Introdução
As gomas de frutas são deliciosas e têm bom sabor durante todo o ano, seja no verão ou no inverno, no deserto a 50°C ou no Polo Norte a -40°C. Seria desagradável se essas "guloseimas" grudassem em altas temperaturas e formassem uma espécie de massa coesa e pegajosa, ou se um dente caísse ao mordê-las no frio. Esses exemplos deixam claro que: As gomas de frutas parecem apresentar um amplo espectro de propriedades elásticas, variando entre macias e duras e também fortemente influenciadas pela temperatura. A análise mecânica dinâmica é empregada para a caracterização das propriedades viscoelásticas. Quando acoplada a uma câmara de umidade, as influências da secagem e da umidificação no comportamento mecânico também podem ser registradas.
Quais comportamentos mecânicos as gomas de frutas de diferentes zonas climáticas apresentam?
As gomas de frutas dos seguintes países estavam disponíveis para pesquisa:
- Alemanha
- Holanda
- Austrália
- Nova Zelândia
- Rússia
Juntamente com as classic gomas de fruta à base de gelatina, os tipos veganos também estão incluídos nos estudos. O comportamento dinâmico-mecânico de todos os tipos será registrado e comparado em diferentes temperaturas. As medições de DMA serão realizadas com um NETZSCH DMA Eplexor® conectado a um Hygromator (gerador de umidade opcional).
Gelatina, sua origem, propriedades funcionais e Alternativas
Tradicionalmente, a gelatina [1, 2] é o principal componente das gomas de fruta. Essencialmente, ela engrossa os ingredientes líquidos aromatizantes e, quando usada adequadamente, proporciona o derretimento e a firmeza de mordida corretos, bem como a temperatura de derretimento adequada para o consumo. Em geral, as "gomas" são derramadas e - antes da transição para a fase visco-elástica - existem na forma fundida no final do processo de moldagem.
A gelatina é encontrada não apenas em gomas de frutas, mas também em muitos outros produtos alimentícios, por exemplo, alimentos de baixa caloria, iogurte, maionese, aspics, pastas de carne e muitos doces. Historicamente, a gelatina também tem sido usada como cola há milhares de anos.
A gelatina é um alimento natural que consiste principalmente de proteína de colágeno. As proteínas desempenham três funções muito diferentes nos organismos vivos: a) como proteínas estruturais (= escleroproteínas), b) como proteínas de membrana e c) como proteínas globulares (= esferoproteínas). A versão colagenosa é um membro das escleroproteínas e consiste em três cadeias polipeptídicas entrelaçadas (hélice tripla). Quando essas cadeias se agrupam, formam-se fibrilas de colágeno; na verdade, elas se tornam redes tridimensionais devido às ligações cruzadas que surgem entre as hélices triplas e, assim, estabilizam-se mecanicamente.
A Reação de decomposiçãoUma reação de decomposição é uma reação induzida termicamente de um composto químico que forma produtos sólidos e/ou gasosos. decomposição do colágeno em cadeias polipeptídicas individuais é necessária para a produção de gelatina. Devido à insolubilidade da ligação cruzada na água, esse é um processo complexo que requer o uso de produtos químicos. +
A produção de gelatina começa com colágeno de origem animal. As proteínas animais se originam dos ossos ou são retiradas das camadas inferiores da pele. Visto em nível microscópico, o colágeno apresenta estruturas em forma de hélice que são amolecidas em um processo químico-térmico para que possam ser separadas (conhecido como maceração). O resultado é uma sucata "desmineralizada", chamada osseína, que é a matéria-prima real da qual a gelatina é feita.
A produção de gelatina permite a obtenção de diferentes forças de gelificação para várias aplicações. A força de gelificação é descrita pelo "número de Bloom". Como a força de gelificação e, portanto, o número de Bloom, dependem da temperatura, a gelatina mais adequada pode ser selected para um determinado produto. Para gomas de frutas mais firmes, é usada gelatina com um valor de Bloom mais alto do que para os tipos mais macios, que contêm gelatina com baixo Bloom.
A gelatina é um hidrocolóide e pode tanto se ligar à água quanto inchar na água. Ela engrossa, gelifica, estabiliza, é extremamente elástica e apresenta comportamento termorreversível, ou seja, a gelatina gelifica quando resfriada e derrete quando aquecida. Essa propriedade também é usada na produção de "ursinhos de goma" e foi investigada e avaliada nas medições realizadas aqui. O Temperaturas e entalpias de fusãoA entalpia de fusão de uma substância, também conhecida como calor latente, é uma medida da entrada de energia, normalmente calor, necessária para converter uma substância do estado sólido para o líquido. O ponto de fusão de uma substância é a temperatura na qual ela muda de estado, passando do sólido (cristalino) para o líquido (fusão isotrópica).ponto de fusão também é de particular importância para o consumidor. Afinal de contas, o "animal de borracha" deve derreter na boca e, ao mesmo tempo, manter certa firmeza.
arcA busca por alternativas - aglutinantes de origem puramente vegetal que apresentem propriedades igualmente favoráveis às encontradas na gelatina - já começou, mas ainda não foi possível encontrar um substituto completo. Há necessidade de métodos de teste de rotina para descrever melhor os aglutinantes alternativos e seus efeitos sobre o material [1], [2]
Os seguintes materiais, entre outros, estão sendo usados atualmente como aglutinantes de origem vegetal pura, com o objetivo de substituir a gelatina [3]:
- Agar-Agar: Substituto da gelatina
- Aquafaba: Água de cozimento espessa de grão-de-bico, feijão e outras leguminosas à base de plantas; substituto do ovo
- Pectina: fibra solúvel e agente gelificante à base de plantas Batata starch: aglutinantes
- Milho starch: Substituto do starch, geralmente sem glúten e sem lactose
- Cascas de psyllium: Agente de inchaço à base de plantas
- Sagu:arcGranulado de mandioca e batata; agente espessante sem sabor
- Alfarroba (goma): Agente espessante natural
- Goma de engrenagem: Agente espessante e aglutinante (E 412)
- Carragenina: Agente gelificante e espessante de origem vegetal (E407), obtido de algas vermelhas
- Alginato: Agente espessante, gelificante e de revestimento (E 400 a E 405), obtido de algas
- Goma xantana: Polissacarídeo de ocorrência natural, aditivo produzido a partir de bactérias (E 4015) para uso como agente gelificante e espessante
- Raiz de ararutaarch: Agente aglutinante sem glúten; substituto do ovo
Essas alternativas também são hidrocoloides, como a gelatina. Elas são usadas na indústria alimentícia por causa de suas propriedades funcionais; essas propriedades, no entanto, não são tão abrangentes a ponto de permitir uma substituição geral da gelatina por elas [2].
Como as gomas de fruta veganas também usam aglutinantes incomuns até agora, e seu efeito ainda não é bem compreendido, há uma necessidade nesse campo de incluir produtos com aglutinantes veganos nas pesquisas.
Resultados do teste dinâmico-mecânico usando o NETZSCH GABO Eplexor® 500 N
Na medida em que estavam disponíveis em formatos que poderiam ser facilmente investigados no teste de tração, as gomas de frutas foram selected de acordo. Outras foram perfuradas em um formato adequado para o teste quando resfriadas.
As alterações na seção transversal durante o teste e as áreas de seção transversal que não podem ser registradas com precisão em amostras de formato irregular não afetam o amortecimento e, portanto, a temperatura de amolecimento.
Parâmetros de medição
Na primeira parte do teste, foram realizadas varreduras de temperatura na faixa de aproximadamente -60°C a +40°C em todas as amostras de goma de fruta usando o DMA Eplexor® para poder comparar a estabilidade dependente da temperatura (Módulo elásticoO módulo complexo (componente elástico), módulo de armazenamento ou G', é a parte "real" das amostras, o módulo complexo geral. Esse componente elástico indica a resposta do tipo sólido, ou em fase, da amostra que está sendo medida. módulo de elasticidade complexo ou apenas módulo E) e a viscoelasticidade associada das diferentes gomas de fruta. Para isso, as amostras foram inicialmente resfriadas a aproximadamente -60°C no instrumento de teste. Para definir uma temperatura constante na amostra, uma fase isotérmica de 15 minutos é definida em cada caso antes da medição, seguida por uma medição a uma taxa de aquecimento de 0,5 K/min. As medições de temperatura são realizadas perto da amostra com o termômetro de câmara, que está localizado em uma câmara de amostra com intensa circulação de ar.
Na segunda parte do experimento, o comportamento dinâmico-mecânico de uma amostra vegana da Alemanha e de uma amostra à base de gelatina da Holanda é investigado durante a secagem e sob absorção de umidade no site Eplexor®, equipado com um Hygromator (câmara de umidade).
Comportamento dependente da temperatura de gomas de frutas
As gomas alemãs estão disponíveis como veganas (verdes, chamadas de "tiras") e à base de gelatina (vermelhas, chamadas de "batatas fritas") para as medições de DMA.
Nota-se (Figura 1) que as gomas de frutas veganas apresentam um módulo de Young mais alto em todas as temperaturas, ou seja, são mais rígidas do que as gomas à base de gelatina. Além disso, o amolecimento das tiras veganas (curva verde, Tg = 11,6°C) ocorre em temperaturas mais altas do que as batatas fritas à base de gelatina (curva vermelha, Tg= -0,4°C).
Essa constatação objetiva também corresponde aos resultados sensoriais de mordida e degustação: As amostras veganas são mais firmes ao morder, enquanto as amostras à base de gelatina têm um sabor mais intenso quando derretidas.
Ursinhos de goma holandeses
Na Holanda, versões à base de gelatina estão disponíveis para teste. As geometrias parcialmente irregulares das gomas são moldadas em forma de amostra por meio de perfuração quando em um estado resfriado. No manuseio, esses produtos se destacam como gomas de frutas relativamente rígidas. Os pontos de amolecimento medidos estão na faixa de -6°C a 0°C.
A Figura 2 mostra as diferentes curvas de medição do módulo |E*| e do amortecimento. A goma macia (curva azul) apresenta diferenças na temperatura de amolecimento (-2,4°C) em comparação com os outros dois tipos de goma de fruta, Liane-Cassis (-5,1°C, curva vermelha) e Morango (-4,9°C, curva verde). É por isso que a amostra de goma macia apresenta, de longe, a curva de amortecimento mais ampla e a queda mais precoce no módulo de Young em relação à temperatura. Assim, a amostra de goma macia tem o menor amortecimento na faixa de temperatura ambiente de todas as amostras que estão sendo comparadas, e o material parece mais macio para o consumidor do que o Strawberry e o Liane-Cassis.
Embora o amortecimento seja muito semelhante para os tipos Liane-Cassis e Morango, o módulo E do Morango é sempre maior do que o do Liane-Cassis, o que também se reflete na firmeza ao morder.
O menor amortecimento (tan δ) da amostra Liane-Cassis (curvas vermelhas) pode ser visto na prática em virtude de um processo de Temperaturas e entalpias de fusãoA entalpia de fusão de uma substância, também conhecida como calor latente, é uma medida da entrada de energia, normalmente calor, necessária para converter uma substância do estado sólido para o líquido. O ponto de fusão de uma substância é a temperatura na qual ela muda de estado, passando do sólido (cristalino) para o líquido (fusão isotrópica). fusão e deformação mais longo do que o da Strawberry (curva verde). Além disso, a Liane-Cassis apresenta um efeito adesivo mais intenso nos dentes.
Amostras veganas da Austrália e Nova Zelândia
Ambas as amostras são oferecidas em um mercado com altas temperaturas médias externas, o que impõe exigências especiais quanto à estabilidade dimensional e à aderência das gomas de frutas. Ambas as amostras estão disponíveis em formato de cuboide ou folha já adequadas para o teste de tração, e só precisam ser cortadas ou dobradas adicionalmente para ajustar a espessura da amostra para a realização do teste. Enquanto uma amostra (curvas verdes) é especificamente designada como vegana, a segunda amostra (curvas azuis) não afirma explicitamente essa alegação.
É óbvio (Figura 3) que os produtos da região oceânica apresentam as temperaturas de amolecimento mais altas (19,6°C e 24,3°C) de todas as gomas de frutas pesquisadas. Em particular, as amostras cuboidais são relativamente rígidas até o ponto de congelamento e têm os módulos E mais altos.
Gomas de frutas russas à base de gelatina para regiões de clima frio
As duas gomas de fruta russas à base de gelatina investigadas aqui têm o formato de ursos (curvas azuis) e de vermes (curvas vermelhas). O formato de urso exigia perfuração, enquanto as minhocas podiam ser inseridas diretamente no DMA. Embora o amolecimento das minhocas comece em temperaturas ligeiramente mais altas (Tg = -0,9 °C, curva vermelha) do que o dos ursos (Tg = -4,4 °C, curva azul), os dois apresentam rigidez semelhante no momento do amolecimento.
O módulo E dos ursos nas temperaturas de serviço é menor do que o dos vermes (curvas azuis, Figura 4) devido ao material. As minhocas amolecem em temperaturas ligeiramente mais altas (3,5°C, curvas vermelhas) do que os ursos. Consequentemente, as propriedades gustativas dos dois tipos de goma de fruta também são muito semelhantes.
Comportamento dependente da umidade de gomas de frutas
A dependência das amostras em relação à umidade é investigada, assim como as varreduras de temperatura, no modo de tração a 35°C. A temperatura é mantida constante durante todo o experimento.
Na primeira etapa do experimento, as amostras veganas alemãs e holandesas à base de gelatina são expostas a uma umidade da câmara de 20% UR, que é gerada e mantida constante pelo NETZSCH GABO Hygromator (gerador de umidade).
Essa etapa corresponde a um processo de secagem para passar da umidade ambiente, que nesses países é de cerca de 50% a 60% de UR, dependendo da estação, para uma condição "quase" seca a 20% de UR. Para essa série de testes, as gomas de frutas a serem testadas devem estar disponíveis em um estado de umidade idêntico e seco para fins de comparação. Para isso, as duas amostras foram secas por aproximadamente 1 h e o curso temporal do módulo de Young foi registrado. As amostras secas dessa forma também foram submetidas a uma umidade de câmara de 50% por cerca de uma hora e, em seguida, a uma umidade de câmara de 90% por mais uma hora. As alterações resultantes dependentes do tempo no módulo de Young e a umidade da câmara predominante em cada ponto no tempo são mostradas na figura 5 para uma amostra vegana (curvas vermelhas) e uma amostra contendo gelatina (curvas azuis).
A figura 5 mostra um comportamento temporal semelhante para as gomas de fruta veganas e à base de gelatina, com os tipos veganos sempre apresentando módulos E mais altos e menor sensibilidade à umidade nas presentes investigações. Comum a ambos é um aumento no módulo E após a secagem (aqui a 20% de UR) e uma diminuição após a exposição à umidade (aqui a 50% de UR e 90% de UR). Para os espécimes secos a 20% de UR, a umidificação já é exibida após a remoção do armazenamento a 50% de UR, conforme mostrado pelo curso do módulo E.
Resumo
O NETZSCH DMA Eplexor® oferece um procedimento de rotina para a avaliação das propriedades de produtos relevantes para o consumidor de alimentos como gomas de frutas, servindo assim para o aprimoramento e o desenvolvimento de novos produtos.
As dependências de temperatura do módulo E (rigidez) e do amortecimento estão intimamente relacionadas ao comportamento de firmeza, mordida e derretimento das gomas de fruta. O conhecimento das dependências de umidade, por outro lado, é de maior valor para avaliar as condições de armazenamento.
Para o desenvolvimento de outros tipos de goma de fruta, especialmente com novos aglutinantes para clientes veganos, a análise dinâmico-mecânica oferece a capacidade de registrar antecipadamente as propriedades térmicas e mecânicas no laboratório e, assim, lançar os produtos no mercado de forma mais direcionada e mais rápida. Além disso, as condições de armazenamento e processamento, juntamente com os parâmetros de umidade e temperatura, podem ser simuladas por meio de medições de DMA.