitos polissacarídeos
de interesse científico e comercial passaram a
ser obtidos através de fermentações
microbianas. Microorganismos como fungos e
bactérias produzem três tipos diferentes de
polímeros de carboidratos (Morris, 1995):
Revista Brasileira de Produtos Agroindustriais, Campina Grande, Especial, v.7, n.2, p.181-204, 2005

Estudo da reologia de polissacarídeos utilizados na indústria de alimentos Toneli et al.
- Polissacarídeos extracelulares ou
exocelulares: podem ser encontrados na
forma de uma cápsula discreta que envolve
a célula microbiana e que é parte da própria
parede celular (polissacarídeos capsulares)
ou como uma massa amorfa secretada no
meio em torno do microorganismo.
- Polissacarídeos estruturais.
- Polissacarídeos intracelulares de
armazenagem.
Os polissacarídeos de origem microbiana
apresentam a vantagem de possuírem
propriedades físicas e químicas reprodutíveis,
além de apresentarem uma fonte regular.
Lapasin & Pricl (1999) atribuem o sucesso
desses polissacarídeos ao fato de eles poderem
ser produzidos sob condições controladas a
partir de espécies selecionadas, de modo que
problemas de variações de estrutura e
propriedades possam ser evitados. Além disso,
os polissacarídeos microbianos apresentam uma
série de regularidades estruturais que raramente
são encontradas em polímeros de carboidratos
provenientes de outras fontes. Tal regularidade
na sua estrutura primária implica em as cadeias
poderem assumir conformações ordinárias
(hélices simples ou múltiplas) tanto no estado
sólido como em solução e isso, por sua vez, tem
uma forte influência sobre as suas propriedades
físico-químicas. Finalmente, a versatilidade
exibida pelos microorganismos na síntese de
polissacarídeos iônicos e neutros com uma
grande variedade de composições e
propriedades não encontra uma contrapartida no
mundo vegetal e nem tampouco pode ser
imitada, nem mesmo pelos mais renomados
cientistas.
Dentre os polissacarídeos microbianos, as
gomas xantana e gelana destacam-se para a
aplicação em alimentos.
De acordo com Morris (1995), a goma
xantana foi estabelecida como um aditivo em
alimentos e suas propriedades funcionais deram
início a novas aplicações. Trata-se de um
polímero aniônico resultante da secreção
exocelular da bactéria Xanthomonas
campestris. Sua cadeia principal é baseada em
uma ligação linear de resíduos de com uma
cadeia lateral de trissacarídeo anexada a
resíduos alternativos de D-glicosil (lapasin &
pricl, 1999; lagoueyte & paquin, 1998; casas,
santos, Garcia-Ochoa, 2000).
Quando em solução aqüosa, a xantana
mostra uma transição conformacional entre
cadeias ordenadas e desordenadas, dependendo
193
da temperatura, da força iônica e do pH. Ela
passa de uma cadeia desordenda, sob elevadas
temperaturas e baixa força iônica, para uma
forma ordenada, sob temperaturas e
concentrações de sais, fisiologicamente,
relevantes (Lagoueyte & Paquin, 1998; Casas &
Garcia-Ochoa, 1999; Casas, Santos, Garcia-
Ochoa, 2000). Sua natureza ramificada confere
a ela características reológicas diferentes,
melhores do que as resultantes de outras gomas
naturais, como goma locusta ou goma guar. As
soluções de xantana apresentam propriedades
de espessante e estabilizante, com um
comportamento pseudoplástico muito estável
em uma larga faixa de pH, pK (concentração
iônica) e temperatura (Casas & Garcia-Ochoa,
1999; Casas, Santos, Garcia-Ochoa, 2000;
Lagoueyte & Paquin, 1998; Kang&Petit, 1993
Citados por Casas, Santos, Garcia-Ochoa,
2000).
De acordo com Morris (1995), a principal
aplicação industrial para a goma xantana devese
ao fato que, quando a goma é dispersa em
água quente ou fria, as dipersões aqüosas
resultantes são tixotrópicas. A estrutura
semelhante à de um gel fraco que se forma
resulta em uma alta viscosidade sob baixas
taxas de deformação sob baixas concentrações
do polímero, que pode ser utilizado como um
espessante em soluções aqüosas e permite
estabilização de espumas, emulsões e
suspensões particuladas. Finalmente, o
comportamento pseudoplástico reversível,
permite a manipulação e o controle de
processos tais como espalhamento,
bombeamento e atomização.
A goma xantana apresenta uma grande
variedade de aplicações em alimentos. A
tixotropia das dispersões de xantana levaram ao
desenvolvimento de uma série de misturas
secas de formulações de molhos, temperos e
sobremesas, as quais podem ser aquecidas ou
refrigeradas sem que haja perda das
características texturais desejáveis. Além disso,
a goma xantana melhora o processamento, a
armazenagem e a elasticidade de massas
(Morris, 1995).
A goma gelana é um polissacarídeo
extracelular secretado pelo microorganismo
Pseudomonas elodea. O seu potencial de
aplicação em alimentos, segundo MORRIS
(1995) inclui produtos de confeitaria, geléias,
alimentos industrializados, géis à base de água,
recheios e pudins, sorvetes, iogurtes,
milkshakes, dentre outros. De uma maneira
geral, sua utilização está associada à
Revista Brasileira de Produtos Agroindustriais, Campina Grande, Especial, v.7, n.2, p.181-204, 2005

194
Estudo da reologia de polissacarídeos utilizados na indústria de alimentos Toneli et al.
substituição de hidrocolóides, geralmente,
aplicados em baixas concentrações de
polímeros.
Gomas e mucilagens:
As gomas de origem vegetal, naturais e
sem modificação, são reconhecidas na indústria
de alimentos como aditivos de valor
incalculável, com propriedades físicas bem
definidas. Dentre essas gomas, a mais
conhecida é a goma arábica ou goma acácia,
que é o exudado de árvores africanas acácia
(predominantemente A. senegal), crescidas em
diferentes áreas geográficas principais: Sudão,
países do oeste africano de linguagem francesa
e Nigéria. Devido à sua abundância e grande
variedade de aplicação industrial, muitos
estudos têm sido desenvolvidos com foco no
cultivo, marketing, química e estudo das
propriedades físicas dessa substância. Para uso,
em alimentos, as melhores classes da goma,
selecionadas, manualmente, são convertidas em
pó, através de secagem em spray dryer após
terem sido dissolvidas em água quente e
clarificadas, preferencialmente, por
centrifugação (Stephen & Churms, 1995b).
Lapasin & Pricl (1999) destacam que
uma das aplicações mais interessantes da goma
arábica é a preparação de aromas encapsulados
em pó, por secagem em spray dryer. Muitos
produtos em pó, comercializados em pacotes,
tais como bolos, sobremesas, misturas para
sopas e pudins, contêm aromas encapsulados.
Durante o processo de secagem por atomização,
a goma arábica atua como agente
microencapsulante, protegendo os compostos
voláteis das temperaturas elevadas e retendo
mesmo os aromas mais delicados. Quando a
mistura é dissolvida para o preparo final do
produto, os aromas são liberados.
Inulina:
A inulina é um polissacarídeo de reserva
que pode ser encontrado em mais de 30.000
produtos vegetais, dentre os quais as raízes de
chicória e a alcachofra de Jerusalém se
destacam para a sua produção industrial
(SILVA, 1996). Quimicamente, a inulina é
composta por uma cadeia de moléculas de
frutose unidas por ligações β(2→1), contendo
uma molécula de glicose terminal.
Sua utilização na indústria de alimentos
está relacionada à sua atuação como substituto
de gordura, com a vantagem de apresentar
baixo teor calórico e de atuar no organismo
humano de maneira similar às fibras dietéticas,
contribuindo para a saúde do sistema
gastrointestinal e para o incremento das
bifidobactérias. Dessa forma, a inulina pode ser
utilizada, tanto como um substituto de
macronutrientes, quanto como um suplemento,
adicionado aos alimentos, principalmente, por
suas propriedades nutricionais. Quando
combinada com água, a inulina produz a mesma
textura e o mesmo mouthfeel que a gordura em
alimentos à base de água, tais como produtos
lácteos, massas assadas, recheios, sobremesas
congeladas e molhos (Niness, 1999; Schaller-
Povolny & Smith, 1999).
Apesar de haver uma variedade de
pesquisas sobre as propriedades nutricionais da
inulina, suas propriedades físico-químicas ainda
são pouco conhecidas e pouco se sabe sobre os
efeitos da interação da inulina com outros
biopolímeros.
Misturas de polissacarídeos
A mistura de polissacarídeos na
formulação de alimentos pode resultar em
interações sinérgicas desejáveis, levando a
propriedades reológicas melhoradas e a
melhorias na qualidade dos produtos. Além
disso, a combinação de polissacarídeos também
pode ser benéfica por proporcionar reduções
nos custos de manufatura (Williams & Phillips,
1995).
De Acordo Com Williams & Phillips
(1995), três tipos de interação podem ocorrer
em soluções contendo dois ou mais polímeros,
dependendo da natureza dos mesmos:
a) Incompatibilidade: resulta na formação de
duas camadas líquidas de polímeros, com
cada uma delas enriquecida em um ou
outro polímero;
b) Compatibilidade: resulta em miscibilidade
completa e na formação de uma única fase
homogênea;
c) Associação de polímeros: resulta na coprecipitação
dos polímeros na forma de um
coacervado sólido ou, em alguns casos, na
formação de um gel.
Como um exemplo de mistura de
polímeros, pode-se citar a composição entre
goma xantana e galactomananos. A goma guar,
por exemplo, não gelifica na presença de goma
xantana, mas pode produzir um aumento
substancial na viscosidade de soluções. A
Revista Brasileira de Produtos Agroindustriais, Campina Grande, Especial, v.7, n.2, p.181-204, 2005

Estudo da reologia de polissacarídeos utilizados na indústria de alimentos Toneli et al.
principal importância dessa mistura não está nas
fracas propriedades de gel de xantana, as quais
são de menor importância, mas sim na redução
dos custos, já que a goma guar é muito mais
barata do que a xantana (Lapasin & Pricl,
1999).
Tecante & Doublier (1999) relatam que
misturas de amidos e outras moléculas de
polissacarídeos têm sido aplicadas por muitos
anos na indústria de alimentos. As gomas
arábica, guar, xantana, locusta e carragenana
são algumas das macromoléculas comumente
combinadas com amido de trigo ou de milho.
Um dos aspectos importantes das misturas de
amido-hidrocolóides é que eles mostram uma
variedade de propriedades reológicas e texturais
que são úteis na definição de diferentes
aplicações em alimentos.
Reologia de soluções de polissacarídeos
utilizadas na indústria de alimentos
Aspectos gerais sobre a reologia de
polissacarídeos
A grande maioria das aplicações de
polissacarídeos, na indústria alimentícia está
associada à capacidade que eles possuem de
alterar, drasticamente, as suas propriedades
físicas quando em solução, resultando em
soluções de alta viscosidade ou criando redes
intermoleculares coesivas. Nesses casos, o
conhecimento do comportamento reológico das
soluções de polissacarídeos é de fundamental
importância no projeto, na avaliação e na
modelagem de processos. Além disso, as
propriedades reológicas, também, são um
indicador da qualidade do produto e
desempenham um papel fundamental na análise
das condições de escoamento em processos de
alimentos como pasteurização, evaporação e
secagem (Marcotte, Taherian Hoshahili,
Ramaswamy, 2001; Morris, 1995; Lapasin &
Pricl, 1999).
Lapasin & Pricl (1999), em seu estudo
sobre reologia de polissacarídeos industriais,
ressaltam que o comportamento reológico dos
materiais, especialmente, de sistemas de
polissacarídeos, pode ser afetado por uma série
de fatores, principalmente, aqueles relacionados
às características moleculares e
supramoleculares. A nível molecular, a cadeia
polimérica principal e suas características
relacionadas, tais como comprimento em
solução, forma e eventual presença de grupos
ionizáveis, representam o papel principal na
195
determinação das propriedades macroscópicas
do sistema, incluindo a reologia. Muitos desses
parâmetros moleculares estão correlacionados,
outros devem ser combinados com fatores
externos como, por exemplo, as características
do meio solvente. Essas características irão,
posteriormente, exercer influência sobre a
conformação adotada pela macromolécula no
sistema, assim como sobre a possibilidade de
formação de estruturas supramoleculares. Em
outras palavras, mudanças na força iônica, na
temperatura ou em outros parâmetros do
solvente podem induzir a uma transição
conformacional, modificando a resistência
hidrodinâmica da macromolécula ao
escoamento. Além disso, se a concentração do
polímero for, suficientemente, alta, as variações
descritas acima podem promover mudanças
estruturais a um nível supramolecular e,
conseqüentemente, modificar o comportamento
reológico.
Os polissacarídeos em soluções diluídas
encontram-se na forma de espirais
desordenadas e aleatórias, cuja forma flutua
continuamente através do movimento
browniano. As propriedades apresentadas por
essas soluções estão associadas ao grau de
ocupação do espaço pelo polímero. Sob baixas
concentrações, a solução é formada por ilhas de
espirais que estão bem separadas umas das
outras e completamente livres para se
movimentarem de forma independente. Com o
aumento da concentração, entretanto, as espirais
começam a se tocar pode haver a formação de
moléculas adicionais pela sobreposição ou pela
acomodação de uma espiral na outra. Com a
formação dessas sobreposições, as cadeias
individuais poderão se movimentar somente
pelo processo de contorção através da rede
emaranhada de cadeias vizinhas. O início do
processo de sobreposição das espirais é
determinado por dois fatores: o número de
cadeias presentes (proporcional à concentração)
e o volume que cada uma ocupa (associado ao
peso molecular) (Morris, 1995; Lapasin &
Pricl, 1999).
Um parâmetro conveniente para a
caracterização do volume das espirais é a
viscosidade intrínseca ou o número limite de
viscosidade, [η], que mede o
aumento fracional na viscosidade por unidade
de concentração de cadeias isoladas (Morris,
1995; Lapasin & Pricl, 1999). Para qualquer
polissacarídeo específico, a viscosidade
intrínseca aumenta com o peso molecular (M)
Revista Brasileira de Produtos Agroindustriais, Campina Grande, Especial, v.7, n.2, p.181-204, 2005

196
Estudo da reologia de polissacarídeos utilizados na indústria de alimentos Toneli et al.
de acordo com a relação de Mark-Houwink,
como mostra a Equação (22), onde os
parâmetros K e a variam de um sistema para o
outro e devem ser determinados
experimentalmente.
a
η = KM
( 22)
A viscosidade intrínseca é determinada,
experimentalmente, através da medição da
viscosidade das soluções sob concentrações
muito baixas (c). Denotando as viscosidades da
solução e do solvente como η e (ηs),
respectivamente, [η] é definida formalmente
pelas relações apresentadas nas Equações 23,
24 e 25 (MORRIS, 1995):
Viscosidade Relativa:
η
η rel = ( 23)
η
s
Viscosidade Específica:
η −η
s η sp = = ηrel
−1
(24)
η
s
Viscosidade Intrínseca:
⎧η
ps ⎫
[ η] = lim C→0
⎨ ⎬ (25)
⎩ C ⎭
A transição de uma solução diluída de
espirais com movimentos livres e
independentes para uma rede emaranhada é
acompanhada por uma mudança muito marcada
na dependência da viscosidade da solução com
a concentração. Sob concentrações inferiores ao
início da sobreposição das espirais, a
viscosidade específica é, aproximadamente,
proporcional a c 1,3 . Sob concentrações mais
elevadas, onde as cadeias estão emaranhadas, as
viscosidades aumentam mais, rapidamente,
com o aumento da concentração, variando
aproximadamente com c 3,3 (Morris, 1995).
A concentração em que a sobreposição
das espirais começa a ocorrer é referida como
concentração crítica (c*). O volume das espirais
pode variar, largamente, de uma amostra para
outra, havendo uma variação correspondente no
valor de c*. Em soluções diluídas, abaixo do
início da sobreposição (c < c*), as viscosidades
mostram apenas uma pequena dependência com
a taxa de deformação, devido ao fato de as
espirais individuais estarem sendo esticadas
pelo escoamento e oferecendo menor
resistência ao movimento. No entanto, quando c
> c*, em geral, as soluções começam a
apresentar características pseudoplásticas.
Muitos estudos revelam que a
dependência da viscosidade específica com a
concentração mostra duas regiões de
comportamento de lei da potência, sendo uma
de cada lado da concentração crítica (Loret et.
al., 2004; Speers & Tung, 1986; Rao & Kenny,
1975). Os valores da potência para as duas
regiões para diferentes biopolímeros lineares
(goma guar, goma locusta, alginato) têm sido
apresentados na faixa de 1,1 a 1,4 na região
diluída e de 3,5 a 5,1, na região concentrada.
Para a maltodextrina, os autores encontraram
um valor de 1,4, na região diluída, e 4,7, para
altas concentrações (Loret et. al., 2004).
Os valores das concentrações críticas
variam muito entre os biopolímeros. Para κcarragenana
(0,1M NaCl, pH9), Croguennoc
et.al. (2000) observaram um valor de 0,45%
(g/l). Morris et. al. (1981) observaram os
valores de 0,22% (g/l) para goma guar, 1% (g/l)
para o alginato (0,2M NaCl) e 8% (g/l) para a
dextrana. Loret et al. (2004) observaram um
valor de 17% para soluções aquosas de
maltodextrina.
Morris (1995) estabelece que, para que a
solução de polissacarídeos comece a escoar, os
emaranhados intermoleculares devem ser
separados. Quando as soluções são cisalhadas
por baixas taxas de deformação, há tempo
suficiente para que novos emaranhados se
formem entre diferentes pares de cadeias. Dessa
maneira, a densidade de interligação global da
rede permanece constante e a viscosidade da
solução, também, permanece constante em um
valor máximo fixo – a viscosidade de
cisalhamento zero (ηo). Sob taxas de
deformação mais elevadas, entretanto, onde a
taxa de re-agrupamento cai através da taxa de
separação dos emaranhados existentes, a
extensão de agrupamento-desagrupamento
diminui, progressivamente, com o aumento da
taxa de deformação e a viscosidade cai,
tipicamente, por duas ou três ordens de
magnitude através da faixa de taxa de
deformação de importância prática.
Não obstante diferentes soluções de
polissacarídeos apresentarem diferentes valores
de viscosidade máxima à taxa de deformação
zero, e diferentes valores de taxa de deformação
Revista Brasileira de Produtos Agroindustriais, Campina Grande, Especial, v.7, n.2, p.181-204, 2005

Estudo da reologia de polissacarídeos utilizados na indústria de alimentos Toneli et al.
para a qual a solução começa a escoar, todas
elas apresentam uma forma geral de
comportamento pseudoplástico (Morris, 1995).
Além da concentração, a viscosidade de
soluções de polissacarídeos, também, é,
significativamente, afetada por variáveis como
taxa de deformação, temperatura, tensão e
tempo de cisalhamento.
A temperatura tem uma importante
influência sobre o comportamento de
escoamento de soluções de hidrocolóides. Uma
vez que diferentes temperaturas são
encontradas, durante o processamento de
hidrocolóides, suas propriedades reológicas
devem ser estudadas em função da temperatura.
O efeito da temperatura sobre a viscosidade
aparente, sob uma taxa de deformação
específica, geralmente, é descrito pelo modelo
de Arrhenius (Equação 19)
Rao & Kenny, 1975; Speers & Tung, 1986,
Marcotte, Taherian Hoshahili, Ramaswamy,
2001).
As soluções de gomas, geralmente, são
fluidos não-newtonianos com comportamento
pseudoplástico. Diversos modelos têm sido
aplicados para descrever o comportamento
reológico de soluções de hidrocolóides, por
exemplo, modelos lineares (newtoniano ou
Bingham), lei da potência (Ostwald-de-Waele),
lei da potência com tensão residual (Herschel-
Bulkley) e o modelo de Casson. Dentre esses, o
da Lei da Potência é talvez o mais utilizado
para fluidos não-newtonianos e é,
extensivamente, utilizado para descrever as
propriedades de escoamento de líquidos, tanto
em análises teóricas, quanto em aplicações
práticas da engenharia (Kayacier & Dogan,
2006; Barnes, Hutton, Walters, 1989). As
soluções de hidrocolóides, também, podem
apresentar propriedades reológicas dependentes
do tempo, principalmente, a tixotropia.
Gray & Bonnecaze (1998) ressaltam que
a viscosidade de suspensões densas é,
fortemente, influenciada pelo arranjo das
partículas em grandes frações volumétricas. A
maior parte dessas suspensões só escoa, quando
a sua estrutura, que consiste de uma rede que
previne o escoamento, tiver sido degradada por
uma tensão elevada o suficiente – a tensão
residual (Zhu et. al., 2001). De acordo com
Bonnecaze & Brady (1992), em uma curva de
tensão versus taxa de deformação de um
material que apresenta tensão residual, a tensão
aumenta, incialmente, de uma maneira quase
197
linear (tensão proporcional à deformação),
confirmando a natureza elástica do material
abaixo da tensão residual. A inclinação da curva
começa a decrescer no limite de reversibilidade
do material (tensão residual limite elástica), na
qual o comportamento plástico ou não-linear é
observado, até atingir um máximo (tensão
residual estática), após a qual a resposta do
material passa a ser como a de um líquido. O
platô de tensão para altas deformações é
referido como tensão residual dinâmica, que é
equivalente à tensão à taxa de deformação zero
extrapolada nas curvas de tensão versus taxa de
deformação, assim como a tensão residual, que
aparece como um parâmetro do material em
modelos constitutivos.
Estudos sobre o comportamento reológico de
polissacarídeos utilizados na indústria de
alimentos
Para que seja possível definir qual o
melhor polissacarídeo a ser empregado na
produção de um determinado alimento, deve-se
estabelecer, em primeiro lugar, quais são os
atributos físicos e sensoriais desejáveis. Em
segundo lugar, devem ser conhecidas as
condições de processamento e de armazenagem
desse produto. Considerando-se esses aspectos,
é preciso conhecer as propriedades dos
polissacarídeos existentes e como eles se
comportam, quando submetidos às condições
de processamento e armazenagem do produto,
considerando, ainda, a interação com os
ingredientes da formulação. Dessa forma, para
que as indústrias tenham condições de melhorar
qualidade de seus produtos e reduzir os custos
de produção, inúmeras pesquisas têm sido
desenvolvidas com a finalidade de avaliar o
comportamento de diferentes polissacarídeos,
individualmente, e, em misturas, quando
submetidos a diferentes condições de processo.
Dentre os aspectos estudados, o comportamento
reológico de soluções de polissacarídeos é um
dos mais importantes, pois está fortemente
associado à estrutura molecular dos
ingredientes e o seu conhecimento é
fundamental para o dimensionamento das
condições de processo e avaliação da qualidade
do produto final.
Loret et al. (2004) realizaram um estudo
do efeito da concentração e da temperatura
sobre a gelatinização de soluções de
maltodextrina, através de medidas de
viscosidade. Os autores observaram que, à
temperatura de 60ºC, as soluções apresentaram
Revista Brasileira de Produtos Agroindustriais, Campina Grande, Especial, v.7, n.2, p.181-204, 2005

198
Estudo da reologia de polissacarídeos utilizados na indústria de alimentos Toneli et al.
um comportamento newtoniano dentro da faixa
de concentrações estudada (1 a 40%). Através
da determinação do comportamento da
viscosidade específica em função da
concentração, os autores conseguiram visualizar
a concentração crítica das soluções, que foi
estimada em 17%. A maior parte dos polímeros
apresenta um comportamento pseudoplástico
em soluções que se encontrem acima da
concentração crítica, devido à desagregação e
orientação das cadeias sob tensões elevadas. No
entanto, no caso das soluções de maltodextrina
preparadas acima de c*, o comportamento
newtoniano, ainda, foi observado. Os autores
relacionaram esse fato à estrutura ramificada da
amilopectina e à polidispersidade no peso
molecular da amostra.
Marcotte, Taherian Hoshahili,
Ramaswamy (2001) realizaram um estudo das
propriedades reológicas de diversos
hidrocolóides (carragenana, pectina, gelatina,
amido e xantana) sob diferentes concentrações
(1 a 6%, dependendo do tipo de hidrocolóide) e
de temperatura (20, 40, 60 e 80ºC). Os autores
confirmaram a existência de uma dependência
das características reológicas com a
concentração e a temperatura, que variou de um
hidrocolóide para o outro.
De acordo com observações dos autores,
elevadas concentrações de gomas resultam em
um aumento nas viscosidades newtoniana e
aparente, ao passo que elevadas temperaturas
provocam redução nelas. A gelatina, que é uma
proteína, apresenta um comportamento,
claramente, newtoniano, enquanto que os
demais apresentam comportamento nãonewtoniano
de fluidos pseudoplásticos. As
curvas de escoamento do amido e da pectina
podem ser representadas pelo modelo da Lei da
Potência, em todas as temperaturas e
concentrações.
Para todos os hidrocolóides, a
pseudoplasticidade aumentou com o aumento
da concentração, caracterizada por um
decréscimo no índice de comportamento.
Contrariamente, os hidrocolóides apresentaram
uma redução na pseudoplasticidade com o
aumento da temperatura. O índice de
consistência, por sua vez, aumentou com o
aumento da concentração e com a redução da
temperatura, indicando um aumento na
viscosidade aparente. Comparativamente, a
goma xantana foi a mais pseudoplástica e a
menos dependente da temperatura, ao passo que
a pectina teve o comportamento mais próximo
do newtoniano. A carragenana foi a mais
afetada pela temperatura e exibiu uma elevada
tensão residual sob baixas temperaturas.
Marcotte, Taherian Hoshahili,
Ramaswamy (2001) observaram, ainda, a
existência de uma tensão residual nas soluções
de goma xantana, em todas as condições
experimentais, e nas de goma carragenana, para
as concentrações de 2 e 3% à temperatura de
20ºC. Por essa razão, o comportamento
reológico dessas soluções foi representado pelo
modelo de Herschel-Bulkley. O aumento da
concentração das soluções e a redução da
temperatura de medida provocaram o aumento
da tensão residual.
Rao & Kenny (1975) E Marcotte,
Taherian Hoshahili, Ramaswamy (2001)
ressaltam que a tensão residual é uma
propriedade desejável em gomas por auxiliar na
manutenção de diversos ingredientes, utilizados
na formulação de alimentos, em seus devidos
lugares. Christianson & Bageley (1984)
avaliaram as tensões residuais em dispersões de
grãos de amido intumescidos e deformáveis e
observaram que o valor determinado,
experimentalmente, para a tensão residual
depende do método de avaliação e das
condições experimentais.
Soluções de goma com valores elevados
de n, ou seja, com comportamento, altamente,
pseudoplásticos, tendem a apresentar uma
sensação de viscosidade na boca. Desse modo,
quando características de elevada viscosidade e
um bom mouthfeel são desejáveis em uma
formulação, a escolha deve ser de um sistema
de gomas que possua um comportamento,
altamente, pseudoplástico. Rao & Kenny (1975)
e Speers & Tung (1986) reportaram que, para
um dado tipo de goma, o valor do índice de
comportamento e suas alterações com a
concentração são, altamente, dependente do
tamanho molecular.
Garcia-Ochoa & Casas (1992) estudaram
a viscosidade de soluções de goma locusta em
função da taxa de deformação, da concentração
da solução, da temperatura de solubilização e da
temperatura de medida. De acordo com os
autores, as soluções apresentaram
comportamento pseudoplástico e um
decréscimo na viscosidade com o aumento da
temperatura de medida. A temperatura de
solubilização teve forte influência sobre a
viscosidade aparente das soluções, havendo um
aumento na viscosidade aparente com o
aumento da temperatura de dissolução. Os
autores atribuíram esse comportamento à
diferença no peso molecular e na extensão e/ou
Revista Brasileira de Produtos Agroindustriais, Campina Grande, Especial, v.7, n.2, p.181-204, 2005

Estudo da reologia de polissacarídeos utilizados na indústria de alimentos Toneli et al.
regularidade de ramificação das moléculas que
se dissolvem às diferentes temperaturas,
provocando uma variação na razão
galactose/manose da solução. O aumento da
temperatura de solubilização provoca a
dissolução de moléculas de peso molecular
mais elevado e uma menor razão entre
galactose e manose, o que provoca um aumento
na viscosidade da solução. No entanto, os
autores observaram que, quando a temperatura
de dissolução atingiu 80ºC, houve uma inversão
no comportamento da viscosidade, que foi
atribuída à degradação térmica das moléculas
em solução ou a um enfraquecimento ou quebra
das ligações intermoleculares.
Dunstan et al. (1995) compararam as
propriedades reológicas da goma guar e goma
arábica com as de polissacarídeos elaborados a
partir da fermentação de culturas celulares de
plantas. Todos o polissacarídeos apresentaram
comportamento reológico não-newtoniano
muito pseudoplástico, porém os
polissacarídeos fermentados apresentaram
maior dependência com as condições de
temperatura e pH. De acordo com os autores, as
soluções de goma guar não apresentaram
dependência da viscosidade com a temperatura.
Isso indica que o polímero é formado por
estruturas rígidas ou que a concentração
eletrolítica é elevada o suficiente para que os
efeitos da temperatura e do pH sejam ocultados.
Nesse estudo, os autores observaram uma
inversão no comportamento da viscosidade
aparente com a temperatura, em função da taxa
de deformação, nas soluções de goma arábica e
de polissacarídeos fermentados, como mostra a
Figura 6. Os dados apresentados correspondem
a uma solução de goma arábica 20%
(peso/volume) sob várias temperaturas.
Analisando-se a Figura 6, nota-se que há uma
intersecção de um estado de alta viscosidade
para um estado de viscosidade, relativamente,
baixa sob altas taxas de deformação. A goma
arábica é considerada como um hidrocolóide
compacto e ramificado. No entanto, como
mostra o comportamento de intersecção, as
moléculas, ainda, devem estar aptas a sofrer
alterações conformacionais no campo de
cisalhamento. As curvas se cruzam a uma taxa
de deformação de, aproximadamente, 5s -1 .
Deve-se observar que o comportamento
pseudoplástico é observado para sistemas
coloidais de esferas rígidas com alta fração
volumétrica. Esse comportamento foi atribuído
a reorganizações estruturais das suspensões.
199
Figura 6 – Comportamento da viscosidade em
função da taxa de deformação para solução de
goma arábica 20% (peso/volume) sob diferentes
temperaturas (Adaptado de Dunstan et al.,
1995)
Leite (2001) estudou a reologia de
precipitado de inulina obtido a partir do
abaixamento de temperatura do extrato
concentrado de raízes de chicória e observou
que a temperatura de resfriamento do extrato
teve influência sobre a viscosidade das
amostras. As amostras que foram congeladas
resultaram em soluções com maior
concentração de inulina e, portanto,
apresentaram maiores viscosidades. O
precipitado de inulina apresentou
comportamento reológico não-newtoniano de
fluido pseudoplástico, representado, segundo o
modelo de Lei da Potência.
Zimeri & Kokini (2003) observaram que
géis puros de inulina em água com
concentrações inferiores a 20% apresentaram
comportamento newtoniano. Paoletti et al.
(2001) observaram comportamento semelhante
para géis preparados à concentração de 25%.
No entanto, para concentrações de 30 e 40%,
Zimeri & Kokini (2003) observaram que os géis
apresentaram tensões residuais estática e
dinâmica. A tensão residual estática foi
identificada como um máximo na curva,
provocada pela estrutura cristalina não
perturbada da inulina. Os autores concluíram
que géis concentrados de inulina seguiram um
comportamento reológico de Herschel-Bulkley.
Muitos estudos têm sido desenvolvidos
sobre a interação entre diferentes
polissacarídeos, avaliando o sinergismo das
misturas, o aumento provocado na viscosidade
das soluções e a habilidade de formação de
géis.
Revista Brasileira de Produtos Agroindustriais, Campina Grande, Especial, v.7, n.2, p.181-204, 2005

200
Estudo da reologia de polissacarídeos utilizados na indústria de alimentos Toneli et al.
Casas & Garcia-Ochoa (1999) estudaram
a viscosidade da mistura de gomas xantana e
locusta e observaram que, quando as soluções
são misturadas, observa-se um aumento
dramático na viscosidade, muito maior do que a
viscosidade combinada das soluções individuais
dos polissacarídeos. Os autores avaliaram a
influência da concentração total de
polissacarídeos, da razão entre gomas xantana e
locusta e da temperatura de dissolução sobre o
comportamento reológico da mistura. O
aumento na viscosidade da solução foi atribuído
à interação entre as moléculas das gomas
xantana e locusta, que ocorre entre as cadeias
laterais das moléculas de goma xantana e a
cadeia principal da goma locusta. A estrutura
das moléculas das gomas xantana e locusta em
solução tem grande influência sobre a
viscosidade final da solução. A conformação da
molécula da goma xantana muda com o
aumento da temperatura, passando de uma
estrutura ordenada para uma desordenada. A
composição da goma locusta, por sua vez, muda
com a temperatura de dissolução, havendo uma
redução na razão galactose/manose com o
aumento da temperatura, de modo que regiões
mais lisas (sem os radicais de galactose) estão,
predominantemente, dissolvidas. Essas
condições favorecem a interação entre as
gomas, provocando o aumento na viscosidade.
O estudo do comportamento reológico de
misturas de gomas (xantana, guar e alginato)
com salep foi realizado por Kayacier & Dogan
(2006), com a finalidade de se avaliar a sinergia
entre os componentes. O salep é um ingrediente
alimentício, obtido através da moagem de
tubérculos secos de orquídea selvagem,
extensivamente, utilizado na Turquia para a
produção de sorvetes e de uma bebida quente.
Em sua composição básica, o salep contém
glucomanose e amido, de forma que, além de
conferir ao produto o aroma e o sabor
desejados, também, atua como espessante e
estabilizante. Todas as soluções avaliadas
apresentaram um comportamento reológico
não-newtoniano pseudoplástico que foi descrito
pelo modelo de Lei da Potência. Os autores
observaram um aumento na viscosidade
aparente das soluções com o aumento da
concentração das gomas e de salep. A goma
guar, particularmente, sob altas concentrações,
foi a que apresentou um melhor efeito sinérgico
com o salep, caracterizado por um aumento na
viscosidade. Dessa forma, os autores
concluíram que o uso combinado de salep e
goma guar pode auxiliar na obtenção da
consistência desejada em formulações de
alimentos, utilizando-se uma menor quantidade
de espessantes.
Fernandes, Gonçalves, Doublier (1994)
estudaram o comportamento reológico de
misturas de κ-carragenana e galactomananas
(gomas locusta e guar) com níveis muito baixos
de κ-carragenana, na presença de KCl, e
observaram que as misturas apresentaram
propriedades características de géis, quando os
níveis de KCl foram suficientes para induzir a
estabilização das moléculas de κ-carragenana
na forma helicoidal. As curvas de escoamento
observadas para os galactomananos foram
típicas de soluções macromoleculares, com
comportamento pseudoplástico e uma
viscosidade limitante ηo sob baixas taxas de
deformação (platô newtoniano). A adição de κcarragenana
não alterou muito o
comportamento da solução, no entanto, para
concentrações de KCl superiores a 0,025%
houve um aumento significativo na viscosidade
para baixas taxas de deformação. Esse aumento
na viscosidade foi atribuído ao início da
formação de uma estrutura no sistema.
Tecante & Doublier (1999) estudaram o
comportamento reológico de misturas do amido
de milho ceroso (CWCS) e goma κcarragenana,
com adição de cloreto de potássio,
e observaram que a presença da goma e de KCl
nas soluções de amido tiveram um efeito
notável sobre a viscosidade e sobre o seu
comportamento reológico. As soluções
apresentaram comportamento não newtoniano
pseudoplástico. Os autores observaram um
aumento na viscosidade, quando o KCl não foi
adicionado para todas as concentrações de
amido avaliadas (0, 2, 3 e 4%), sendo que,
quanto maior a concentração de amido, maior
foi o aumento observado.
Zimeri & Kokini (2003) estudaram as
propriedades reológicas de sistemas
combinados de inulina e amido de milho ceroso
como um modelo de interação entre
carboidratos em alimentos. Os autores
observaram uma forte dependência da
viscosidade com o comportamento de fases e da
microestrutura dos sistemas. Todas as amostras
apresentaram um comportamento
pseudoplástico, sendo que as misturas com
elevadas concentrações de inulina (30 a 40%)
mostraram uma tensão residual, caracterizada
pelo ajuste dos dados experimentais pelo
modelo de Herschel-Bulkley. As curvas de
escoamento, também, tiveram um bom ajuste
Revista Brasileira de Produtos Agroindustriais, Campina Grande, Especial, v.7, n.2, p.181-204, 2005

Estudo da reologia de polissacarídeos utilizados na indústria de alimentos Toneli et al.
pelo modelo de Carreau, que foi utilizado para
estimar a viscosidade ηo.
Em sistemas combinados de inulina e
amido de milho ceroso (WMS), a concentração
de inulina teve forte influência sobre as
propriedades reológicas da mistura. Zimeri &
Kokini (2003) observaram a existência de uma
concentração crítica de inulina, abaixo da qual o
sistema se comporta como um sistema contínuo
de WMS com a inulina, sendo a fase dispersa.
Para valores acima de c*, no entanto, o sistema
passa a se comportar como um sistema contínuo
de inulina, com o WMS como fase dispersa.
Paoletti et. al. (2001) estudaram o
comportamento reológico de misturas de
inulina com gomas locusta, carragenana, guar e
com alginato, preparadas com 25% de inulina e
1% das gomas e analisadas à temperatura de
20ºC. A mistura de inulina com goma locusta
foi a que apresentou o maior sinergismo entre
os componentes, caracterizado por uma
alteração no comportamento reológico de
newtoniano para pseudoplástico e por um
aumento na tensão residual de 0,41 para 3,27Pa,
com a adição de inulina ao gel de goma locusta
1%. Por outro lado, a mistura de inulina com
goma carragenana não alterou o comportamento
reológico do gel de carragenana 1%.
A influência da adição de amidos
hidrolisados e modificados, em diferentes
concentrações, sobre o comportamento
reológico de soluções de inulina foi estudado
por Nogueira (2001) e Leite (2001). Os autores
observaram que a adição dos amidos provocou
um aumento na viscosidade aparente das
soluções, porém, não alterou o comportamento
reológico das soluções, que foi de fluido nãonewtoniano
pseudoplástico, representado pelo
modelo de Lei da Potência. Nogueira (2001)
observou que a adição dos amidos provocou
uma redução no índice de consistência da
solução de inulina, provocando uma redução na
pseudoplasticidade.
CONCLUSÕES
Os polissacarídeos são ingredientes
essenciais para a formulação de alimentos,
capazes de exercer uma grande variedade de
funções para melhorar a qualidade dos produtos
finais. No entanto, as suas propriedades físicas
e químicas têm forte influência sobre o seu
comportamento quando aplicados em
formulações e submetidos às condições de
processo.
201
Dessa forma, o conhecimento do
comportamento reológico dos polissacarídeos é
essencial para a formulação de alimentos, para
o projeto e avaliação das condições de processo
e para a determinação da qualidade do produto
final.
Considerando-se a grande diversidade de
polissacarídeos que podem ser aplicados como
ingredientes em alimentos, torna-se de extrema
importância o desenvolvimento de pesquisas
que avaliem o comportamento reológico desses
polímeros, quando submetidos a diferentes
condições de processos e aplicados em
formulações variadas. O conhecimento dessas
propriedades é essencial para o
desenvolvimento de novos produtos
alimentícios, no estudo, o processo e
dimensionamento de equipamentos, com
melhor qualidade e menor custo, de acordo com
as atuais necessidades do mercado consumidor.
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