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UNIVERSIDADE ESTADUAL DO OESTE DO PARANÁ - UNIOESTE
CENTRO DE CIÊNCIAS EXATAS E TECNOLÓGICAS
PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA AGRÍCOLA
EXTRAÇÃO DE PROTEÍNAS DE FOLHA DE MANDIOCA (Manihot
esculenta Crantz) PARA OBTENÇÃO DE CONCENTRADO PROTÉICO
PRISCILA FERRI
CASCAVEL – Paraná - Brasil
Julho - 2006
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PRISCILA FERRI
EXTRAÇÃO DE PROTEÍNAS DE FOLHA DE MANDIOCA (Manihot
esculenta Crantz) PARA OBTENÇÃO DE CONCENTRADO PROTÉICO
Dissertação apresentada ao Programa de s-
Graduação em Engenharia Agrícola, em
cumprimento parcial aos requisitos para
obtenção do título de Mestre em Engenharia
Agrícola, Área de concentração em Engenharia
de Recursos Hídricos e Meio Ambiente.
Orientadora: Profª Dr
a
. Simone Damasceno
Co-Orientadora: Profª. Dr
a
. Marney Pascoli
Cereda
Co-Orientadora: Drª. Ortência L. G. S. Nunes
CASCAVEL – Paraná - Brasil
Julho – 2006
PRISCILA FERRI
“Extração de proteínas de folha de mandioca (Manihot esculenta Crantz) para
obtenção de concentrado protéico”
Dissertação aprovada como requisito parcial para obtenção do grau de
Mestre do Programa de s-Graduação em Engenharia Agrícola da
Universidade Estadual do Oeste do Paraná UNIOESTE, pela comissão
formada pelos professores:
Orientadora: Profª. Drª. Simone Damasceno Gomes
UNIOESTE/CCET – Cascavel - PR
Profª. Drª. Nívea Maria Vicentini
TECPAR– Curitiba - PR
Profª. Drª. Silvia Renata Machado Coelho
UNIPAR – Toledo - PR
Profª. Drª. Fabiana André Falconi
UNIOESTE/CCMF – Cascavel - PR
Cascavel, 07 de julho de 2006.
i
i
À Deus,
Ao meu marido Anderson Coldebella,
Aos meus pais Antonio Ferri e Ozita Maria Peres,
Aos meus irmãos Rafael Ferri e Ana Paula Ferri,
DEDICO.
i
AGRADECIMENTOS
Ao meu marido Anderson, pela paciência, apoio e carinho.
Aos meus pais Antonio Ferri e Ozita Maria Peres, pelo incentivo,
paciência e carinho.
À minha orientadora Professora Dr
a
. Simone Damasceno, pela
oportunidade oferecida, estímulo, consideração e paciência no
desenvolvimento deste trabalho.
Às coorientadoras Professoras Dr
a
. Marney Pascoli Cereda e
Dr
a
Ortência Leocádia G. S. Nunes, pelos conselhos.
À Universidade Estadual do Oeste do Paraná Unioeste campus de
Cascavel, pela oportunidade concedida e pela concessão e apoio na realização
deste trabalho, desenvolvido no Laboratório de Saneamento do curso de
Engenharia Agrícola.
À amiga Janete Aparecida Evarini, pela grande ajuda, amizade e,
principalmente, pelo companheirismo durante o experimento.
À Fundação para o Desenvolvimento Científico e Tecnológico
Fundetec, pela cedência do espaço físico, durante parte do experimento e pelo
incentivo e compreensão durante o curso de mestrado.
Aos meus companheiros de trabalho do Laboratório Alqma, em
especial, aos meus colegas Fabiano Henrique Matheus, Andréia Saturno e
Maria Aparecida Nascimento, pelo apoio e incentivo.
v
SUMÁRIO
1 INTRODUÇÃO ................................................................................................ 1
2 REVISÃO DE LITERATURA ........................................................................... 4
2.1 ASPECTOS GERAIS DA CULTURA DA MANDIOCA ................................. 4
2.2 RESÍDUOS AGROINDUSTRIAIS GERADOS PELA INDUSTRIALIZAÇÃO
DA MANDIOCA .............................................................................. 6
2.3 FOLHAS DE MANDIOCA ............................................................................. 8
2.3.1 Características Nutricionais da Folha de Mandioca .................................. 9
2.3.2 Características Antinutricionais da Folha de Mandioca ........................... 11
2.3.3 Proteínas das Folhas de Mandioca ........................................................ 12
2.3.4 Utilização das Folhas da Mandioca ......................................................... 14
2.4 EXTRAÇÃO DE PROTEÍNAS DE FOLHAS DE MANDIOCA ..................... 15
2.4.1 Extração por Precipitação Isoelétrica ...................................................... 18
2.4.2 Extração por Termocoagulação .............................................................. 19
2.4.3 Extração por Autocoagulação ................................................................ 20
2.5 CONCENTRADOS PROTÉICOS DE FOLHAS ......................................... 21
2.6 APLICAÇÃO DE CONCENTRADOS PROTÉICOS DE FOLHAS ............. 23
3 MATERIAL E MÉTODOS .............................................................................. 25
3.1 ETAPA 1: COLETA E PREPARO DA AMOSTRA ...................................... 26
3.1.1 Preparo da Folha de Mandioca para as Etapas 2, 3 e 4 ......................... 26
3.1.2 Preparo da Folha de Mandioca para a Etapa 5 ....................................... 26
3.2 ETAPA 2: INFLUÊNCIA DO PH NA PRECIPITAÇÃO DAS PROTEÍNAS
DO SUCO DE FOLHAS DE MANDIOCA TESTE DE
PRECIPITAÇÃO ........................................................................... 27
3.3 ETAPA 3: ESTUDO DE SETE MÉTODOS DE EXTRAÇÃO PARA
OBTENÇÃO DE CONCENTRADOS PROTÉICOS, UTILIZANDO
FOLHAS DE MANDIOCA DESIDRATADAS ............................... 28
3.3.1 Métodos de Extração, descritos por CEREDA e VILPOUX (2003) ......... 29
3.3.1.1 Método 1 - Coagulação de proteínas por abaixamento de temperatura
..................................................................................................... 29
v
3.3.1.2 Método 2 – Extração por precipitação isoelétrica .................................. 29
3.3.1.3 Método 3 – Fermentação do suco de folhas ......................................... 30
3.3.1.4 Método 4 – Solubilização das proteínas: .............................................. 32
3.3.2 Método de Extração Descrito por Chaves (1987) .................................... 34
3.3.2.1 Método 5 – Fermentação do suco de folhas filtrado .............................. 34
3.3.3 Método de Extração Descrito por TUPINAMBÁ e VIEIRA (1979) ........... 35
3.3.3.1 Método 6 – Extração por precipitação isoelétrica e termocoagulação .. 35
3.3.4 Método de Extração Descrito por FASUYI e ALETOR (2005) ................ 36
3.3.4.1 Método 7 – Extração por termocoagulação: ......................................... 36
3.4 ETAPA 4: ESTUDO DE QUATRO MÉTODOS DE EXTRAÇÃO,
UTILIZANDO 2 FASES DE EXTRAÇÃO PARA OBTENÇÃO DE
CONCENTRADOS PROTÉICOS DE FOLHAS DE MANDIOCA . 39
3.5 ETAPA 5: ESTUDO DE QUATRO MÉTODOS DE EXTRAÇÃO PARA
OBTENÇÃO DE CONCENTRADOS PROTÉICOS, UTILIZANDO
FOLHAS DE MANDIOCA FRESCAS ........................................... 44
3.6 ETAPA 6: ANÁLISES QUÍMICAS DE CARACTERIZAÇÃO ....................... 44
3.7 ETAPA 7: CÁLCULO DE BALANÇO DE MASSA DOS PROCESSOS DE
EXTRAÇÃO DESCRITOS NAS ETAPAS 3, 4 E 5; ...................... 45
3.8 ETAPA 8: ANÁLISE ESTATÍSTICA DOS DADOS ..................................... 46
4 RESULTADOS E DISCUSSÃO ..................................................................... 47
4.1 INFLUÊNCIA DO PH NA PRECIPITAÇÃO DAS PROTEÍNAS DO SUCO
DE FOLHAS DE MANDIOCA – TESTE DE PRECIPITAÇÃO ...... 47
4.2 ESTUDO DE SETE MÉTODOS DE EXTRAÇÃO PARA OBTENÇÃO DE
CONCENTRADOS PROTÉICOS, UTILIZANDO FOLHAS DE
MANDIOCA DESIDRATADAS ..................................................... 51
4.2.1 Balanço de Massa de Extração de Proteínas .......................................... 52
4.2.1.1 Método 1 - Coagulação de proteínas por abaixamento de temperatura,
descrito por CEREDA e VILPOUX (2003): ................................... 52
4.2.1.2 Método 2 - Extração por precipitação isoelétrica, descrito por CEREDA
e VILPOUX (2003): ...................................................................... 55
4.2.1.3 Método 3 - Fermentação do suco de folhas, descrito por CEREDA e
VILPOUX (2003) .......................................................................... 57
4.2.1.4 Método 4 - Solubilização das proteínas, descrito por CEREDA e
VILPOUX (2003) .......................................................................... 57
v
4.2.1.5 Método 5 - Fermentação do suco de folhas filtrado, descrito por
CHAVES (1987) ........................................................................... 59
4.2.1.6 Método 6 - Extração por precipitação isoelétrica/termocoagulação,
descrito por TUPINAMBÁ e VIEIRA (1979) .................................. 60
4.2.1.7 Método 7 - Extração por termocoagulação, descrito por FASUYI; e
ALETOR (2005) ............................................................................ 61
4.2.2 Cálculo e Análise Estatística do Rendimento de Extração ..................... 63
4.3 ESTUDO DE QUATRO MÉTODOS, UTILIZANDO 2 FASES DE
EXTRAÇÃO PARA OBTENÇÃO DE CONCENTRADOS
PROTÉICOS DE FOLHAS DE MANDIOCA ................................. 66
4.3.1 Balanço de Massa ................................................................................... 67
4.3.2 Cálculo e Análise Estatística do Rendimento de Extração e Rendimento
de Concentrado Protéico ............................................................. 71
4.4 ESTUDO DE QUATRO MÉTODOS DE EXTRAÇÃO PARA OBTENÇÃO
DE CONCENTRADOS PROTÉICOS UTILIZANDO FOLHAS DE
MANDIOCA FRESCAS ................................................................ 76
4.4.1 Balanço de Massa ................................................................................... 77
4.4.1.1 Método 1F - Coagulação de proteínas por abaixamento de temperatura
(CEREDA; VILPOUX, 2003) ........................................................ 77
4.4.1.2 Método 2F - Extração por precipitação isoelétrica (CEREDA; VILPOUX,
2003) ............................................................................................ 77
4.4.1.3 Método 4F – Método de solubilização de proteína, (CEREDA;
VILPOUX, 2003) ........................................................................... 78
4.4.1.4 Método 5F – Extração por fermentação (CHAVES, 1987) .................... 81
4.4.2 Cálculo e Análise Estatística do Rendimento de Extração e Rendimento
de Concentrado Protéico ............................................................. 83
5 CONCLUSÕES ............................................................................................. 89
6 SUGESTÕES PARA PESQUISAS FUTURAS .............................................. 90
REFERÊNCIAS ............................................................................................... 91
v
LISTA DE TABELAS
Tabela 1 - Área plantada e produção de mandioca Nacional e Estadual em
2002/2003 e 2003/2004................................................................. 5
Tabela 2 - Quantificação de resíduos da industrialização da mandioca no
sudeste brasileiro........................................................................... 7
Tabela 3 - Composição centesimal das folhas de mandioca desidratada
expressa em g/100g..................................................................... 10
Tabela 4 - Teores de minerais das folhas de mandioca desidratadas, expressos
em mg/g....................................................................................... 11
Tabela 5 - Composição de aminoácidos da proteína de folhas de mandioca
encontrados por ROGERS e MILNER (1963) e KLING et al.
(1976) e padrão essencial de aminoácidos estabelecidos pela
FAO.............................................................................................. 14
Tabela 6 - Rendimento em matéria seca e proteína bruta em função dos
métodos de extração.................................................................... 22
Tabela 7 - Valores médios da massa referentes à massa de concentrado
protéico, rendimento de concentrado, massa de proteína do
concentrado protéico e rendimento dos métodos de extração.....64
Tabela 8 - Comparação estatística dos valores médios de rendimento de
concentrado protéico e rendimento de extração de proteínas,
utilizando 1 e 2 fases de extração................................................ 72
Tabela 9 - Perdas de massa no processo de uma e duas extrações................76
Tabela 10 - Comparação estatística dos valores médios de rendimento de
concentrado protéico e rendimento de extração de proteínas
utilizando folhas desidratadas e frescas.......................................83
Tabela 11 - Perdas de massa no processo de extração de folhas desidratadas
e frescas....................................................................................... 85
Tabela 12 - Rendimento em matéria seca e proteína bruta em função dos
métodos de extração.................................................................... 86
i
LISTA DE FIGURAS
Figura 1 - Etapas do processo de obtenção de proteínas de origem vegetal... 17
Figura 2 - Seqüência de extração do concentrado protéico da folha de
mandioca Método 1, descrito por CEREDA e VILPOUX (2003).
..................................................................................................... 30
Figura 3 - Seqüência de extração do concentrado protéico da folha de
mandioca Método 2, descrito por CEREDA e VILPOUX (2003).
..................................................................................................... 31
Figura 4 - Seqüência de extração do concentrado protéico da folha de
mandioca Método 3, descrito por CEREDA e VILPOUX (2003).
..................................................................................................... 32
Figura 5 - Seqüência de extração do concentrado protéico da folha de
mandioca Método 4, descrito por CEREDA e VILPOUX (2003).
..................................................................................................... 33
Figura 6 - Seqüência de extração do concentrado protéico da folha de
mandioca – Método 5, descrito por CHAVES (1987)................... 35
Figura 7 - Seqüência de extração do concentrado protéico da folha de
mandioca – Método 6, descrito por TUPINAMBÁ e VIEIRA (1979).
..................................................................................................... 37
Figura 8 - Seqüência de extração do concentrado protéico da folha de
mandioca - Método 7, descrito por FASUYI e ALETOR (2005)... 38
Figura 9 - Seqüência de extração, em duas fases, do concentrado protéico da
folha de mandioca todo 1E, descrito por CEREDA e
VILPOUX (2003).......................................................................... 40
Figura 10 - Seqüência de extração em duas fases do concentrado protéico da
folha de mandioca todo 2E, descrito por CEREDA e
VILPOUX (2003).......................................................................... 41
Figura 11 - Seqüência de extração em duas fases do concentrado protéico da
folha de mandioca todo 4E, descrito por CEREDA e
VILPOUX (2003).......................................................................... 42
x
Figura 12 - Seqüência de extração em duas fases do concentrado protéico da
folha de mandioca – Método 5E, descrito por CHAVES (1987)...43
Figura 13 - Final do teste de precipitação do pH 2 a 7...................................... 48
Figura 14 - Final do teste de precipitação do pH 7 a 12.................................... 48
Figura 15 - Valor do DPI da solução sobrenadante para cada condição de pH.
..................................................................................................... 49
Figura 16 - Comportamento da quantidade de proteína presente nas fases
sobrenadante e precipitado.......................................................... 50
Figura 17 - Suco de folhas de mandioca desidratadas..................................... 52
Figura 18 - Separação das fases (líquido sobrenadante e precipitado de
proteínas), após repouso a 4°C em refrigerador.......................... 53
Figura 19 - Concentrado protéico e líquido sobrenadante após a etapa de
centrifugação................................................................................ 53
Figura 20 - Balanço de massa - Método 1.........................................................54
Figura 21 - Separação das fases (líquido sobrenadante e precipitado de
proteínas) após correção de pH para 4........................................ 55
Figura 22 - Balanço de massa – Método 2........................................................ 56
Figura 23 Balanço de massa - Método 3.......................................................... 58
Figura 24 - Balanço de massa - Método 4.........................................................59
Figura 25 - Etapa final da fermentação............................................................. 60
Figura 26 - Balanço de massa - Método 5.........................................................61
Figura 27 - Balanço de massa - Método 6.........................................................62
Figura 28 - Balanço de massa - Método 7.........................................................63
Figura 29 - Balanço de massa – Método 1E..................................................... 68
Figura 30 - Balanço de massa – Método 2E. ................................................... 69
Figura 31 - Balanço de massa – Método 4E. ................................................... 70
Figura 32 - Balanço de massa – Método 5E. ................................................... 71
Figura 33 - Rendimento de concentrado protéico vs métodos de extração...... 73
Figura 34 - Rendimento de extração vs métodos de extração.......................... 74
Figura 35 - Teor de proteína bruta vs métodos de extração............................. 75
Figura 36 - Balanço de massa – Método 1F. ....................................................79
Figura 37 - Balanço de massa – Método 2F. ....................................................80
Figura 38 - Balanço de massa – Método 4F. ....................................................81
Figura 39 - Balanço de massa – Método 5F. ....................................................82
x
Figura 40 - Comparação dos métodos de extração, avaliando rendimento de
concentrado protéico de folhas desidratadas com folhas frescas.
..................................................................................................... 84
Figura 41 - Comparação dos métodos de extração avaliando rendimento de
extração de folhas desidratadas com folhas frescas. ..................84
x
RESUMO
O objetivo deste trabalho foi avaliar as eficiências de extração de proteínas
para obtenção de concentrados protéicos de folhas de mandioca (Manihot
esculenta Crantz), utilizando sete métodos de extração descritos por: CEREDA
e VILPOUX (2003), CHAVES (1987), TUPINAMBÁ e VIEIRA (1979) e FASUYI
e ALETOR (2005). O experimento foi realizado nas dependências da
Universidade Estadual do Oeste do Paraná, campus de Cascavel, no
Laboratório de Saneamento do curso de Engenharia Agrícola. As folhas de
mandioca foram colhidas no terço superior da planta com idade de 12 meses
em uma propriedade da cidade de Cascavel. Para a extração de proteínas
utilizaram-se folhas desidratadas, com teores de proteína bruta em base seca
de 36,55 % e umidade de 11,27%. Os métodos 1 e 2 descritos por CEREDA e
VILPOUX (2003), o Método 5 descrito por CHAVES (1987), o Método 6 e
descrito por TUPINAMBÁ e VIEIRA (1979) e o Método 7 descritos por FASUYI
e ALETOR (2005) foram os que obtiveram maiores teores protéicos nos
concentrados, acima de 50%. Os maiores rendimentos de extração foram
obtidos pelos métodos 2 e 4, com rendimentos de extração de proteína acima
de 35%. Foram testados os métodos 1, 2, 4 e 5, utilizando-se duas extrações
consecutivas, a fim de melhorar as perdas de massa e aumentar o rendimento
de extração, no entanto somente ocorreu a minimização das perdas de massa
no processo, não sendo necessária a utilização de duas fases de extração.
Foram comparados os métodos 1, 2, 4 e 5, aplicados com folhas
desidratadas, utilizando-se folhas frescas. As folhas de mandioca (Manihot
esculenta Crantz) frescas foram colhidas no terço superior da planta com idade
de 9 meses com teores de proteína bruta em base seca de 27,70% com 72%
de umidade. Não houve diferença nos rendimentos de extração, sendo mais
vantajoso utilizar folhas desidratadas, devido ao menor fator tóxico e maior
durabilidade. Os métodos 2 e 5 mostraram-se alternativos para obtenção de
concentrados protéicos de folhas de mandioca, devido à facilidade de extração
e de não necessitarem de equipamentos e materiais que possam aumentar o
custo de extração de proteínas, possibilitando assim um melhor
reaproveitamento das folhas de mandioca.
Palavras-chave: Teor de proteína, balanço de massa, rendimento de
extração.
x
ABSTRACT
The objective of this work was to evaluate the efficiencies of protein extration for
attainment of proteins leaf concentrate cassava (Manihot esculenta Crantz),
using seven methods of extration cited by authors CEREDA & VILPOUX
(2003), CHAVES (1987), TUPINAMBÁ & VIEIRA (1979) and FASUYI &
ALETOR (2005). The experiment was carried through in the dependences of
the State University of the West of the Paraná campus Cascavel, in the
laboratory of Sanitation of the course of Agricultural Engineering. The cassava
leves had been harvested in third part of the plant with age of 12 months in a
property of the city of Cascavel. For the protein extration dehydrated leves had
been used, with rude protein texts in dry base of 36.55 % and humidity of
11.27%. Methods 1 and 2 cited by CEREDA & VILPOUX (2003), method 5 cited
by CHAVES (1987), method 6 cited by TUPINAMBÁ & VIEIRA (1979) and
method 7 of FASUYI & ALETOR (2005) had been the ones that had gotten
greaters proteins texts in the concentrates, above of 50%. The biggest incomes
of extration had been gotten by methods 2, 5, 6 and 7 with incomes of protein
extration above of 35%. Methods 1, 2, 4 and 5 had been tested using two
consecutive extrations similar to improve the losses of mass and to increase the
extration income, however only occurred the reduction of the losses of mass in
the process, not being then necessary the use of two phases of extration.
Methods 1, 2, 4 and 5 had been compared, already applied with leves
dehydrated, using cool leves. The cassava leves (Manihot esculenta Crantz)
cool had been harvested in third part of the plant with age of 9 months with rude
protein texts in dry base of 27.70% with 72% of humidity. It did not have
difference in the extration incomes, being more advantageous to use
dehydrated leves due to possess minors toxic factors and greater durability.
Methods 2 and 5 had revealed alternative for attainment of cassava proteins
leaf concentrates, due to extration easiness, and not to need equipment and
materials that can increase the cost of protein extration, thus making possible
one better exploitation of cassava leves.
Key - Words: Protein text, rocking of mass, income of extration.
x
1 INTRODUÇÃO
A crescente geração de resíduos agroindustriais que necessitam de um
destino final ambientalmente adequado e economicamente viável tem causado
grande preocupação mundial. O conceito da palavra resíduo traz uma imagem
depreciativa, de um produto que não tem utilidade e deve ser descartado. A
preocupação com a proteção do meio ambiente torna necessário que esse
conceito seja revisto, pois o resíduo agroindustrial pode ser considerado como
matéria-prima para um novo processo.
Na industrialização da mandioca, como na fabricação de farinha e
extração de fécula, os resíduos gerados podem ser sólidos ou líquidos. Os
resíduos começam a ser gerados no cultivo da mandioca, como partes
constituintes da planta, descartadas em função do processo tecnológico
adotado. A qualidade e quantidade de resíduos variam em função de fatores
como cultivar, idade da planta, tempo após a colheita, tipo e regulagem do
equipamento industrial empregado, etc. (CEREDA, 2001).
Um dos resíduos gerados na produção de mandioca, especificamente
no processo da colheita das raízes, é a folha. Segundo CARVALHO e KATO
(1987), cerca de 14 a 16 milhões de toneladas da parte aérea da planta são
deixadas no campo e se perdem.
As folhas dessa planta representam uma excelente alternativa de
proteína vegetal, por possuírem um bom aporte protéico. Vários autores citam
que o conteúdo de proteína bruta presente na folha de mandioca varia de 15 a
40% da massa seca (CEREDA; VILPOUX, 2003). A proteína da folha de
mandioca possui baixa digestibilidade para alimentação animal, devido à
presença de fibras (OKE, 1978). Além das fibras, os compostos fenólicos
existentes nas folhas podem afetar o aproveitamento da proteína e a baixa
disponibilização de aminoácidos. No entanto, é possível fazer uso dessas
proteínas, se o material foliar for submetido a processos tecnológicos
apropriados que permitam eliminar, consideravelmente, os agentes tóxicos e
antinutricionais, eliminando também a parte fibrosa.
As folhas de mandioca são utilizadas na alimentação, na preparação
de pratos regionais e na alimentação animal, no entanto, na forma desidratada
não são adequadas para alimentação humana, devido à presença de alto teor
de fibras que atuam como fator antinutricional, além de possuírem elementos
tóxicos como compostos fenólicos, taninos e cianetos.
Segundo CEREDA e VILPOUX (2003), o interesse pelas proteínas
vegetais decorre de sua abundância natural, que em termos agronômicos, pela
produção por hectare, equivale de quatro a seis vezes à produção de proteína
animal, vinte vezes a do leite e praticamente cem vezes a da carne bovina.
O desperdício de folhas não é justificável, sobretudo numa época em
que a deficiência protéica tem sido um ponto comprometedor da saúde da
população.
Técnicas de extração de proteínas vêm sendo estudadas com a
intenção de produzir um concentrado protéico, com redução de fatores tóxicos
e antinutricionais das folhas da mandioca, para serem utilizados como
complemento alimentar para o ser humano, suplemento protéico para rações
animais, para indústrias alimentícias e no setor de biotecnologia. Assim, a
produção do concentrado protéico é uma forma de valorizar a folha de
mandioca e reduzir esse tipo de resíduo agroindustrial.
O processo de extração de proteínas para obtenção de concentrados
protéicos consiste basicamente na lixiviação da proteína das folhas, seguida da
separação da parte fibrosa, precipitação das proteínas, concentração e
secagem.
A precipitação das proteínas pode ser realizada pelos processos de
precipitação isoelétrica (ação da variação de pH), termocoagulação (ação da
temperatura) ou por autocoagulação (fermentação).
Desde a década de 1970, vários estudos foram realizados para a
obtenção de concentrados protéicos de folhas de mandioca e outros tipos de
folhagens, tendo como objetivo avaliar o seu valor nutritivo e seu teor de
proteína, no entanto, em se tratando dos processos de extração, os estudos
não são enfocados quanto à produção de concentrado e à eficiência da
extração. Teores de proteínas de concentrados protéicos de folhas de
2
mandioca podem variar de 25 % a 75%, dependendo do processo de extração
utilizado. Caso essa extração de proteínas venha a se tornar uma realidade,
será necessário dar à produção de folhas o mesmo tratamento tecnológico e
agrícola aplicado à produção de raízes.
Com a necessidade de se dar utilização adequada às folhas de
mandioca e de não considerá-la somente como resíduo, este trabalho
estabeleceu como objetivo: comparar os métodos de extração de proteínas
citados por CEREDA e VILPOUX (2003), CHAVES (1987), FASUYI e ALETOR
(2005) e TUPYNAMBÁ e VIEIRA (1979), quanto ao rendimento de extração de
proteína e o rendimento mássico do concentrado protéico da folha de mandioca
(Manihot esculenta Crantz), realizando balanços de massa, utilizando folhas
desidratadas; testar as metodologias de CEREDA e VILPOUX (2003) e
CHAVES (1987), utilizando duas fases de extração de proteínas para folhas
desidratadas e comparar essas metodologias para produção de concentrado
protéico com folhas frescas.
3
2 REVISÃO DE LITERATURA
2.1 ASPECTOS GERAIS DA CULTURA DA MANDIOCA
Segundo SILVA et al. (2001), a mandioca Manihot esculenta Crantz é
originária da América do Sul, possivelmente do Brasil, e é cultivada nas
diversas regiões do mundo, por apresentar tolerância às condições adversas
de clima e solo. O Brasil participa com mais de 15% da produção mundial.
A mandioca constitui um dos principais alimentos energéticos para
cerca de 500 milhões de pessoas, sobretudo nos países em desenvolvimento,
nos quais é cultivada em pequenas áreas, com baixo nível tecnológico. Além
de ser um importante alimento para as populações de pequenos produtores
rurais, serve para alimentação animal e pode ser cultivada e colhida,
praticamente, em todos os meses do ano. Possui grande rusticidade, isto é,
baixa exigência quanto a clima e tipos de solo, e suas raízes apresentam valor
energético semelhante ao do milho (SEBRAE, 2005).
A mandioca é cultivada em diversos estados brasileiros e
comercializada, de um modo geral, in natura, para subsistência ou para atender
ao comércio local. As regiões Norte e Nordeste destacam se como as
principais consumidoras, essencialmente na dieta alimentar (SOUZA; FIALHO,
2003). Nas regiões Sul e Sudeste a maior parte da produção é enviada para a
indústria, principalmente nos estados do Paraná, São Paulo e Minas Gerais.
Em 2004, devido à demanda de raiz de mandioca, exigida pela
indústria, a área de plantio aumentou 7,55% e a produção teve um acréscimo
de 8,38% (ALVES; FELIPE, 2005). Na Tabela 1, pode-se observar a variação
da área de plantio e a produção de raiz no Brasil, referentes aos anos
4
2002/2003 e 2003/2004. Os estados do Pará, Bahia e Paraná destacam-se
como os maiores produtores de Mandioca.
Tabela 1 - Área plantada e produção de mandioca Nacional e Estadual em
2002/2003 e 2003/2004
ESTADOS
ÁREA PLANTADA (HECTARES) PRODUÇÃO (TONELADAS)
2002/2003 2003/2004
Variação
(%)
2002/2003 2003/2004
Variação
(%)
Brasil 1.645.720 1.773.267 7,75 22.146.801 24.038.887 8,54
Pará 292.640 298.400 1,97 4.468.659 4.324.022 -3,24
Bahia 330.614 335.786 1,56 3.908.276 4.201.587 7,50
Paraná 110.672 163.775 47,98 2.351.171 3.209.990 36,53
Maranhão 164.617 172.937 5,05 1.241.660 1.274.097 2,61
Rio G. Sul 88.911 88.187 -0,81 1.315.217 1.232.927 -6,26
São Paulo 36.690 43.800 19,38 864.230 1.086.400 25,71
Minas Gerais 60.638 58.915 -2,84 850.592 884.991 4,04
Amazonas 83.754 82.804 -1,13 804.944 795.819 -1,13
Ceará 82.054 81.169 -0,53 857.880 759.100 -11,51
Santa
Catarina
28.417 32.260 13,52 538.930 593.000 10,03
Rio G. Norte 37.193 52.803 41,97 385.812 591.675 53,36
Mato Grosso 25.758 37.341 44,97 355.959 536.069 50,60
Pernambuco 41.767 49.422 18,33 440.447 523.565 18,87
Acre 23.188 26.858 15,83 437.028 511.497 17,04
Mato G. Sul 22.917 29.632 29,30 485.289 510.630 5,22
Sergipe 30.087 32.030 6,46 435.645 469.931 7,87
Rondônia 24.430 26.836 9,85 400.022 450.635 12,65
Espírito Santo 12.673 17.444 37,65 206.659 298.125 44,26
Goiás 17.882 18.234 1,97 258.699 274.346 6,05
Alagoas 26.083 17.802 -31,75 289.651 259.001 -10,58
Paraíba 27.922 28.739 2,93 255.768 257.411 0,64
Tocantins 14.406 12.056 -16,31 337.766 230.456 -31,77
Rio de Janeiro 10.383 11.612 11,84 150.700 176.754 17,29
Roraima 5.247 5.600 6,73 69.738 74.400 6,69
Amapá 6.375 6.830 7,14 67.166 70.703 5,27
Distrito
Federal
605 702 16,03 10.019 11.450 14,28
FONTE: Instituto Brasileiro de Geografia e Estatística (IBGE) - Levantamento Sistemático da
Produção Agrícola (LSPA) (dez./2004), citado por ALVES e FELIPE (2005).
Para a indústria, a raiz de mandioca é transformada, principalmente,
em farinha, que tem uso essencialmente alimentar e em fécula que, junto com
seus produtos derivados, têm competitividade crescente no mercado de
5
amiláceos, para a alimentação humana ou como insumos em diversos ramos
industriais, tais como a indústria de alimentos embutidos, embalagens, colas,
mineração, têxtil e farmacêutica (SOUZA; FIALHO, 2003).
2.2 RESÍDUOS AGROINDUSTRIAIS GERADOS PELA
INDUSTRIALIZAÇÃO DA MANDIOCA
No processamento agroindustrial de raízes de mandioca em farinha ou
na extração de fécula, os resíduos produzidos podem ser líquidos ou sólidos.
Os resíduos começam a surgir desde a colheita da raiz. São partes
constituintes da própria planta, geradas em função do processo tecnológico
escolhido. Segundo CEREDA et al. (2001), tanto a qualidade como a
quantidade dos resíduos varia bastante, em função de uma série de fatores tais
como: cultivar, idade da planta, tempo após a colheita, tipo e regulagem do
equipamento industrial, etc.
Os resíduos sólidos gerados, citados por CEREDA et al. (2001), são:
Caule ou maniva: corresponde à haste da planta da mandioca;
Cepa: é a parte do caule que resta entre as raízes colhidas e que se
apresenta lenhosa, acrescentada de outro resíduo denominada
descarte;
Descarte ou calcanhar: é o pendúculo, entre o caule e a raiz. Esse
resíduo é lenhoso e acompanha a raiz a a indústria onde, em
geral, é retirado antes da moagem, durante a operação de seleção.
Nas fecularias esse resíduo é moído junto com a raiz;
Cascas: camada fina celulósica, de cor marrom clara ou escura;
Entre casca: é o parênquima cortical da raiz. Possui coloração
branca e aspecto pergaminoso. a parte interna é impermeabilizada
e a externa é áspera;
6
Crueira: o pedaços de raíz e entre casca, separados por
peneiras, antes de entrar no forno, no processamento de farinha de
mandioca;
Folhas: é o pecíolo e a lâmina da folha;
Farelo: é o material retido na última peneira de extração de fécula
de mandioca.
Os resíduos líquidos são a água da lavagem das raízes e a manipueira.
A água de lavagem das raízes é a água originada dos lavadores e
descascadores. A manipueira é um produto líquido resultante da prensagem da
massa ralada para a produção de farinha e do processo de extração e
purificação da fécula de mandioca (CEREDA, et al. 2001).
A manipueira é um efluente com elevada carga poluidora e efeito
tóxico, pois libera o cianeto que causa sérios danos ao ambiente quando
lançado nos cursos d’água. Esse tipo de efluente requer um tipo de tratamento
mais refinado e muitas vezes de custo mais elevado.
Na Tabela 2 pode-se observar a quantidade de resíduos líquidos e
sólidos gerados na industrialização da mandioca da região sudeste do Brasil.
Tabela 2 - Quantificação de resíduos da industrialização da mandioca no
sudeste brasileiro
RESÍDUO/TONELADA DE
RAIZ:
Líquidos:
MATÉRIA
ÚMIDA
UMIDADE*
MATÉRIA
SECA
Água de lavagem das raízes
lavador contínuo 2600 L - -
Água de lavagem das raízes
lavador descontínuo 800 L 98% 16,0 kg
Água na extração da fécula 3700 L 98% 74,0 kg
Manipueira de farinheira 150a 400 L** 97% 22,5 a 20,0 kg
Manipueira de fecularia 1100 L 85 a 95% 55 kg
Sólidos:
Ramas (maniva) 20 t/ha 60% 400 kg ou 8 t/ha
Cepa 410 kg 60% 136 kg
Descarte 75 kg 60% 30 g
Cascas 45 kg 80% 9 kg
Farelo 930 kg 85% 140 kg***
Folhas 2,5 t/ha 60% 900 kg/ha
Crueira 42 kg 60% 17 kg
NOTAS: *Considerada para o cálculo;
**Corresponde à raiz com 62% de umidade;
***Corresponde a 105 kg de amido.
7
FONTE: Cerat (1996) e Cereda (1994), citados por CEREDA et al. (2001).
Atualmente, torna-se cada vez mais caro tratar os efluentes e os
resíduos e, com a preocupação de preservação do ambiente, o conceito de
resíduos deixa de ser uma palavra depreciativa, de produto sem utilidade e
passa a ser considerado como um subproduto ou co-produto de valor
econômico, podendo ser considerado como matéria-prima para outros
processos industriais, evitando o desperdício no processo da industrialização
de mandioca (CEREDA, et al. 2001).
Segundo CEREDA et al. (2001), vários estudos estão sendo realizados
para a reutilização dos resíduos da indústria de processamento da mandioca. A
manipueira pode ser utilizada para fertirrigação, na produção de álcool, ácido
cítrico, etc. O farelo tem sido estudado em várias linhas de pesquisas, como:
produção de cogumelos comestíveis, enriquecimento biológico, ensilagem,
produção de álcool fino com qualidade semelhante ao álcool de cereal. As
folhas, por serem ricas em proteínas, estão sendo estudadas para a obtenção
de concentrados protéicos que podem ser utilizados na alimentação.
2.3 FOLHAS DE MANDIOCA
As folhas de mandioca constituem um resíduo gerado na colheita das
raízes, têm ótimas características nutricionais e encontram-se no terço superior
da planta de mandioca.
O desperdício de folhas é grande em todas as regiões do Brasil
(CEREDA; VILPOUX, 2003). Cerca de 14 a 16 milhões de toneladas da parte
aérea são deixadas no campo e se perdem (CARVALHO; KATO, 1987).
SAGRILO et al. (2001) comentam que estimativas da produção de folhas por
hectare estabeleceram o potencial de folhas desidratadas em torno de
2.250 kg/ha.
No estado do Paraná, terceiro maior produtor de mandioca do Brasil,
cerca de 178.000 toneladas de folhas são descartadas todos os anos.
8
CEREDA (1994) relata que para uma tonelada de raiz de mandioca processada
na região sudoeste do Brasil, aproximadamente 2,5 toneladas por hectare de
folhas frescas são geradas e desperdiçadas.
A parte aérea da mandioca é aproveitável para alimentação, sendo que
o terço superior, ou seja, a parte mais enfolhada é mais rica do ponto de vista
nutricional, tendo alta produtividade (CARVALHO; KATO, 1987).
A necessidade de se dar uma utilização adequada à parte aérea, ou
seja, de não considerá-la somente como um resíduo agroindustrial, baseia-se
no grande volume desse material que, além da sua alta produtividade,
apresenta fatores nutricionais que poderiam ser utilizados como alternativa
protéica para animais, humanos ou complementos para indústria alimentícia,
farmacêutica, etc.
2.3.1 Características Nutricionais da Folha de Mandioca
As folhas de mandioca são ricas em proteínas, fibras, minerais,
vitamina C e caroteno (ADEWUSI; BRADBURY, 1993, ALETOR; ADEOGUN,
1995; CARVALHO; KATO, 1987, EGGUM, 1970; RAVINDRIAN; BLAIR, 1992).
Em sua composição química são encontrados valores na faixa de 15 a
40% de proteína bruta; 7,5 a 15,30% de gordura; 40,0 a 45,0% de carboidratos
e 9,0 a 15% de fibras (CEREDA; VILPOUX, 2003; SILVA et al., 2001).
Flores (1998), citado por PENTEADO e FLORES (2001), analisou a
composição centesimal de folhas de mandioca desidratadas (Tabela 3).
As proteínas das folhas são alternativas de proteínas vegetais, por sua
fácil disponibilidade, podem ser utilizadas na suplementação de alimentos
menos ricos em proteínas.
9
Tabela 3 - Composição centesimal das folhas de mandioca desidratada
expressa em g/100g.
FONTE: PENTEADO; FLORES (2001).
As fibras existentes nas folhas possuem fatores positivos e negativos
quanto a sua utilização. A ingestão de alimentos com certa quantidade de fibra
é essencial para o funcionamento gastrointestinal. Elas influenciam
positivamente na regulação do peso, no metabolismo de carboidratos e
lipídeos. Entretanto, o elevado teor de fibras presente na folha de mandioca é
fator limitante para sua utilização, por ser o responsável pela baixa
digestibilidade da proteína da folha e, assim, pela redução do seu
aproveitamento por humanos e animais (PENTEADO; FLORES, 2001).
A presença de carotenóides nas folhas desempenha um papel
importante na nutrição humana. Além de contribuírem com a cor dos alimentos,
alguns deles apresentam atividade pró-vitamínica A.
Adewusi e Bradbury (1993), citados por PENTEADO e FLORES
(2001), determinaram a concentração de carotenóides nas folhas de mandioca
na faixa de 13 a 78 mg/kg de peso fresco. Vários pesquisadores têm estudado
a presença de carotenóides pró-vitamínicos A que poderiam contribuir para
alimentos com deficiência em vitamina A. Além da vitamina A, as folhas de
mandioca possuem vitamina C (PENTEADO; FLORES, 2001).
CARVALHO et al. (1989) analisaram a vitamina C em folhas de
mandioca e verificaram valores variando entre 42,83 a 68,73 mg/100g.
A folha de mandioca apresenta-se também como fonte de minerais,
particularmente cálcio, ferro, zinco, manganês e magnésio. Na Tabela 4 são
apresentados os dados de minerais de folhas de mandioca desidratadas. Os
1
PARÂMETROS
FOLHA DESIDRATADA
(g/100g)
Umidade 7,15
Matéria Seca 92,85
Cinzas 6,84
Proteína 20,77
Extrato Etéreo 6,83
Fibra Insolúvel 45,11
Fibra Solúvel 3,24
Fibra Total 48,35
Carboidratos Totais 10,06
dados demonstram que as folhas possuem concentrações de ferro e manganês
bastante elevadas.
Tabela 4 - Teores de minerais das folhas de mandioca desidratadas,
expressos em mg/g
MINERAIS
FOLHA DESIDRATADA
(mg/g)
Nitrogênio 36,0
Fósforo 2,9
Potássio 10,0
Cálcio 16,0
Magnésio 3,8
Enxofre 2,4
Bromo 30,0
Cobre 6,0
Ferro 442,0
Manganês 351,0
Zinco 40,0
FONTE: FLORES (1998).
2.3.2 Características Antinutricionais da Folha de Mandioca
Apesar das folhas possuírem vários nutrientes, o seu consumo está
limitado pela presença de alguns fatores tóxicos, como por exemplo,
glicosídeos cianogênicos (VITTI; FIGUEREDO; ANGELUCCI, 1972; O'BRIEN
et al., 1991).
Os glicosídeos cianogênicos são compostos orgânicos constituídos por
um açúcar e uma porção que se denomina aglicona, que pode ser um grupo
alquila ou arila que, geralmente, define as características dos glicosídeos. Na
mandioca existem dois tipos de glicosídeos: a linamarina (92-98%) e metil
lotaustrina (derivada da linamarina, 2-8%) (Carvalho; Carvalho, 1979; citados
por PENTEADO; FLORES, 2001).
Uma característica química muito importante dos glicosídeos
cianogênicos é a facilidade com que se hidrolisam em presença da enzima
linamarase. Por meio desse tipo de reação libera-se o açúcar e a cianidrina.
1
Essa por sua vez, degrada-se originando o ácido cianídrico que é o
responsável pela toxicidade do composto (WFA, 1993; ESSERS, 1994).
Quando ingerido em alta concentração, o cianeto pode causar
intoxicações agudas e morte em animais e no homem, quando consumidos
crus ou sem processamento. Uma forma de reduzir a concentração desses
compostos tóxicos é a secagem da folha antes de consumi-la. CORRÊA et al.
(2002) estudaram o efeito da secagem das folhas sobre a atividade da enzima
linamarase e a concentração de cianeto, utilizando secagem da folha à sombra,
ao sol e em estufa a 40° C. Eles constataram que o menor teor de cianeto foi
encontrado para as folhas secas à sombra. A linamarase apresentou maior
atividade nas folhas secas ao sol e em estufa a 40°C, apresentando uma
relação direta com o teor de cianeto.
Os compostos fenólicos, os taninos e o ácido fítico também são
considerados como fatores antinutricionais da folha de mandioca. A alta
concentração de fenólicos causa descoloração da planta, interage
negativamente com proteínas, carboidratos e minerais e é responsável pela
adstringência e sabor amargo das folhas. Os taninos podem ser responsáveis
pela baixa digestibilidade da proteína da folha de mandioca (PENTEADO;
FLORES, 2001).
O ácido fítico reage com os minerais, formando um complexo insolúvel
chamado de fitato-mineral no trato intestinal do animal, impedindo a absorção
do mineral (Reddy, 1982, citado por PENTEADO; FLORES, 2001). Os níveis
de ácido fítico são tão baixos, em comparação com algumas leguminosas, que,
segundo PENTEADO e FLORES (2001), não têm significância nutricional.
Os fatores nutricionais e antinutricionais dependem de fatores como
cultivar, maturidade e altura da planta, fertilidade do solo, época de colheita e
variações climáticas.
2.3.3 Proteínas das Folhas de Mandioca
A folha de mandioca apresenta um bom aporte protéico, variando de 15
a 40% da massa seca (CEREDA; VILPOUX, 2003). Segundo FURTADO
1
(1987), o teor protéico da parte aérea é bastante variável, principalmente em
função da idade e da época de colheita, com maior ou menor quantidade de
folhas. CORRÊA (1972) salienta que a planta aos nove meses de idade
apresenta um teor protéico inferior ao das demais épocas, pois nessa fase
ocorre desfolhamento e as folhas constituem a porção mais rica em proteínas.
CARVALHO et al. (1989) relataram que as folhas devem ser colhidas
do décimo segundo ao décimo sexto mês por apresentarem menor teor de
compostos fenólicos e teores mais elevados de proteínas.
Rogers e Milner (1963) e Kling et al. (1976), citados por TUPINAMBÁ e
VIEIRA (1979), analisaram a composição de aminoácidos presentes na
proteína da folha de mandioca do Brasil. Comparando a composição de
aminoácidos encontrados pelos autores com os aminoácidos essenciais
estabelecidos pela Food Agricultural Organization - FAO, mostrados na
Tabela 5, observa-se que as folhas de mandioca são deficientes em compostos
sulfurados, principalmente metionina e possuem grande quantidade de lisina e
isoleucina.
Diversos autores, citados por CEREDA e VILPOUX (2003), afirmam
que os aminoácidos da proteína da folha de mandioca são deficientes em
metionina e cisteína, porém ricos em lisina. No entanto, MONTALDO (1977),
comparando a composição de aminoácidos das folhas da mandioca, capim
elefante, capim-guiné e soja, registrou superioridade da mandioca com relação
ao teor da maioria dos aminoácidos essenciais dessas culturas. Os altos teores
de lisina possibilitam a formulação de dietas nas quais a parte aérea entra
como suplementadora de aminoácidos dos cereais, visando à melhoria na
qualidade protéica.
A proteína da folha de mandioca possui baixa digestibilidade para
alimentação animal, devido à presença de fibras (OKE, 1978). Além das fibras,
a presença de polifenóis reduz a digestibilidade e a disponibilidade de
aminoácidos como a lisina.
1
Tabela 5 - Composição de aminoácidos da proteína de folhas de mandioca
encontrados por ROGERS e MILNER (1963) e KLING et al.
(1976) e padrão essencial de aminoácidos estabelecidos pela
FAO
AMINOÁCIDOS
(g/100g de proteína)
FOLHAS DE MANDIOCA
ROGERS e
MILNER (1963)
KLING et al. (1976)
FAO - Referência
Padrão de
Aminoácidos
Essenciais
Alanina 6,19 5,32
Arginina 6,12 6,12
Ácido Aspártico 9,63 8,04
Cisteína 1,04 -
Ácido Glutâmico 10,12 15,45
Glicina 5,32 6,93
Histidina 2,56 3,00
Isoleucina 4,84 4,75 4,2
Leucina 8,85 9,35 4,8
Lisina 6,33 7,08 4,2
Metionina 1,71 0,82 2,2
Fenilalanina 5,53 7,73 2,8
Prolina 5,40 5,75
Serina 4,60 4,81
Treonina 4,73 4,62 2,8
Triptofano 2,07 - 1,4
Tirosina 3,93 4,84
Valina 5,58 5,30 4,2
FONTE: TUPINAMBÁ e VIEIRA (1979).
Os taninos influenciam negativamente na disponibilização de
metionina, além disso, agravam a deficiência inerente de aminoácidos
sulfurados das folhas de mandioca (CORRÊA et al., 2004). Entretanto, é
possível fazer uso dessas proteínas, se o material foliar for submetido a
processos tecnológicos apropriados que permitam eliminar consideravelmente
os agentes tóxicos e antinutricionais, visando também eliminar a parte fibrosa.
2.3.4 Utilização das Folhas da Mandioca
No Brasil, a farinha das folhas desidratadas da mandioca vem sendo
utilizada como ingrediente de “multimisturas” ou adicionada às refeições, no
1
combate à desnutrição de crianças, acrescentada à merenda escolar ou
incluída em cestas básicas para famílias carentes, em várias regiões do país
(BRANDÃO; BRANDÃO, 1989, CORRÊA, et al, 2002). No entanto, o Conselho
nacional de Nutrição determina a não adição da farinha de folha de mandioca,
devido seus fatores tóxicos e antinutricionais.
Nos países da África as folhas são bastante usadas como hortaliças.
No estado da Amazônia a folha da mandioca é utilizada para preparar um prato
típico da região, a maniçoba, que é a folha de mandioca moída submetida a um
cozimento prolongado junto com carnes (CEREDA; VILPOUX, 2003).
De acordo com VITTI et al. (1972), as folhas podem ser aproveitadas
para a fabricação de alguns produtos como sopas ou em misturas com outras
farinhas de baixo teor protéico, tais como a da própria mandioca, objetivando
seu enriquecimento.
Também se tem utilizado bastante as folhas de mandioca para a
produção de silagens para alimentação de gado, pois, segundo FAUSTINO et
al. (2003), a quantidade de proteína encontrada é maior que a encontrada na
maioria das forrageiras tropicais.
Uma alternativa para melhorar o aproveitamento das folhas é a
extração de proteínas e seu aproveitamento direto, eliminando todos os
produtos antinutricionais e tóxicos (CEREDA; VILPOUX, 2003).
2.4 EXTRAÇÃO DE PROTEÍNAS DE FOLHAS DE MANDIOCA
Segundo DERENZO e ALDEIA (2000), as proteínas são importantes
fontes de nutrição dos seres vivos. As proteínas são as macromoléculas mais
abundantes nas células vivas. Elas exibem uma grande diversidade de funções
biológicas, inclusive crescimento, diferenciação de células, entre outros.
(LEHNINGER; NELSON; COX , 2002).
Enquanto as proteínas de origem animal são formadas por
aminoácidos em proporção e qualidade ótimas para a nutrição, as proteínas de
1
origem vegetal raramente são completas em sua composição (DERENZO;
ALDEIA, 2000). Entretanto, tais proteínas são importantes por serem, em
muitos casos, a principal ou única fonte de aminoácidos essenciais na
alimentação. Elas possuem propriedades que as tornam importante pelos
efeitos estruturais nos produtos alimentícios, inclusive aqueles à base de carne.
De qualquer forma, não pode ser desprezada a importância das proteínas
vegetais para o homem.
Segundo CEREDA e VILPOUX (2003), o interesse pelas proteínas
vegetais decorre de sua abundância natural que, em termos agronômicos, na
produção por hectare, é quatro a seis vezes superior à produção de proteína
animal, vinte vezes superior à do leite e, praticamente, cem vezes superior à da
carne bovina.
A impraticabilidade da folha deriva principalmente da alta quantidade
de fibra. Por conseguinte, foi sugerido que, com separação mecânica da fibra,
concentrados de proteínas de folhas, livres de fibras, representem uma opção
viável para o desenvolvimento e utilização de recurso de proteína não
convencional (OKE, 1972; TUPINAMBÁ; VIEIRA, 1979; PELUZIO, 1993;
FASUYI; ALETOR, 2005).
Métodos para obtenção de concentrados protéicos têm sido estudados
desde o início da década de 70. O método mais geral para a obtenção de
proteínas de folhas é baseado na extração da proteína pela ação combinada
de solvente e do rompimento celular (SGARBIERI, 1996).
A extração das proteínas foliares depende em grande parte do grau de
desintegração celular para liberar as proteínas contidas nos diferentes
compartimentos celulares. O rompimento celular se por três maneiras:
impacto, corte e aplicação de pressão diferencial ou pela combinação dos
princípios, dependendo do equipamento a ser desenhado para essa finalidade
(SGARBIERI, 1996).
CEREDA e VILPOUX (2003) descrevem que um processo básico de
rompimento celular, ou seja, fracionamento de folhas, é a moagem com
triturador. Nesse processo ocorre a formação de duas frações: um suco e um
resíduo fibroso.
1
Outro equipamento proposto para a obtenção de suco de folhas é
formado por uma prensa de parafuso, equipada com impulsores que facilitam a
desintegração das folhas (FASUYI; ALETOR, 2005).
Segundo DERENZO e ALDEIA (2000), em geral, os processos de
obtenção de proteínas de origem vegetal consistem basicamente na lixiviação
da planta ou folhas, seguida de sua precipitação, concentração e secagem
(Figura 1).
Figura 1 - Etapas do processo de obtenção de proteínas de origem vegetal.
FONTE: DERENZO E ALDEIA (2000).
A parte fibrosa é separada do suco por métodos convencionais de
centrifugação, prensagem, filtração ou ultrafiltração. A extração das proteínas
contidas no suco de folhas pode ser obtida por precipitação isoelétrica,
termocoagulação, ou autocoagulação obtendo-se um precipitado de proteínas,
ou seja, concentrado protéico (SGARBIERI, 1996).
Segundo SGARBIERI (1996), a extração de proteína se dá, também,
pela utilização de solventes orgânicos que removem lipídeos e a clorofila da
folha, melhorando o aspecto de cor e a estabilidade do concentrado protéico.
1
Matéria-prima
Moagem
Extração
Precipitação
Agente de
Extração
Torta
Separação Efluente Líquido
Secagem Proteínas
Conforme CEREDA e VILPOUX (2003) e CHAVES (1987), a extração
de proteínas pode se dar em três diferentes graus:
Deságua: é a remoção do máximo de água com o mínimo de
perdas de fração sólida. A deságua é utilizada em conjunto com a
desidratação de forragens;
Extração parcial: utiliza-se a precipitação isoelétrica ou
termocoagulação. O objetivo dessa extração é a produção de um
material melhor balanceado, contendo a quantidade correta de
proteína para animais ruminantes;
Extração exaustiva: utiliza-se o processo de coagulação alcalina
seguida de precipitação ácida (precipitação isoelétrica). É a
extração máxima da proteína vegetal para alimentação humana.
A etapa final para obtenção do concentrado protéico se por
secagem, que pode ser feita com circulação de ar quente, no entanto produz
um enegrecimento intenso pela transformação da clorofila. Outra opção pode
ser o processo de liofilização. A liofilização dos coágulos protéicos de folhas
não causa escurecimento, nem diminuição do valor nutritivo e das propriedades
funcionais das proteínas. O processo de liofilização do concentrado é um
procedimento caro e não parece ser econômico, em nível industrial
(SGARBIERI, 1996).
Após o processo de liofilização, utilizam-se solvente orgânico para
despigmentação e desengorduramento do concentrado protéico (PELUZIO,
1993).
2.4.1 Extração por Precipitação Isoelétrica
Os aminoácidos possuem propriedade elétrica (ácido/base) e pelo
menos dois grupos ionizáveis: um grupo carboxílico (-COO
-
) e um amino
(-NH
3
+
) no carbono. Assim, em pHs fisiológicos (pHs 5-7), os aminoácidos
apresentam-se em suas formas dipolares (LEHNINGER; NELSON; COX,
2002).
1
O conceito de ponto isoelétrico (pI) é derivado do comportamento
ácido-básico dos aminoácidos. O ponto isoelétrico é o valor de pH em que as
cargas positivas e negativas o iguais, ou seja, carga zero e solubilidade
mínima (DERENZO; ALDEIA, 2000).
A maioria das proteínas exibe poder tampão muito baixo, na faixa dos
pHs fisiológicos, isto é, entre 6 e 7. Deve-se lembrar que o único aminoácido
com pK nessa faixa é a histidina e muitas proteínas contêm baixo teor de
histidina (SGARBIERI, 1996).
As proteínas, do mesmo modo que os peptídeos e aminoácidos
possuem pHs isoelétricos característicos, nos quais como íons dipolares, o
possuem cargas positivas ou negativas em excesso. Nesse pH a proteína não
migra para nenhum pólo, quando colocada em campo elétrico. O pH isoelétrico
será acima de 7 se a proteína contiver alto teor de aminoácidos básicos (Lisina,
Arginina) e será tanto mais baixo quanto maior o conteúdo de resíduos ácidos
(ácidos aspárticos e glutâmicos). A maioria das proteínas possui pontos ou pHs
isoelétricos entre 4,5 e 6,5 (SGARBIERI, 1996).
Para extração por precipitação isoelétrica em geral são utilizadas
soluções básicas e ácidas para que ocorra a precipitação das proteínas. Em
geral, primeiramente, utiliza-se uma solução básica para solubilizar a proteína
presente nas folhas e, logo em seguida, utiliza-se uma solução ácida para o
abaixamento do pH para 4 a 5, precipitando as proteínas e formando um
coágulo protéico. Para extração, soluções de hidróxido de sódio e ácido
clorídrico são utilizadas para correção de pH.
2.4.2 Extração por Termocoagulação
As proteínas dos sucos de plantas vegetais podem ser fracionadas
termicamente, tratando-se com vapor direto a diferentes temperaturas (60
90°C) para se obter uma fração verde (cloroplástica) que coagula e uma fração
clara (citoplasmática) que permanece em solução (SGARBIERI, 1996).
Segundo SGARBIERI (1996), as proteínas possuem temperaturas
características nas quais apresentam o máximo de estabilidade. A maioria das
1
proteínas é estável na temperatura de refrigeração, outras o mais estáveis à
temperatura ambiente. À medida que a temperatura se eleva acima de 40°C,
praticamente todas as proteínas tornam-se instáveis, tendendo a uma alteração
da conformação original (desnaturação). Assim ocorre a coagulação das
proteínas na solução.
Quanto mais se eleva a temperatura, maior é a facilidade de ocorrer a
coagulação das proteínas existentes em solução. PIRIE (1971) relata que, em
temperatura maiores que 70°C, ocorre uma coagulação significativa das
proteínas. DERENZO e ALDEIA (2000) relatam que uma temperatura mais
elevada (75°C) tem um efeito benéfico na extração das proteínas.
2.4.3 Extração por Autocoagulação
A extração por autocoagulação se dá pelo processo de fermentação
anaeróbia do suco, resultando, como conseqüência, no abaixamento de pH.
Para que ocorra a fermentação, o pH do suco de folhas é corrigido para pH 8 e
temperatura ambiente.
Segundo CHAVES (1987), basta deixar o suco em condições
anaeróbias, em repouso, para que ocorra um abaixamento de pH, devido à
fermentação lática por microrganismos da flora natural do suco. O tempo
necessário para coagulação das proteínas varia de dois a oito dias.
CHAVES (1987) relata que o coagulado, após 24 horas, encontra-se
bem sedimentado permitindo a retirada do excesso da parte sobrenadante por
sifonação ou filtração.
O processo de fermentação anaeróbia tem demonstrado ser bastante
promissor e de simples execução para coagulação de proteínas vegetais com
baixo gasto energético e menor custo econômico. Outras vantagens são
acrescentadas por Beker et al. 1978, citados por CHAVES (1987):
Ocorre a inativação de saponinas, inibidores de tripsina e outros,
sem a utilização de reagentes químicos ácidos;
Ocorre um acréscimo na qualidade da proteína devido à proteína
microbiana;
2
Há uma preservação da estrutura nativa da proteína;
Aumento do teor em proteína no concentrado;
Maior rendimento na extração da proteína.
2.5 CONCENTRADOS PROTÉICOS DE FOLHAS
Kling et al. (1976), citados por TUPINAMBÁ e VIEIRA (1979),
obtiveram concentrado protéico de folhas de mandioca pelo processo de
moagem, pressão e precipitação de proteínas por aquecimento (80°C), com 26
a 35% de proteína e 20% de recuperação de proteína, utilizando três extrações
consecutivas.
TUPINAMBÁ e VIEIRA (1979) obtiveram concentrado de folhas de
mandioca utilizando uma etapa de ruptura celular com liquidificador, extração
por precipitação isoelétrica seguida de termocoagulação e etapa de secagem
do concentrado a 60°C. O teor de proteína encontrado no concentrado protéico
foi superior a 40%, chegando até 50%. A recuperação da proteína no processo
de extração foi de 30%. Os autores avaliaram o concentrado protéico quanto
ao seu valor nutritivo e compararam a composição de aminoácidos presentes
no concentrado com os valores citados pela FAO e concluíram que eles
apresentam deficiência de metionina e excesso de lisina.
CHAVES (1987) comparou quatro tipos de extração de proteínas de
folhas de mandioca em termos de rendimento de matéria seca e proteína bruta
nas extrações. O autor constatou que o rendimento obtido pela autocoagulação
foi maior que o rendimento de precipitação por ácidos, termocoagulação e
utilização de solvente orgânico. Os resultados obtidos são apresentados na
Tabela 6.
2
Tabela 6 - Rendimento em matéria seca e proteína bruta em função dos
métodos de extração
TIPO DE EXTRAÇÃO
RAZÃO DE SEPARAÇÃO
Matéria Seca (%) Proteína Bruta (%)
Precipitação Ácida 31,50 56,60
Termocoagulação (85°C, 5
min.)
30,40 51,80
Etanol 23 % 38,10 61,70
Autocoagulação (5 dias) 44,00 71,50
FONTE: CHAVES (1987).
PELUZIO (1993) obteve concentrado protéico de folhas de mandioca
com 52% de teor de proteína, utilizando extração com solvente orgânico
(etanol).
DERENZO e ALDEIA (2000) compararam a extração por coagulação
alcalina e por termocoagulação da proteína do capim elefante (Pennisetum
purpureum schum) e constataram que, para a extração por coagulação alcalina
para pH 7,5, ocorreu eficiência de 60% na extração de proteína e, utilizando
somente a termocoagulação, obtiveram resultados superiores a 60% de
eficiência na extração da proteína do capim elefante.
TANGKA (2003), utilizando a extração por termocoagulação para
obtenção de concentrados protéicos de rias plantas, obteve resultados
superiores a 37% de proteína.
KOSCHUH et al. (2004) compararam processos de extração da
proteína de alfafa e de uma espécie de gramínea por ultrafiltração e
aquecimento (coagulação)/centrifugação. Para o suco de grama a recuperação
de proteína obtida por ultrafiltração foi de 59% e por coagulação foi de 45%. O
rendimento protéico para o suco de alfafa foi de 52% por ultrafiltração e 53%
por coagulação.
FASUYI e ALETOR (2005) obtiveram concentrados protéicos de folhas
de mandioca de várias espécies. Os autores utilizaram a termocoagulação para
extração de proteínas e obtiveram teores de proteína variando de 42 a 50%.
Vários autores pesquisaram o concentrado protéico quanto ao seu
valor nutritivo para utilização em alimentação de animais e humanos. No
entanto, em se tratando dos processos de extração, os estudos não são
enfocados na técnica de extração de proteínas, quanto à produção de
2
concentrado protéico, eficiência e custo da extração. Nas pesquisas o intuito
maior da utilização de extração de proteínas é a obtenção de um concentrado
com maior teor protéico.
2.6 APLICAÇÃO DE CONCENTRADOS PROTÉICOS DE FOLHAS
A aplicação de concentrados protéicos depende do tipo de extração
que foi utilizada para a sua obtenção. Podem ser utilizados desde o suco de
folhas até a parte fibrosa,
Na obtenção de suco de folhas pelo processo de deságua, o suco pode
ser utilizado como suplemento alimentar de baixo teor para não-ruminantes,
além disso, pode ser considerado um bom fertilizante.
Na extração parcial, utilizando o processo de termocoagulação e
precipitação isoelétrica, o concentrado protéico e o líquido desproteinizado
podem ser utilizados na alimentação de não-ruminantes (CHAVES, 1987).
Na obtenção de concentrados protéicos por meio de extração total por
termocoagulação, o líquido sobrenadante da parte final é considerado como
proteína líquida branca, podendo ser utilizado para consumo humano, o
concentrado protéico é utilizado para animais não-ruminantes.
O concentrado protéico em conjunto com outros tipos de proteínas,
pode ser uma boa opção para alimentação de animais. CHAVES (1987) utilizou
o concentrado protéico de folhas de mandioca nas dietas de pintinhos e
concluiu que, no mínimo, 7% do peso de soja utilizado na fabricação de ração
pode ser substituído pelo concentrado protéico.
CHAVES (1987) fez ensaios utilizando o resíduo fibroso que é obtido
na filtração do suco de folhas, como complemento de ração para coelhos e
constatou que o resíduo fibroso pode substituir rações comerciais (14,3% de
proteína e 11,86% de fibras) sem nenhum prejuízo.
Diversos estudos estão sendo realizados para utilização do
concentrado protéico de folhas na indústria alimentícia. As características de
2
maior interesse para essa indústria são as propriedades de adsorção e
retenção de água, geleificação e emulsificação. Outras propriedades como
formação e estabilização de espuma, retenção de gordura, estabilização de
soluções e texturas diversas são também bastante procuradas pela indústria
alimentar (Douillard; Mathan, 1994, Betschart, 1974, Douillard; Kongphet, 1990,
citados por CEREDA; VILPOUX, 2003).
No setor da biotecnologia, as indústrias sempre buscam novas fontes
nutricionais para o desenvolvimento de microrganismos. A produção bacteriana
ou fúngica de diversos componentes biológicos tais como enzimas,
aminoácidos, ácidos orgânicos, biomoléculas de interesse para área da saúde,
pode ser desenvolvida a partir de concentrados protéicos (CEREDA; VILPOUX,
2003).
2
3 MATERIAL E MÉTODOS
*
O experimento foi realizado no laboratório de Saneamento do curso de
Engenharia Agrícola da Universidade Estadual do Oeste do Paraná, campus de
Cascavel - PR.
O desenvolvimento da parte experimental foi conduzido em 8 etapas:
Etapa 1: coleta e preparo da amostra;
Etapa 2: influência do pH na precipitação das proteínas do suco de
folhas de mandioca – Teste de precipitação;
Etapa 3: estudo de sete métodos de extração para obtenção de
concentrados protéicos, utilizando folhas de mandioca desidratadas;
Etapa 4: estudo de quatro métodos de extração, utilizando 2 fases de
extração para obtenção de concentrados protéicos de folhas de
mandioca desidratadas;
Etapa 5: estudo de quatro métodos de extração para obtenção de
concentrados protéicos, utilizando folhas de mandioca frescas;
Etapa 6: análise química de caracterização;
Etapa 7: balanço de massa dos processos de extração citados nas
etapas 3, 4 e 5;
Etapa 8: análise estatística dos dados.
*
A citação de marcas e modelos de produtos não implica recomendação comercial, mas
somente a necessária descrição dos materiais e equipamentos utilizados na pesquisa.
2
3.1 ETAPA 1: COLETA E PREPARO DA AMOSTRA
3.1.1 Preparo da Folha de Mandioca para as Etapas 2, 3 e 4
As folhas de mandioca Manihot esculenta Crantz, utilizadas para as
etapas 2, 3 e 4, foram coletadas na região de Cascavel, Oeste do Paraná, com
idade de 12 meses.
As folhas foram colhidas aleatoriamente na terça parte superior da
planta. Em seguida, as folhas foram acondicionadas em sacos plásticos para
transporte até o local de preparo. No laboratório as folhas passaram pelo
processo de lavagem com água. Primeiramente, lavaram-se as folhas com
água tratada para retirada de sujidades maiores e, em seguida, com água
destilada. Os pecíolos presentes nas folhas de mandioca foram retirados.
As folhas foram colocadas em uma bancada experimental e
permaneceram secando à sombra durante 7 dias com ventilação, sendo
revolvidas três vezes ao dia, para não ocorrer degradação das folhas. Após
esse período, as folhas foram colocadas em estufa com circulação e renovação
de ar da marca Tecnal modelo TE 394, em temperatura de 40°C, para
terminar a sua secagem. As folhas desidratadas foram picadas e
acondicionadas em sacos plásticos para não adquirir umidade.
3.1.2 Preparo da Folha de Mandioca para a Etapa 5
Para a execução da etapa 5, foram utilizadas folhas da planta Manihot
esculenta Crantz coletadas na região de Cascavel, Oeste do Paraná, com
idade de 9 meses.
As folhas foram colhidas aleatoriamente na terça parte superior da
planta. Em seguida, as folhas foram acondicionadas em sacos plásticos para
transporte até o local de preparo. No laboratório as folhas passaram pelo
2
processo de lavagem com água. Primeiramente, lavaram-se as folhas com
água tratada para retirada de sujidades maiores e, em seguida, com água
destilada. Os pecíolos presentes nas folhas de mandioca foram retirados. Logo
em seguida, as folhas foram picadas e utilizadas no mesmo dia para realização
da etapa 5.
3.2 ETAPA 2: INFLUÊNCIA DO PH NA PRECIPITAÇÃO DAS PROTEÍNAS
DO SUCO DE FOLHAS DE MANDIOCA – TESTE DE PRECIPITAÇÃO
Para verificação de qual pH ocorre maior precipitação das proteínas no
suco de folhas de mandioca, foi realizado o teste de precipitação das proteínas,
de acordo com a metodologia descrita por GLÓRIA et al. (2000).
Primeiramente, preparou-se o suco de folhas de mandioca
desidratadas. As folhas foram pesadas e colocadas em liquidificador caseiro da
marca Britânea. Utilizou-se uma relação de folhas e água destilada de 1:20
(p/v) para obtenção do suco. Foram utilizadas 50 gramas de folhas
desidratadas e 1000 mL de água destilada e trituradas na velocidade 2,
durante cinco minutos. A parte fibrosa do suco foi retirada pelo processo de
filtração em tecido de algodão.
A faixa de pH estudada para verificar a precipitação de proteínas foi de
2 a 12, utilizando em todos os pH, 50mL do suco de folhas de mandioca e
realizando o teste em duplicata, usando um pHmetro da marca Tecnal. Os pHs
do suco foram ajustados com as soluções HCl 0,1N e NaOH 0,1N da marca
Synth. Após 10 minutos, reajustou-se novamente o pH. Depois a cada 1 hora,
durante 4 horas o pH foi reajustado. A solução foi mantida em repouso por 1
hora para que o precipitado pudesse sedimentar totalmente. Em seguida, cada
solução foi centrifugada em centrífuga da marca Celm modelo LS -3 plus,
durante 5 minutos a 3200 rpm. Alíquotas de cada fase (precipitado e
sobrenadante) foram retiradas para a determinação da Proteína Bruta, pelo
método de Kjeldahl, conforme IAL (1985) e da umidade.
2
Foi realizada também a análise do suco de folhas desidratadas para
verificar a quantidade de proteína bruta inicial. Para verificar em qual pH
ocorreu maior precipitação de proteínas, calculou-se o índice de
dispersibilidade protéica (PDI), presente na fase líquida, demonstrada na
equação 01:
PDI% = PROTEÍNA NA SOLUÇÃO (g) x 100
PROTEÍNA TOTAL DA AMOSTRA (g) (01)
3.3 ETAPA 3: ESTUDO DE SETE MÉTODOS DE EXTRAÇÃO PARA
OBTENÇÃO DE CONCENTRADOS PROTÉICOS, UTILIZANDO
FOLHAS DE MANDIOCA DESIDRATADAS
Para obtenção do concentrado protéico de folhas de mandioca foram
avaliados sete métodos, descritos a seguir:
Quatro métodos de extração, descritos por CEREDA e VILPOUX
(2003);
Um método de extração por fermentação, descrito por CHAVES
(1987);
Um método de extração por precipitação isoelétrica e
termocoagulação, descrito por TUPINAMBÁ e VIEIRA (1979);
Um método de extração por termocoagulação, descrito por FASUYI e
ALETOR (2005).
2
3.3.1 todos de Extração, descritos por CEREDA e VILPOUX (2003)
3.3.1.1 Método 1 - Coagulação de proteínas por abaixamento de temperatura
Primeiramente as folhas foram trituradas com água destilada, na
relação de folhas e água de 1:10 (p/v), durante 5 minutos com liquidificador e,
em seguida, o suco foi filtrado em tecido de algodão. Lavou-se o resíduo do
copo do liquidificador com 100 mL de água (relação folha e água 1:1 p/v) e
depois filtrou-se novamente em tecido de algodão, juntado-o com o suco de
folhas filtrado. O extrato filtrado permaneceu em repouso durante 24 horas, em
geladeira, aproximadamente a 4ºC. Em seguida, a amostra foi centrifugada por
10 minutos a 3200 rpm, obtendo-se uma fração sobrenadante e um precipitado.
O precipitado passou pelo processo de secagem em estufa com circulação e
renovação de ar em temperatura de 60°C (Figura 2).
3.3.1.2 Método 2 – Extração por precipitação isoelétrica
Antes da filtragem em pano, conforme citado no Método 1, o pH do
extrato foi ajustado para 8,0 com NaOH 0,1 N. Depois da filtragem, lavou-se o
resíduo do copo do liquidificador com 100 mL de água (relação folha e água
1:1 p/v) e depois filtrou-se novamente, juntado-o com o suco de folhas filtrado.
Em seguida o extrato sofreu nova correção de pH para 4,0 com HCl 0,1 N,
sendo então resfriado antes de seguir o mesmo procedimento do Método 1
durante o restante da extração (Figura 3).
2
Figura 2 - Seqüência de extração do concentrado protéico da folha de
mandioca – Método 1, descrito por CEREDA e VILPOUX (2003).
3.3.1.3 Método 3 – Fermentação do suco de folhas
Primeiramente as folhas foram trituradas com água destilada, na
relação de folhas e água de 1:10 (p/v), durante 5 minutos e em seguida o pH foi
ajustado para 8 com NaOH 0,5 N. Em seguida, o extrato passou pelo processo
de fermentação natural em frasco de vidro, durante 48 horas, à temperatura
ambiente. Com a fermentação o pH abaixou naturalmente e ocorreu a
separação das frações (parte fibrosa e sobrenadante). Após este período o
extrato foi filtrado em tecido de algodão. Lavou-se o resíduo do frasco de vidro
com 100 mL de água (relação folha e água 1:1 p/v) e depois filtrou-se
3
Folhas da Mandioca
Trituração com água
Relação 1:10 (p/v)
Filtração
Suco de Folhas
Centrifugação
Resíduo Fibroso
Repouso 24 h a 4°C
Sobrenadante
Concentrado
Protéico de Folhas de
Mandioca
Precipitado
Secagem a 60°C
novamente, juntado-o com o suco de folhas filtrado. O pH foi ajustado para 6,4.
A amostra foi centrifugada por 10 minutos a 3200 rpm, obtendo-se uma fração
sobrenadante e um precipitado. O precipitado passou pelo processo de
secagem em estufa com circulação e renovação de ar em temperatura de 60°C
(Figura 4).
Figura 3 - Seqüência de extração do concentrado protéico da folha de
mandioca – Método 2, descrito por CEREDA e VILPOUX (2003).
3
Ajuste de pH com HCl
0,1N para pH = 4
Ajuste de pH com NaOH
0,1N para pH=8
Folhas da Mandioca
Trituração com água
Relação 1:10 (p/v)
Filtração
Suco de Folhas
Centrifugação
Resíduo Fibroso
Repouso 24h a 4°C
Sobrenadante
Concentrado
Protéico de Folhas de
Mandioca
Precipitado
Secagem a 60°C
Figura 4 - Seqüência de extração do concentrado protéico da folha de
mandioca – Método 3, descrito por CEREDA e VILPOUX (2003).
3.3.1.4 Método 4 – Solubilização das proteínas:
As folhas foram trituradas com água destilada, na relação de folhas e
água de 1:10 (p/v), durante 5 minutos e, em seguida, o pH foi ajustado para 8
3
Ajuste de pH com HCl 0,1N
para pH = 6,4
Ajuste de pH com NaOH
0,1N para pH=8
Folhas da Mandioca
Trituração com água
Relação 1:10 (p/v)
Filtração
Suco de Folhas
Centrifugação
Resíduo Fibroso
Sobrenadante
Fermentação – 48 h
Temperatura Ambiente
Concentrado
Protéico de Folhas de
Mandioca
Precipitado
Secagem a 60°C
com NaOH 0,1 N. Em seguida, o extrato foi filtrado em tecido de algodão, em
seguida lavou-se o resíduo do copo do liquidificador com 100 mL de água
(relação folha e água 1:1 p/v) e filtrou-se novamente, juntado-o com o suco de
folhas filtrado. O suco foi seco a 100°C em estufa com circulação e renovação
de ar para obtenção do concentrado protéico (Figura 5).
Figura 5 - Seqüência de extração do concentrado protéico da folha de
mandioca – Método 4, descrito por CEREDA e VILPOUX (2003).
3
Ajuste de pH com HCl 0,1N para
pH = 4
Ajuste de pH com NaOH 0,1N
para pH=8
Folhas da Mandioca
Trituração com água
Relação 1:10 (p/v)
Filtração
Suco de Folhas
Resíduo Fibroso
Secagem a 100°C
Precipitado
Concentrado Protéico de Folhas de
Mandioca
3.3.2 todo de Extração Descrito por Chaves (1987)
3.3.2.1 Método 5 – Fermentação do suco de folhas filtrado
As folhas foram trituradas com água destilada na relação de 1:10 (p/v),
durante 5 minutos e, em seguida, o pH foi ajustado para 8,0 com solução de
NaOH 0,5 N. O extrato foi filtrado em tecido de algodão. Lavou-se o resíduo do
copo do liquidificador com 100 mL de água (relação folha e água 1:1 p/v) e
depois filtrou-se novamente, juntado-o com o suco de folhas filtrado. O suco foi
colocado para fermentar naturalmente em um frasco de vidro, durante 48
horas, à temperatura ambiente. Com a fermentação o pH baixou naturalmente
e ocorreu a separação das frações. Logo em seguida, a solução foi
centrifugada por 10 minutos a 3.200 rpm, obtendo-se uma fração sobrenadante
e um precipitado (Concentrado Protéico). O precipitado passou pelo processo
de secagem em estufa com circulação e renovação de ar em temperatura de
60°C (Figura 6).
3
Figura 6 - Seqüência de extração do concentrado protéico da folha de
mandioca – Método 5, descrito por CHAVES (1987).
3.3.3 todo de Extração Descrito por TUPINAMBÁ e VIEIRA (1979)
3.3.3.1 Método 6 – Extração por precipitação isoelétrica e termocoagulação
As folhas foram trituradas em liquidificador com água na proporção de
1:10 (p/v), durante cinco minutos. Em seguida, ajustou-se o pH para 7 com
NaOH 0,1N. Em seguida, a filtração foi realizada em tecido de algodão para a
3
Ajuste de pH com NaOH 0,1N
para pH=8
Folhas da Mandioca
Trituração com água
Relação 1:10 (p/v)
Filtração
Suco de Folhas
Centrifugação
Resíduo Fibroso
Sobrenadante
Fermentação – 48 h
Temperatura Ambiente
Concentrado Protéico de
Folhas de Mandioca
Precipitado
Secagem a 60°C
remoção do resíduo fibroso. O resíduo fibroso foi triturado novamente com
água destilada na proporção de 1:2 (p/v) no liquidificador. Em seguida,
filtrou-se esse resíduo. O copo do liquidificador foi lavado com 100 mL de água
(relação folha e água 1:1 p/v) para retirada do resíduo que sobrou e depois
filtrou-se novamente, juntado-o com o suco de folhas filtrado. Ajustou-se o pH
do suco de folhas para 4 com HCl 0,1N. O líquido passou por aquecimento a
50°C em banho-maria, durante 10 minutos, e produziu um precipitado. Em
seguida, colocou-se a solução em repouso, durante doze horas, em
refrigeração a 4°C. A amostra foi centrifugada por 10 minutos a 3200 rpm,
obtendo-se uma fração sobrenadante e um precipitado. O precipitado passou
pelo processo de secagem em estufa com circulação e renovação de ar em
temperatura de 60°C(Figura 7).
3.3.4 todo de Extração Descrito por FASUYI e ALETOR (2005)
3.3.4.1 Método 7 – Extração por termocoagulação:
As folhas foram trituradas no liquidificador com água destilada na
proporção de 1:10 (p/v) durante cinco minutos. Em seguida, realizou-se a
filtração em tecido de algodão para a remoção do resíduo fibroso. Lavou-se o
resíduo do copo do liquidificador com 100 mL de água (relação folha e água 1:1
p/v) e depois filtrou-se novamente, juntado-o com o suco de folhas filtrado. Em
seguida, o suco de folhas passou por aquecimento a 80 90°C, durante 10
minutos em banho-maria. O suco em temperatura ambiente foi centrifugado por
10 minutos a 3.200 rpm, obtendo-se uma fração sobrenadante e um
precipitado. O precipitado passou pelo processo de secagem em estufa com
circulação e renovação de ar em temperatura de 60°C(Figura 8).
Cada metodologia de extração foi realizada em triplicata e foram
retiradas amostras nas etapas: folha de mandioca, filtração (suco de folhas e
resíduo fibroso) e centrifugação (sobrenadante e precipitado); para análises
posteriores.
3
Figura 7 - Seqüência de extração do concentrado protéico da folha de
mandioca – Método 6, descrito por TUPINAMBÁ e VIEIRA (1979).
3
Ajuste de pH com HCl 0,1N
para pH = 4
Ajuste de pH com NaOH
0,1N para pH=7
Folhas da Mandioca
Trituração com água
Relação 1:10 (p/v)
Filtração
Suco de Folhas
Centrifugação
Resíduo Fibroso
Sobrenadante
Concentrado
Protéico de Folhas de
Mandioca
Precipitado
Secagem a 60°C
Trituração com água
Relação 1:2 (p/v)
Aquecimento a 50°C
Repouso 12h a 4°C
Figura 8 - Seqüência de extração do concentrado protéico da folha de
mandioca - Método 7, descrito por FASUYI e ALETOR (2005).
3
Folhas da Mandioca
Trituração com água
Relação 1:10 (p/v)
Filtração
Suco de Folhas
Resíduo Fibroso
Aquecimento 80/90°C
– 10 min
Centrifugação
Sobrenadante
Concentrado
Protéico de Folhas de
Mandioca
Precipitado
Secagem a 60°C
3.4 ETAPA 4: ESTUDO DE QUATRO MÉTODOS DE EXTRAÇÃO,
UTILIZANDO 2 FASES DE EXTRAÇÃO PARA OBTENÇÃO DE
CONCENTRADOS PROTÉICOS DE FOLHAS DE MANDIOCA
Com o objetivo de verificar se ocorre um melhor rendimento de
extração, optou-se por quatro métodos para executar 2 fases de extração.
Os métodos testados foram: Métodos 1, 2 e 4 descritos por CEREDA e
VILPOUX (2003) e o Método de Fermentação, descrito por CHAVES (1987).
A segunda fase da extração se deu pelo reaproveitamento do resíduo
fibroso.
Para todos os métodos, utilizou-se uma relação de folha desidratada e
água de 1:5 (p/v) para a primeira extração e, para a segunda extração, na qual
o resíduo fibroso é triturado novamente com água, a relação utilizada foi de
1:5 (p/v). Depois, seguiu-se a metodologia de cada método proposto para esta
etapa, conforme apresentado a seguir.
Método 1E: coagulação de proteínas por abaixamento de temperatura,
descrito por CEREDA e VILPOUX (2003): O fluxograma explicando a
metodologia é apresentado na Figura 9.
Método 2E: Extração por precipitação isoelétrica, descrito por CEREDA
e VILPOUX (2003): O fluxograma explicando a metodologia é apresentado na
Figura 10.
Método 4E: método de solubilização de proteína, descrito por CEREDA
e VILPOUX (2003): O fluxograma explicando a metodologia é apresentado na
Figura 11.
Método 5E: extração por fermentação, descrito por CHAVES (1987): O
fluxograma explicando a metodologia é apresentado na Figura 12.
As extrações foram realizadas em triplicata. Para cada método
proposto, foram retiradas amostras para análises posteriores das seguintes
fases: folha de mandioca, suco de folhas de mandioca, resíduo fibroso 1 e 2,
suco de folhas filtradas, sobrenadante e precipitado.
3
Figura 9 - Seqüência de extração, em duas fases, do concentrado protéico
da folha de mandioca Método 1E, descrito por CEREDA e
VILPOUX (2003).
4
Suco de Folhas 2
Suco de Folhas 1
Folhas da Mandioca
Trituração com água
Relação 1:5 (p/v)
Filtração
Suco de Folhas
Centrifugação
Resíduo Fibroso 1
Repouso 24 h a 4°C
Sobrenadante
Concentrado
Protéico de Folhas de
Mandioca
Precipitado
Secagem a 60°C
Trituração com água
Relação 1:5 (p/v)
Filtração
Resíduo Fibroso 2
Figura 10 - Seqüência de extração em duas fases do concentrado protéico da
folha de mandioca todo 2E, descrito por CEREDA e
VILPOUX (2003).
4
Ajuste de pH com HCl 0,1N
para pH = 4
Ajuste de pH com NaOH
0,1N para pH=8
Folhas da Mandioca
Trituração com água
Relação 1:5 (p/v)
Centrifugação
Repouso 24h – 4°C
Sobrenadante
Concentrado
Protéico de Folhas de
Mandioca
Precipitado
Secagem a 60°C
Suco de Folhas 2
Suco de Folhas 1
Filtração
Suco de Folhas
Resíduo Fibroso 1
Trituração com água
Relação 1:5 (p/v)
Filtração
Resíduo Fibroso 2
Figura 11 - Seqüência de extração em duas fases do concentrado protéico da
folha de mandioca todo 4E, descrito por CEREDA e
VILPOUX (2003).
4
Ajuste de pH com NaOH
0,1N para pH=8
Folhas da Mandioca
Trituração com água
Relação 1:5 (p/v)
Secagem a 100°C
Precipitado
Concentrado Protéico de Folhas de
Mandioca
Suco de Folhas 2
Suco de Folhas 1
Filtração
Suco de Folhas
Resíduo Fibroso 1
Trituração com água
Relação 1:5 (p/v)
Filtração
Resíduo Fibroso 2
Figura 12 - Seqüência de extração em duas fases do concentrado protéico da
folha de mandioca – Método 5E, descrito por CHAVES (1987).
4
Ajuste de pH com NaOH 0,1N
para pH=8
Folhas da Mandioca
Trituração com água
Relação 1:5 (p/v)
Suco de Folhas
Centrifugação
Sobrenadante
Fermentação – 48 h
Temperatura Ambiente
Concentrado
Protéico de Folhas de
Mandioca
Precipitado
Secagem a 60°C
Suco de Folhas 2
Suco de Folhas 1
Filtração
Suco de Folhas
Resíduo Fibroso 1
Trituração com água
Relação 1:5 (p/v)
Filtração
Resíduo Fibroso 2
3.5 ETAPA 5: ESTUDO DE QUATRO MÉTODOS DE EXTRAÇÃO PARA
OBTENÇÃO DE CONCENTRADOS PROTÉICOS, UTILIZANDO
FOLHAS DE MANDIOCA FRESCAS
Com a finalidade de avaliar se a utilização de folhas frescas é mais
prática e produz melhor rendimento do que a utilização de folhas desidratadas,
optou-se realizar quatro métodos de extração de proteínas: Os métodos 1, 2 e
4 citados no item 3.3.1 (CEREDA; VILPOUX, 2003) e o Método 5 citado no
item 3.3.2 (CHAVES, 1987).
Os procedimentos foram realizados da mesma forma que
demonstrados nas figuras 3, 4, 5 e 6.
As extrações foram realizadas em triplicata. Para cada método foram
retiradas amostras para análises posteriores das seguintes fases: folha de
mandioca, suco de folhas, resíduo fibroso, sobrenadante e precipitado.
3.6 ETAPA 6: ANÁLISES QUÍMICAS DE CARACTERIZAÇÃO
Para caracterização da folha de mandioca, suco de folhas, resíduo
fibroso, sobrenadante, precipitado e concentrado protéicos os parâmetros
analisados foram a umidade e a proteína bruta, utilizando métodos descritos
nas Normas Analíticas do Instituto Adolfo Lutz (IAL, 1985).
Na análise de umidade foi utilizado estufa de secagem da marca
Icamol e para análise de proteína, foi utilizado bloco digestor da marca Tecnal,
modelo TE-007D e destilador de nitrogênio marca Marconi, modelo MA 036.
4
3.7 ETAPA 7: CÁLCULO DE BALANÇO DE MASSA DOS PROCESSOS
DE EXTRAÇÃO DESCRITOS NAS ETAPAS 3, 4 E 5;
Para determinar o rendimento de extração de proteína e do
rendimento de concentrado protéico da folha de mandioca foi realizado o
balanço de massa, considerando o processo em regime permanente. Para
cada etapa de separação dos métodos de extração de proteína foram
quantificadas as massas. Realizou-se o balanço em termos de massa seca e
massa de proteína bruta calculado em base seca.
O rendimento de extração de proteína foi calculado pela equação 02:
RENDIMENTO DE EXTRAÇÃO (%) = PBCP x 100
PBIE (02)
Em que:
PBCP = massa de proteína bruta do concentrado protéico (g);
PBIE = massa de proteína bruta presente no início da extração (g).
O rendimento de concentrado protéico foi calculado pela equação 03:
RENDIMENTO PROTEICO (%) = MCP x 100
MIE (03)
Em que:
MCP = massa do concentrado protéico (g) em base seca;
MIE = massa de folha de mandioca presente no Início da extração
(g) em base seca.
4
3.8 ETAPA 8: ANÁLISE ESTATÍSTICA DOS DADOS
Para comparação dos métodos de extração na etapa 3, em termos de
rendimento de concentrado e rendimento de extração, foi utilizado o
delineamento experimental inteiramente casualizado (DIC), com 7 tratamentos
e 3 repetições, perfazendo um total de 21 parcelas experimentais.
Para comparação dos métodos de extração da etapa 3 (métodos 1, 2,
4 e 5) com os métodos da etapa 4 (métodos 1E, 2E, 3E e 4E) foi utilizado o
delineamento experimental inteiramente casualizado, com 8 tratamentos e 3
repetições, perfazendo um total de 24 parcelas experimentais.
Comparando-se os métodos de extração 1, 2, 4 e 5, utilizando folhas
desidratadas e folhas frescas, utilizou-se o delineamento experimental
inteiramente casualizado, com 8 tratamentos e 3 repetições, perfazendo um
total de 24 parcelas experimentais.
Em todas as comparações foram avaliados os rendimentos de extração
de proteínas, rendimento de concentrado protéico e teor de proteína do
concentrado protéico. Foi realizado o teste de comparação de médias,
utilizando-se o Teste de Tukey ao nível de 5% de significância e foi utilizado o
programa computacional SISVAR para a realização da comparação de médias.
4
4 RESULTADOS E DISCUSSÃO
4.1 INFLUÊNCIA DO PH NA PRECIPITAÇÃO DAS PROTEÍNAS DO
SUCO DE FOLHAS DE MANDIOCA – TESTE DE PRECIPITAÇÃO
Segundo SGARBIERI (1996), a maioria das proteínas possui pontos
isoelétricos entre pH 4,5 a 6,5. O ponto isoelétrico é o pH em que ocorre
anulação das cargas, ocorrendo uma menor solubilidade das proteínas em
solução.
Este teste teve como finalidade verificar em qual faixa de pH ocorre
maior quantidade de proteína precipitada, a fim de melhorar as eficiências de
extração que foram testadas nas próximas etapas.
A proteína bruta presente na folha de mandioca desidratada, calculada
em base seca, foi de 36,55 %. Para o preparo do suco de folhas utilizou-se 50
gramas de folhas e 1000 mL de água destilada. O suco de folhas possuía
inicialmente pH 5,91.
Em todos os pH ajustados foi utilizado 50 mL de suco de folhas em
duplicata, que continha inicialmente 0,42 gramas de proteína bruta total. no
primeiro ajuste de pH, pode-se observar a formação de um precipitado do pH 2
até 7.
Nas figuras 13 e 14 é demonstrado o teste de precipitação do suco de
folhas de mandioca realizado.
4
Figura 13 - Final do teste de precipitação do pH 2 a 7.
Figura 14 - Final do teste de precipitação do pH 7 a 12.
Pela Figura 13, observa-se que houve a formação de um precipitado do
pH 2 a pH 7. Na Figura 14, do pH 8 a 12 não se observou a separação da parte
sobrenadante e do precipitado.
Visualmente foi observado que nos pHs 4 e 5 a solução sobrenadante
ficou mais clarificada e o precipitado mais sedimentado.
4
Depois de centrifugado, cada fase dos pHs estudados, sobrenadante e
precipitado, mediram-se suas quantidades e foram realizadas as análises de
umidade e proteína, para quantificar a massa protéica.
Pela quantidade de gramas de proteína, pode-se calcular o índice de
dispersibilidade protéica (PDI) (Equação 01), presente nas soluções
sobrenadantes de todos os pHs avaliados. Na Figura 15, são apresentados os
valores do PDI em função do pH da solução.
O índice de dispersibilidade indica a porcentagem de proteína
solubilizada na solução sobrenadante. A partir do pH 8 pode-se observar que a
porcentagem do DPI começou a aumentar, indicando que acima desse pH as
proteínas estão mais solubilizadas.
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13
pH
DPI (%)
Figura 15 - Valor do DPI da solução sobrenadante para cada condição de pH.
Os pHs que obtiveram menor índice foram os pHs 4 e 5, indicando a
menor solubilidade de proteína na fase sobrenadante (líquida), ocorrendo maior
precipitação das mesmas.
Na Figura 16 pode-se observar o comportamento da quantidade de
proteína presente em cada fase (sobrenadante e precipitado) para os pHs
estudados.
4
0
0,05
0,1
0,15
0,2
0,25
0,3
0,35
0,4
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13
pH
Proteína Bruta
(g)
Precipitado Sobrenadante
Figura 16 - Comportamento da quantidade de proteína presente nas fases
sobrenadante e precipitado.
Pela curva da quantidade de proteína precipitada, confirma-se que a
maior quantidade de proteína está entre os pH 4 e 5 e a partir do pH 6 começa
a diminuir a massa protéica presente nos precipitados. Observa-se também
que no pH 11 e 12 a proteína está quase toda solubilizada. No entanto, pelas
figuras 15 e 16 pode-se observar que a partir do pH 8 as proteínas estão mais
solubilizadas.
Portanto, para o suco de folhas de mandioca a maior precipitação de
proteínas ocorre entre os pHs 4 e 5 (Ponto Isoelétrico das Proteínas) e a maior
solubilização de proteínas ocorre a partir do pH 8.
CHAVES (1987), avaliando a influência do pH no rendimento em
proteínas do suco de folhas de mandioca, verificou que no pH 9 ocorreu uma
maior solubilização das proteínas e abaixo do pH 5 as proteínas estavam
menos solubilizadas.
GLÓRIA et al. (2000) realizaram o teste de solubilidade do concentrado
protéico de castanha do Pará e observaram que a menor solubilidade das
proteínas ocorreu entre os pHs 3 e 4 e a maior em pH alcalino.
O conhecimento da curva de precipitação e solubilização das proteínas
possibilitará um maior rendimento na produção dos concentrados protéicos das
folhas de mandioca.
5
4.2 ESTUDO DE SETE MÉTODOS DE EXTRAÇÃO PARA OBTENÇÃO
DE CONCENTRADOS PROTÉICOS, UTILIZANDO FOLHAS DE
MANDIOCA DESIDRATADAS
As folhas foram coletadas no terço superior da planta e na idade de 12
meses, pois, segundo CARVALHO e KATO (1987), é a fase na qual ocorre
maior enfolhamento da planta com maiores teores de proteínas.
Para reduzir a concentração de compostos tóxicos presentes na folha
de mandioca, elas foram desidratadas para os processos de extração de
proteínas (CORRÊA et al. 2002).
As folhas desidratadas possuem maior durabilidade, não tendo o
problema de degradação, além disso, a enzima linamarase fica inativada,
eliminando o cianeto presente nas folhas.
A folha de mandioca desidratada possuía um teor de umidade de
11,27% e o teor de proteína bruta média em base seca de 36,55%.
CEREDA e VILPOUX (2003) citam que vários o relato de vários
autores de que o teor de proteína pode variar de 15 a 40% da matéria seca.
Inicialmente, em cada etapa de extração, o suco de folhas de mandioca
desidratada apresentou o mesmo aspecto, mostrado na Figura 17. O pH inicial
do suco foi de 5,9.
Em todas as metodologias, o meio extrator foi a água. Com a trituração
ocorreu o rompimento celular da folha ocorrendo a disponibilização da proteína
para a água. Foram utilizadas 100 gramas de folhas desidratadas e 1000 mL
de água (Relação 1:10).
5
Figura 17 - Suco de folhas de mandioca desidratadas.
4.2.1 Balanço de Massa de Extração de Proteínas
Para cada método estudado foi realizado o balanço de massa para
determinar o rendimento de extração de proteína. O balanço de massa foi
demonstrado em forma de fluxograma. Foram mostrados a massa, o teor de
umidade e a proteína de cada etapa de extração.
4.2.1.1 Método 1 - Coagulação de proteínas por abaixamento de temperatura,
descrito por CEREDA e VILPOUX (2003):
Nas figuras 18 e 19 são apresentadas as etapas finais de extração do
Método 1.
Na Figura 18, pode-se observar que a diminuição de temperatura fez
com que ocorresse a coagulação das proteínas, formando um precipitado. No
final desta etapa mediu-se o pH e não ocorreu alteração.
5
Figura 18 - Separação das fases (líquido sobrenadante e precipitado de
proteínas), após repouso a 4°C em refrigerador.
Na Figura 19, tem-se o concentrado protéico antes da secagem. O teor
de proteína encontrado no concentrado protéico foi de 61%, em média. O
balanço de massa é demonstrado na Figura 20.
Figura 19 - Concentrado protéico e líquido sobrenadante após a etapa de
centrifugação.
5
Figura 20 - Balanço de massa - Método 1.
5
Trituração com água
Volume: 1000ml
Resíduo Fibroso
Massa: 300g
Massa seca: 48g
Proteína (base seca): 31%
Umidade: 84%
Suco de Folhas
Volume: 960ml
Massa seca: 26,78g
Proteína (base seca): 49%
Umidade: 97,21%
Repouso 24 horas a 4°C.
Centrifugação
Líquido Sobrenadante
Volume: 440ml
Massa Seca: 7,92g
Proteína: 0,46%
Proteína (base seca): 38%
Umidade: 98,20%
Concentrado Protéico
Massa: 148,97g
Massa seca: 18,31g
Proteína (base seca): 61%
Umidade: 87,71%
Limpeza com Água
Volume: 100ml
Folha de Mandioca Desidratada
Massa: 100g
Massa seca: 88,73g
Proteína (base seca): 36,55%
Umidade: 11,27%
Filtração
4.2.1.2 Método 2 - Extração por precipitação isoelétrica, descrito por CEREDA
e VILPOUX (2003):
No Método 2, após a trituração para o rompimento celular das folhas, o
pH foi ajustado para 8, para que ocorresse a lixiviação das proteínas da folha e
a sua solubilização no suco. Conforme o teste de precipitação realizado, a
partir de pH 8 as proteínas ficam solubilizadas, no entanto somente a partir de
pH 11 é que elas ficam completamente solubilizadas. Porém, segundo
DERENZO e ALDEIA (2000), pHs ajustados acima de 10, ou seja, soluções
altamente alcalinas podem degradar as proteínas. Por esse motivo, utilizou-se
pH 8 para a extração da proteína da folha.
Após a retirada do resíduo fibroso, o pH do suco foi ajustado para 4. A
forma da separação de fases após correção do pH, foi a mesma mostrado na
Figura 18, no entanto o líquido sobrenadante teve uma coloração mais clara
(amarelada). Também ocorreu a formação de coágulos, pois com a correção
do pH para 4, ocorreu a precipitação das proteínas, ponto isoelétrico estudado
no teste de precipitação. A sedimentação do coágulo protéico foi mais eficiente
(Figura 21).
Figura 21 - Separação das fases (líquido sobrenadante e precipitado de
proteínas) após correção de pH para 4.
5
O pH da solução depois do repouso de 24 horas a 4°C foi de 4,30. O
concentrado protéico obtido teve um aspecto mais pastoso e a quantidade
obtida foi maior que no Método 1. O teor protéico encontrado no concentrado
foi de 50% em base seca.
O fluxograma do balanço de massa é apresentado na Figura 22.
Figura 22 - Balanço de massa – Método 2.
5
Trituração com água
Volume: 1200ml
Correção de pH =
8 com NaOH 0,1N
Volume: 270 ml
Folha de Mandioca Desidratada
Massa: 100g
Massa seca: 88,73g
Proteína (base seca): 36,55%
Umidade: 11,27%
Resíduo Fibroso
Massa: 220g
Massa seca: 32,90g
Proteína (base seca): 30,57 %
Umidade: 85,05%
Suco de Folhas
Volume: 1500ml Massa
seca: 39,30g Proteína (base
seca): 48,74% Umidade:
97,38%
Repouso 24 horas a 4°C.
Centrifugação
Líquido Sobrenadante
Volume: 830ml
Massa Seca: 7,72g
Proteína: 0,34%
Proteína (base seca):
36,14%
Umidade: 99,07%
Concentrado Protéico
Massa: 235,00g
Massa seca: 31,60g
Proteína (base seca): 50%
Umidade: 86,53%
Correção de pH =
4 com HCL 0,1N
Volume: 220 ml
Limpeza com Água
Volume: 100ml
Filtração
4.2.1.3 Método 3 - Fermentação do suco de folhas, descrito por CEREDA e
VILPOUX (2003)
Após a trituração do suco de folhas, o pH da solução foi corrigido
para 8, assim a proteína ficou solubilizada no suco. Em seguida, colocou-se
para fermentar à temperatura ambiente, durante 48 horas.
Ao final dos dois dias o pH era de 6,30. Com a fermentação das folhas
ocorreu um aumento de massa. A parte fibrosa sedimentou e com o
abaixamento do pH ocorreu a formação de coágulos que ficaram juntos com a
parte fibrosa. Com a filtração parte desses coágulos ficaram retidos com o
resíduo fibroso. o foi necessário corrigir o pH para 6,4 como descrito na
metodologia devido ao suco filtrado já possuir este pH.
O teor de proteína obtido no concentrado protéico foi de 47,6% em
base seca. Devido o pH ser de 6,4 a maior concentração de proteínas ficou
solubilizada, tendo maior quantidade mássica e teor protéico no resíduo liquido
sobrenadante. Na Figura 23 está demonstrado o fluxograma de balanço de
massa do Método 3.
4.2.1.4 Método 4 - Solubilização das proteínas, descrito por CEREDA e
VILPOUX (2003)
No suco de folhas, depois de corrigido o pH para 8, na qual as
proteínas foram transportadas para a parte liquida, filtrou-se a amostra, e o
suco de folhas foi colocado em estufa com circulação e renovação de ar, para
secagem e obtenção do concentrado protéico.
Pela Figura 24, pode-se observar que o teor protéico do concentrado
foi de 44,00 %.
5
Figura 23 Balanço de massa - Método 3.
5
Trituração com água
Volume: 1000ml
Correção de pH = 8
com NaOH 0,5N
Volume: 92 ml
Folha de Mandioca Desidratada
Massa: 100g
Massa seca: 88,73g
Proteína (base seca): 36,55%
Umidade: 11,27%
Resíduo Fibroso
Massa: 338g
Massa seca: 51,21g
Proteína (base seca): 25,78 %
Umidade: 84,85%
Suco de Folhas
Volume: 800ml
Massa seca: 16 g
Proteína (base seca): 55,12%
Umidade: 98,00%
Repouso 24 horas a 4°C.
Centrifugação
Líquido Sobrenadante
Volume: 680ml
Massa Seca: 8,84g
Proteína: 0,66%
Proteína (base seca): 51,00%
Umidade: 98,70%
Concentrado Protéico
Massa: 23g
Massa seca: 2,07g
Proteína (base seca): 47,06%
Umidade: 91%
Limpeza com Água
Volume: 100ml
Fermentação 48 horas
Filtração
Figura 24 - Balanço de massa - Método 4.
4.2.1.5 Método 5 - Fermentação do suco de folhas filtrado, descrito por
CHAVES (1987)
A diferença do Método 3, citado por CEREDA; VILPOUX (2003), do
método de fermentação, citado por CHAVES (1987), está em que o suco é
filtrado primeiro para depois ocorrer a fermentação. Após a filtração do suco
corrigido para pH 8, as proteínas estão solubilizadas no suco e não na parte
fibrosa.
Assim, o suco filtrado foi colocado para fermentar em temperatura
ambiente, durante 48 horas. Nesse período ocorreu um abaixamento natural do
pH em torno de 5,6 e houve a formação de coágulos (Figura 25).
5
Trituração com água
Volume: 1000ml
Correção de pH =
8 com NaOH 0,1N
Volume: 270 ml
Folha de Mandioca Desidratada
Massa: 100g
Massa seca: 88,73g
Proteína (base seca): 36,55%
Umidade: 11,27%
Resíduo Fibroso
Massa: 285g
Massa seca: 35,20g
Proteína (base seca): 34,52
%
Umidade: 87,65%
Concentrado Protéico
Massa Seca: 44g
Proteína: 44 %
Secagem 100°C
Limpeza com
Água
Volume: 100ml
Filtração
Suco de Folhas
Volume: 1480ml
Massa seca: 44,40g
Proteína (base seca):
43,88%
Figura 25 - Etapa final da fermentação.
A separação do sobrenadante e dos coágulos foi mais simples. Os
coágulos formados foram mais compactos. No entanto, também foi realizada a
centrifugação da amostra. O teor de proteína em base seca do concentrado
obtido foi de 51,24% (Figura 26).
4.2.1.6 Método 6 - Extração por precipitação isoelétrica/termocoagulação,
descrito por TUPINAMBÁ e VIEIRA (1979)
TUPINAMBÁ e VIEIRA (1979) utilizaram em sua metodologia duas
fases de extração, nas quais é reaproveitado o resíduo fibroso, utilizando duas
maneiras para facilitar a precipitação das proteínas: (a) correção de pH
-primeiramente corrigiram o pH para 7, antes da filtração, para solubilizar as
proteínas e depois para pH 4, para ocorrer a precipitação das proteínas;
(b) pela ação da temperatura aqueceram a 50°C para ajudar na formação de
coágulos e repouso à temperatura de 4°C para facilitar a precipitação.
O aspecto das fases antes da etapa de centrifugação foi semelhante ao
Método 2. O teor de proteína do concentrado protéico foi de 53% (Figura 27).
6
4.2.1.7 Método 7 - Extração por termocoagulação, descrito por FASUYI; e
ALETOR (2005)
Segundo PIRIE (1971), em condições de temperaturas maiores que
70°C ocorre coagulação significativa das proteínas. Após o aquecimento do
suco, entre 80°C e 90°C, ocorreu a coagulação das proteínas e a sua
precipitação. O concentrado protéico apresentou teor protéico médio de 65%
em base seca (Figura 28).
Figura 26 - Balanço de massa - Método 5.
6
Trituração com água
Volume: 1000ml
Correção de pH =
8 com NaOH 0,5N
Volume:46 ml
Folha de Mandioca Desidratada
Massa: 100g
Massa seca: 88,73g
Proteína (base seca): 36,55%
Umidade: 11,27%
Resíduo Fibroso
Massa: 254g
Massa seca: 43,69g
Proteína (base seca): 30,57 %
Umidade: 82,8%
Suco de Folhas
Volume: 1150ml
Massa seca: 36,00g
Proteína (base seca): 46,24%
Umidade: 96,87%
Centrifugação
Líquido Sobrenadante
Volume: 840ml
Massa Seca: 12,60g
Proteína: 0,70%
Proteína (base seca): 46,23%
Umidade: 98,50%
Concentrado Protéico
Massa: 132g
Massa seca: 22,95g
Proteína (base seca): 51,24%
Umidade: 82,60%
Fermentação 48
horas
Limpeza com Água
Volume: 100ml
Filtração
Figura 27 - Balanço de massa - Método 6.
6
Trituração com água
Volume: 1000ml
Correção de pH = 7
com NaOH 0,1N
Volume: 300 ml
Folha de Mandioca Desidratada
Massa: 100g
Massa seca: 88,73g
Proteína (base seca): 36,55%
Umidade: 11,27%
Resíduo Fibroso
Massa: 240g
Massa seca: 45,40g
Proteína (base seca): 29,40 %
Umidade: 81,30%
Suco de Folhas
Volume: 1500ml
Massa seca: 38,67g
Proteína (base seca): 47,00%
Umidade: 96,96%
Repouso 12 horas a 4°C.
Centrifugação
Líquido Sobrenadante
Volume: 1400ml
Massa Seca: 14,84 g
Proteína: 0,47%
Proteína (base seca): 44,30%
Umidade: 98,95%
Concentrado Protéico
Massa: 218,00g
Massa seca: 24,05g
Proteína (base seca): 53%
Umidade: 88,97%
Correção de pH = 4
com HCl 0,1N
Volume: 240 ml
Aquecimento 50°C
Limpeza com Água
Volume: 100ml
Filtração
Figura 28 - Balanço de massa - Método 7.
4.2.2 Cálculo e Análise Estatística do Rendimento de Extração
Para o cálculo do rendimento de extração foi utilizada a Equação 02 e
para o rendimento de concentrado protéico a Equação 03. Para isso, foi
6
Folha de Mandioca Desidratada
Massa: 100g
Massa seca: 88,73g
Proteína (base seca): 36,55%
Umidade: 11,27%
Trituração com água
Volume: 1200ml
Resíduo Fibroso
Massa: 230g
Massa seca: 48g
Proteína (base seca): 31,30%
Umidade: 79%
Suco de Folhas
Volume: 1200ml
Massa seca: 20,5 g
Proteína (base seca): 50%
Umidade: 98,30%
Aquecimento 80/90°C 10 min.
Centrifugação
Líquido Sobrenadante
Volume: 700 ml
Massa Seca: 11,0 g
Proteína: 0,82%
Proteína (base seca): 51%
Umidade: 98,40%
Concentrado Protéico
Massa = 85,20 g
Massa seca: 11,08 g
Proteína (base seca): 65%
Umidade: 87,0 %
Limpeza com Água
Volume: 100ml
Filtração
necessário fazer o balanço, em termos de massa de proteína presente no início
e no final da extração.
Na Tabela 7 são apresentados: a massa de concentrado protéico, o
rendimento de concentrado protéico, a massa de proteína bruta do
concentrado, o rendimento de extração e o teor de proteína de cada método
estudado. Foram comparadas as médias do concentrado protéico, em relação
às metodologias testadas, o rendimento de extração de proteínas e o teor de
proteína.
Tabela 7 - Valores médios da massa referentes à massa de concentrado
protéico, rendimento de concentrado, massa de proteína do
concentrado protéico e rendimento dos métodos de extração.
MÉTODO
DE
EXTRAÇÃO
MASSA DE
CONCENTRADO
PROTÉICO (g)
2
RENDIMENTO
DE
CONCENTRADO
(%)
1
MASSA DE
PROTEÍNA
BRUTA DO
CONCENTRADO
PROTÉICO (g)
2
RENDIMENTO
DE EXTRAÇÃO
DE PROTEÍNA
(%)
1
TEOR DE
PROTEÍNA
(%)
1 2
1
18,31 20,65
c
11,17 34,42
bc
61,00
bc
2 31,60 35,61
d
15,80 48,70
cd
50,00
ab
3 2,07 2,35
a
0,97 3,00
a
47,06
a
4 44,00 49,50
e
19,36 59,66
d
44,00
a
5 22,95 25,86
c
11,75 36,20
bc
51,24
abc
6 24,05 27,10
c
12,75 39,30
c
53,00
abc
7 11,08 12,50
b
7,20 22,20
b
65,00
c
NOTAS: ¹ Dentro de uma mesma coluna, as médias seguidas por uma mesma letra, não
diferem estatisticamente entre si, pelo teste de Tukey à 5% de nível de significância.
2
Valores calculados em base seca.
No início da extração a quantidade de proteína presente a partir de
100 gramas (88,73 gramas em base seca) de folhas desidratadas foi de
32,45 gramas. A massa de proteína do concentrado é resultante da
multiplicação da massa final do concentrado pelo seu teor protéico.
Os métodos 2 e 4 apresentaram maiores rendimentos de extração, não
diferindo estatisticamente com 95% de confiança nos resultados. Os
rendimentos de extração foram significativamente semelhantes nostodos 1,
2, 5 e 6. Os métodos 5 e 7 também mostraram semelhanças no rendimento de
extração. O pior rendimento de extração foi o do Método 3, devido à proteína
ter ficado retida no resíduo fibroso.
6
Avaliando o rendimento de concentrado protéico de folhas de
mandioca, os todos 1, 5 e 6 apresentaram rendimentos estatisticamente
semelhantes. Porém, o Método 4 apresentou melhor rendimento de
concentrado. O segundo melhor rendimento de concentrado foi obtido pelo
Método 2.
Os maiores teores de proteínas encontrados foram os dos métodos 1
e 7, nos quais foi utilizada a ação de temperatura para precipitação das
proteínas. No entanto, não diferiram estatisticamente a 5% de nível de
significância dos métodos 5 e 6.
FASUYI e ALETOR (2005) obtiveram um concentrado protéico de
folhas de mandioca frescas com teores de proteína em torno de 50%. Neste
experimento, utilizando temperatura para extração encontrou-se 61% para o
Método 1 (CEREDA; VILPOUX, 2003) e para a mesma metodologia aplicada
(FASUYI; ALETOR, 2005) – Método 7, encontrou-se 65%.
Apesar do Método 4 obter maior rendimento de extração, encontrou-se
o menor teor de proteína. O aspecto do concentrado obtido neste método
possuiu coloração marrom, diferenciando-se dos outros concentrados obtidos
com coloração verde escuro e com aparências melhores que as do Método 4.
Isso pode ser explicado pelo fato da proteína ter ficado solubilizada no suco,
não ocorrendo precipitação e sendo necessário realizar a secagem do suco à
temperatura de 100°C. Esse método não teve boa aplicação, pois implica a
produção de concentrado protéico de qualidade, além disso, o custo de
produção é maior, pois necessita geração de mais calor para a secagem do
suco.
Os métodos 2, 5 e 6 obtiveram teores protéicos muito próximos em
seus concentrados protéicos.
Em seus experimentos, TUPINAMBÁ e VIEIRA (1979) obtiveram um
concentrado protéico de folhas de mandioca com teores de proteína variando
entre 40 a 50%, com rendimento de extração de 30%. Aplicando-se o mesmo
método foi encontrado o concentrado com 53% de teor protéico e rendimento
de extração de 39,30%, superando os valores estudados. O Método 2, citado
por CEREDA e VILPOUX (2003), é semelhante à metodologia descrita por
TUPINAMBÁ e VIEIRA (1979). Foi encontrado um teor protéico de 50% e
6
rendimento de extração de 48%, também superando o que foi estudado
pelos autores.
CHAVES (1987) descreveu o Método 3, utilizando uma fermentação de
5 dias e encontrou concentrados protéicos com teores de 71,5% de proteína,
utilizando folhas frescas e um rendimento de matéria seca de concentrado de
44%. Aplicando-se essa mesma metodologia, com fermentação de 2 dias,
encontrou-se um teor de proteína de 51,24% e rendimento de concentrado de
25,86%.
Todas as metodologias são de fácil aplicação. Para uma produção de
concentrado protéico em escalas maiores, a metodologia mais simples de se
aplicar e que não necessitaria de equipamentos onerosos como, por exemplo,
a centrífuga, seria a descrita por CHAVES (1987). Essa metodologia produziu a
formação de coágulos mais consistentes e firmes, podendo ser separados com
o auxílio de um tecido de algodão.
Para maximizar o rendimento de extração seria necessário utilizar mais
de uma etapa de extração. A parte fibrosa obtida na etapa de filtração do suco
de folhas de mandioca pode ser novamente triturada com água e seguir os
processos citados nos métodos propostos. Assim foram escolhidos 4 métodos
(1, 2, 4 e 5) para avaliar se ocorrem maiores rendimentos de extração com
duas extrações.
4.3 ESTUDO DE QUATRO MÉTODOS, UTILIZANDO 2 FASES DE
EXTRAÇÃO PARA OBTENÇÃO DE CONCENTRADOS PROTÉICOS
DE FOLHAS DE MANDIOCA
Foram utilizados para esta etapa folhas desidratadas de mandioca com
as mesmas características citadas no item 4.2.
Após a etapa de filtração, o resíduo fibroso foi triturado novamente com
água e filtrado. O suco foi misturado com o da primeira filtração e, em seguida,
foram aplicados os procedimentos de cada método proposto.
6
O aspecto do suco de folhas e o concentrado protéico de proteínas
foram os mesmos que para os todos com uma extração. A variação de pH
também foi a mesma.
O que modifica utilizando uma, duas ou mais extrações é o teor de
proteína e o rendimento de concentrado protéico. A seguir apresenta-se o
balanço de massa de cada método com duas fases de extração.
4.3.1 Balanço de Massa
O balanço de massa é demonstrado em forma de fluxograma, no qual
são apresentadas as massas, o teor de umidade e proteína de cada etapa de
extração.
Método 1E - Coagulação de proteínas por abaixamento de temperatura
(CEREDA; VILPOUX, 2003): O balanço de massa explicado em fluxograma
está demonstrado na Figura 29.
Método 2E - Extração por precipitação isoelétrica (CEREDA; VILPOUX,
2003): O balanço de massa explicado em fluxograma está demonstrado na
Figura 30.
Método 4E Método de solubilização de proteína (CEREDA;
VILPOUX, 2003): O balanço de massa explicado em fluxograma está
demonstrado na Figura 31.
Método 5E – Extração por fermentação (CHAVES, 1987): O balanço de
massa explicado em fluxograma está demonstrado na Figura 32.
6
Figura 29 - Balanço de massa – Método 1E.
6
Trituração com água
Volume: 500ml
Folha de Mandioca Desidratada
Massa: 100g
Massa seca: 88,73g
Proteína (base seca): 36,55%
Umidade: 11,27%
Filtração
Resíduo Fibroso 1
Massa: 272g
Massa seca: 63,10g
Proteína (base seca): 30,50 %
Umidade: 76,80%
Suco de Folhas
Volume: 1250ml
Massa seca: 23,75g
Proteína (base seca): 55,35%
Umidade: 98,10%
Centrifugação
Líquido Sobrenadante
Volume: 950 ml
Massa Seca: 9,98 g
Proteína: 0,57%
Proteína (base seca): 50,32%
Umidade: 98,95%
Concentrado Protéico
Massa: 145 g
Massa seca: 14,57g
Proteína (base seca): 45,92%
Umidade: 89,95%
Repouso 24 h – 4°C
Resíduo Fibroso 2
Massa: 212g
Massa seca: 44,95g
Proteína (base seca): 30,05 %
Umidade: 78,80%
Trituração com água
Volume: 500ml
Limpeza c/ água
100 mL
Limpeza c/ água
100 mL
Figura 30 - Balanço de massa – Método 2E.
6
Trituração com água
Volume: 500ml
Folha de Mandioca Desidratada
Massa: 100g
Massa seca: 88,73g
Proteína (base seca): 36,55%
Umidade: 11,27%
Filtração
Resíduo Fibroso 1
Massa: 275g
Massa seca: 50,88g
Proteína (base seca): 23,90%
Umidade: 81,50%
Suco de Folhas
Volume: 1800ml
Massa seca: 36,90g
Proteína (base seca): 47,45%
Umidade: 97,95%
Centrifugação
Líquido Sobrenadante
Volume: 795 ml
Massa Seca: 7,16g
Proteína: 0,41%
Proteína (base seca): 45,70%
Umidade: 99,10%
Concentrado Protéico
Massa: 268g
Massa seca: 25,33 g
Proteína (base seca): 49,42%
Umidade: 90,55%
Repouso 24h – 4°C
Resíduo Fibroso 2
Massa: 217g
Massa seca: 40,60g
Proteína (base seca): 28,17%
Umidade: 81,30%
Trituração com água
Volume: 500ml
Correção de pH = 8
com NaOH 0,1N
Volume: 300 ml
Correção de pH = 4
com HCl 0,1N
Volume: 250 ml
Limpeza c/ água
100 mL
Limpeza c/ água
100 mL
Figura 31 - Balanço de massa – Método 4E.
7
Trituração com água
Volume: 500ml
Folha de Mandioca Desidratada
Massa: 100g
Massa seca: 88,73g
Proteína (base seca): 36,55%
Umidade: 11,27%
Resíduo Fibroso 1
Massa: 287g
Massa seca: 50,20g
Proteína (base seca): 23,73%
Umidade: 82,50%
Concentrado Protéico
Massa: 36,80g
Proteína: 50%
Secagem 100°C
Resíduo Fibroso 2
Massa: 220g
Massa seca: 38,95g
Proteína (base seca): 26,55%
Umidade: 82,30%
Trituração com água
Volume: 500ml
Correção de pH = 8
com NaOH 0,1N
Volume: 300 ml
Limpeza c/ água 100
mL
Suco de Folhas
Volume: 1600ml
Massa seca: 36,80g
Proteína (base seca): 45,15%
Umidade: 97,70%
Limpeza c/ água 100
mL
Filtração
Figura 32 - Balanço de massa – Método 5E.
4.3.2 Cálculo e Análise Estatística do Rendimento de Extração e Rendimento
de Concentrado Protéico
Na Tabela 8 está demonstrada a comparação de uma e duas extrações
de proteínas.
7
Trituração com água
Volume: 500ml
Folha de Mandioca Desidratada
Massa: 100g
Massa seca: 88,73g
Proteína (base seca): 36,55%
Umidade: 11,27%
Filtração
Resíduo Fibroso 1
Massa: 300g
Massa seca: 57,00g
Proteína (base seca): 31,26 %
Umidade: 81,00%
Suco de Folhas
Volume: 1200ml
Massa seca: 31,20g
Proteína (base seca): 54,01%
Umidade: 97,40%
Centrifugação
Líquido Sobrenadante
Volume: 966 ml
Massa Seca: 9,66g
Proteína: 0,61%
Proteína (base seca): 61,00%
Umidade: 99,00%
Concentrado Protéico
Massa: 220 g
Massa seca: 21,65 g
Proteína (base seca): 53,40%
Umidade: 90,16%
Fermentação 48 horas
Resíduo Fibroso 2
Massa: 280g
Massa seca: 43,51g
Proteína (base seca): 27,40 %
Umidade: 84,46%
Trituração com água
Volume: 500ml
Correção de pH = 8
com NaOH 0,5N
Volume: 100 ml
Limpeza c/ água
100 mL
Limpeza c/ água
100 mL
Tabela 8 - Comparação estatística dos valores médios de rendimento de
concentrado protéico e rendimento de extração de proteínas,
utilizando 1 e 2 fases de extração.
MÉTODO DE
EXTRAÇÃO
FASES DE
EXTRAÇÃO
RENDIMENTO
DE
CONCENTRADO
(%)
1
RENDIMENTO
DE EXTRAÇÃO
DE PROTEÍNA
(%)
1
TEOR DE
PROTEÍNA
(%)
1
1 1 20,65
ab
34,42
b
61,00
c
2 1 35,61
cd
48,70
cd
50,00
ab
4 1 49,50
e
59,66
d
44,00
a
5 1 25,86
b
36,20
bc
51,24
ab
1E 2 16,45
a
20,65
a
45,92
ab
2E 2 28,55
bc
38,60
bc
49,42
ab
4E 2 41,50
d
56,70
d
50,00
ab
5E 2 24,40
ab
35,60
b
53,40
bc
NOTA: ¹ Dentro de uma mesma coluna, as médias seguidas por uma mesma letra, não
diferem estatisticamente entre si, pelo teste de Tukey, ao 5% de nível de
significância.
Utilizando duas fases de extração, o método que obteve maior
rendimento de concentrado protéico e rendimento de extração foi o Método 4E,
que é o método de solubilização, citado por CEREDA e VILPOUX (2003).
Os métodos 2E e 5E não diferiram estatisticamente, ao 5% de nível de
significância, quanto ao rendimento de concentrado protéico e rendimento de
extração.
O menor rendimento de concentrado e de extração foi obtido pelo
método 1E, no entanto com a ação da temperatura foi produzido um
concentrado com teor de proteína de 45,92% e uma recuperação de proteína
de 20, 65%, utilizando duas extrações consecutivas, maior que encontrado por
Kling et al. (1976), citados por TUPINAMBÁ e VIEIRA (1979), que obtiveram
um concentrado protéico de folhas de mandioca pelo processo
termocoagulação com 26 35% de proteína e 20% de recuperação de
proteína, utilizando três extrações consecutivas.
Para melhor compreensão da comparação dos métodos de extração
com 1 e 2 fases, são apresentadas, nas figuras 33, 34 e 35, as comparações
de rendimento de concentrado protéico, rendimento de extração e teor de
proteína.
7
0
10
20
30
40
50
60
1 2 4 5
Métodos de Extração
Rendimento de Concentrado
Protéico (%)
Primeira Extração Segunda Extração
Figura 33 - Rendimento de concentrado protéico vs métodos de extração.
Pode-se observar que, utilizando somente uma fase de extração,
obtiveram-se em todos os métodos maiores rendimentos de concentrado
protéico em relação a duas fases de extração.
Estatisticamente, o todo 1 para a obtenção de rendimento de
concentrado não diferiu utilizando uma ou duas fases de extração. O mesmo
ocorreu para os métodos 2 e 5. Para esses casos, a utilização de uma ou duas
fases de extração não influenciou o rendimento, sendo menos dispendioso
trabalhar somente com uma extração.
Para o Método 4 ocorreu diferença estatística entre utilizar uma e duas
fases. Com a utilização de uma fase de extração obteve-se maior rendimento
de concentrado protéico.
7
0
10
20
30
40
50
60
70
1 2 4 5
Métodos de Extração
Rendimento de Extração (%)
Primeira Extração Segunda Extração
Figura 34 - Rendimento de extração vs métodos de extração.
Na Figura 34 pode-se observar que, utilizando somente uma fase de
extração obteve-se maior rendimento de extração. No todo 4, foram obtidos
maiores rendimentos, tanto para uma quanto para duas extrações. O maior
rendimento de extração de proteínas foi obtido para uma etapa de extração.
Em relação ao teor de proteína obtido em cada método de extração
(Figura 35), o Método 1 com uma fase de extração produziu o maior teor
protéico no concentrado de folhas. Utilizando duas fases de extração o teor de
proteína no concentrado caiu de 61% para 45,94%, ocorrendo uma diferença
estatística.
Para os métodos 4 e 5, utilizando duas fases de extração, foram
obtidos maiores teores de proteína, porém na diferindo estatisticamente da
extração de uma fase. O mesmo ocorreu para o método 2, resultados obtidos
utilizando uma ou duas fases de extração produziram teores de proteínas
próximos. Pode-se observar que a utilização de uma ou duas fases de extração
não influenciou negativamente nos teores de proteína para os casos dos
métodos 2, 4 e 5, pois os valores comparados entre uma fase e duas fases de
extração não possuírem diferenças significativas.
7
0
10
20
30
40
50
60
70
1 2 4 5
Métodos de Extração
Teor de Proteína Bruta (%)
Primeira Extração Segunda Extração
Figura 35 - Teor de proteína bruta vs métodos de extração.
A realização de duas fases de extração para obtenção de concentrados
protéicos, aplicando-se os todos de extração propostos neste experimento,
influenciou negativamente no rendimento de extração e rendimento de
concentrado protéico.
DERENZO e ALDEIA (2000) utilizaram três etapas consecutivas de
extração para obtenção de concentrado protéico da planta Capim Elefante
(pennisetum purpureum schum), utilizando extração por termocoagulação e
variando o pH de 7 a 10. Observaram que a eficiência de extração diminuiu,
conforme se aumentou o número de etapas de extração e que a aplicação de
mais de uma etapa de extração tornou-se tão mais importante quanto menor o
pH inicial do agente extrator.
Na Tabela 9 está registrada a perda de massa em cada método de
extração, calculada pela diminuição da massa inicial de folhas em cada etapa
de separação.
7
Tabela 9 - Perdas de massa no processo de uma e duas extrações
MÉTODOS DE EXTRAÇÃO
PERDAS DE MASSA
NO PROCESSO DE EXTRAÇÃO (G)
1 – Extração (1 fase)
1 14,5
2 16,50
3 26,60
4 9,50
5 9,50
6 4,60
7 20,00
2 – Extração (2 fase)
A (1) 1,88
B (2) 5,36
C (4) 1,70
D (5) 0,55
A perda de massa no processo ocorreu principalmente na etapa de
filtração, na parte da pesagem do resíduo fibroso. Observou-se nesse
experimento a dificuldade de pesar o resíduo, por ser filtrado em tecido de
pano, dificultando a sua retirada por uma parte ficar aderindo ao tecido.
Observando a extração em duas fases, verifica-se uma diminuição nas
perdas de massas nos métodos pesquisados.
A finalidade de se aplicar mais de uma fase de extração é minimizar as
perdas no processo e, conseqüentemente, aumentar o rendimento. Porém, a
extração em duas fases não melhorou os rendimentos, pois a massa perdida
refere-se a outros constituintes, principalmente o proteínas, mostrando que
ela é facilmente extraída já na primeira fase de extração.
4.4 ESTUDO DE QUATRO MÉTODOS DE EXTRAÇÃO PARA
OBTENÇÃO DE CONCENTRADOS PROTÉICOS UTILIZANDO
FOLHAS DE MANDIOCA FRESCAS
Neste experimento, foram utilizadas folhas de mandioca (Manihot
esculenta Crantz) com nove meses de idade, contendo um teor de proteína
7
bruta em base seca de 27,70%. Inicialmente, foram utilizadas 100 gramas de
folhas de Mandioca com 72% de umidade.
O suco de folhas frescas resultou numa coloração verde claro e cheiro
mais suave. O aspecto dos concentrados protéicos obtidos foi semelhante aos
concentrados obtidos com folhas desidratadas.
Utilizando-se folhas frescas houve uma facilidade maior de aplicação
dos métodos de extração, principalmente na etapa de trituração, em que ocorre
o rompimento celular para disponibilizar as proteínas para o meio extrator
(água). No início das extrações o suco de folhas frescas possuía pH igual a
6,40.
4.4.1 Balanço de Massa
Para o balanço de massa, a quantidade de folhas frescas em massa
seca foi de 28 gramas, sendo 7,76 gramas de proteína bruta presente nas
folhas.
4.4.1.1 Método 1F - Coagulação de proteínas por abaixamento de temperatura
(CEREDA; VILPOUX, 2003)
O pH no final da extração não teve alteração, permanecendo o mesmo.
O balanço de massa explicado em fluxograma é apresentado na
Figura 36.
4.4.1.2 Método 2F - Extração por precipitação isoelétrica (CEREDA; VILPOUX,
2003)
O líquido centrifugado e o concentrado protéico possuem as mesmas
características da extração utilizando folhas desidratadas. O líquido
7
centrifugado resultou numa coloração mais clara e o concentrado mais
pastoso.
O balanço de massa explicado em fluxograma é apresentado na
Figura 37.
4.4.1.3 Método 4F todo de solubilização de proteína, (CEREDA;
VILPOUX, 2003)
O concentrado protéico obtido possuiu a mesma aparência do
concentrado encontrado com folhas de mandioca desidratadas.
O balanço de massa explicado em fluxograma é apresentado na
Figura 38.
7
Figura 36 - Balanço de massa – Método 1F.
7
Trituração com água
Volume: 1000ml
Folha de Mandioca Fresca
Massa: 100g
Massa seca: 28 g
Proteína (base seca): 27,70%
Umidade: 72,00%
Resíduo Fibroso
Massa: 24,10g
Massa seca: 6,57g
Proteína (base seca): 13,31%
Umidade: 72,72%
Suco de Folhas
Volume: 1000 ml
Massa seca: 13,00g
Proteína (base seca): 38,90%
Umidade: 98,70%
Centrifugação
Líquido Sobrenadante
Volume: 850ml
Massa Seca: 4,25g
Proteína: 0,11%
Proteína (base seca): 22,15%
Umidade: 99,50%
Concentrado Protéico
Massa: 110g
Massa seca: 8,00g
Proteína (base seca): 56,70%
Umidade: 92,73%
Repouso 24 h – 4°C
Limpeza c/ água
100 mL
Filtração
Figura 37 - Balanço de massa – Método 2F.
8
Trituração com água
Volume: 1000ml
Folha de Mandioca Fresca
Massa: 100g
Massa seca: 28 g
Proteína (base seca): 27,70%
Umidade: 72,00%
Resíduo Fibroso
Massa: 28,30g
Massa seca: 6,84g
Proteína (base seca): 17,80%
Umidade: 75,83%
Suco de Folhas
Volume: 1150 ml
Massa seca: 16,10g
Proteína (base seca): 34,80%
Umidade: 98,60%
Centrifugação
Líquido Sobrenadante
Volume: 950ml
Massa Seca: 3,80g
Proteína: 0,10%
Proteína (base seca): 24,65%
Umidade: 99,60%
Concentrado Protéico
Massa: 140g
Massa seca: 15,00g
Proteína (base seca): 38,10%
Umidade: 89,30%
Repouso 24 h – 4°C
Limpeza c/ água
100 mL
Filtração
Correção de pH = 8
com NaOH 0,1N
Volume: 60 ml
Correção de pH = 4
com HCl 0,1N
Volume:100 ml
Figura 38 - Balanço de massa – Método 4F.
4.4.1.4 Método 5F – Extração por fermentação (CHAVES, 1987)
Com a fermentação de 48 horas o pH abaixou, naturalmente, para
3,95, ocorrendo a formação de coágulos bem consistentes e sua precipitação.
A partir de 24 horas de fermentação ocorreu a formação de coágulos
protéicos.
O balanço de massa explicado em fluxograma é apresentado na
Figura 39.
8
Trituração com água
Volume: 1000ml
Folha de Mandioca Fresca
Massa: 100g
Massa seca: 28 g
Proteína (base seca): 27,70%
Umidade: 72,00%
Resíduo Fibroso
Massa: 28,40g
Massa seca: 7,07g
Proteína (base seca): 13,95%
Umidade: 75,11%
Suco de Folhas
Volume: 1020 ml
Massa seca: 13,30g
Proteína (base seca): 40,20%
Umidade: 98,70%
Secagem 100°C
Concentrado Protéico
Massa: 13,00g
Proteína (base seca): 40,00%
Limpeza c/ água
100 mL
Filtração
Correção de pH = 8
com NaOH 0,1N
Volume: 50 ml
O líquido sobrenadante resultou numa coloração amarelo clara. A
separação do precipitado foi mais simples, devido à formação de coágulos
mais consistentes, podendo ser separados em tecido de algodão.
Figura 39 - Balanço de massa – Método 5F.
8
Trituração com água
Volume: 1000ml
Folha de Mandioca Fresca
Massa: 100g
Massa seca: 28 g
Proteína (base seca): 27,70%
Umidade: 72,00%
Resíduo Fibroso
Massa: 26,50g
Massa seca: 6,86g
Proteína (base seca): 26,46%
Umidade: 74,10%
Suco de Folhas
Volume: 1015ml
Massa seca: 14,21g
Proteína (base seca): 35,50%
Umidade: 98,60%
Centrifugação
Líquido Sobrenadante
Volume: 880ml
Massa Seca: 3,52g
Proteína: 0,12%
Proteína (base seca): 28,78%
Umidade: 99,60%
Concentrado Protéico
Massa: 135g
Massa seca: 10,55g
Proteína (base seca): 49,55%
Umidade: 92,20%
Fermentação 48 horas
Correção de pH = 8
com NaOH 0,5N
Volume: 10 ml
Limpeza c/ água
100 mL
Filtração
4.4.2 Cálculo e Análise Estatística do Rendimento de Extração e Rendimento
de Concentrado Protéico
Na Tabela 10 tem-se a comparação das médias dos rendimentos de
concentrado e rendimento de extração de folhas desidratadas com folhas
frescas.
Tabela 10 - Comparação estatística dos valores médios de rendimento de
concentrado protéico e rendimento de extração de proteínas
utilizando folhas desidratadas e frescas.
MÉTODO DE
EXTRAÇÃO
RENDIMENTO DE
CONCENTRADO
(%)
1
RENDIMENTO DE
EXTRAÇÃO DE
PROTEÍNA (%)
1
TEOR DE
PROTEÍNA (%)
1 20,65
a
34,42
a
61,00
2 35,61
abcd
48,70
ab
50,00
4 49,50
cd
59,66
ab
44,00
5 25,86
ab
36,20
a
51,24
1F 28,60
abc
58,60
ab
56,70
2F 53,57
c
73,71
b
38,10
4F 46,43
bcd
67,00
b
40,00
5F 37,68
abcd
67,40
b
49,55
NOTA: ¹ Dentro de uma mesma coluna, as médias seguidas por uma mesma letra, não
diferem estatisticamente entre si, pelo teste de Tukey à 5% de nível de significância.
De um modo geral, os métodos 1, 2, 5, 1F e 5F apresentaram
rendimentos de concentrados estatisticamente semelhantes. O mesmo ocorreu
para os métodos 2, 5, 1F, 4F e 5F. No entanto, os melhores rendimentos de
concentrado foram obtidos pelos métodos 2, 4, 4F e 5F que são
estatisticamente semelhantes.
Comparando-se cada método, avaliando folhas frescas e folhas
desidratadas, observou-se que os métodos não se diferenciam
estatisticamente. O todo 1 é semelhante a 1F, o mesmo ocorre para os
métodos 2 e 2F, 4 e 4F, 5 e 5F. Então, não houve diferença estatística
utilizando folhas frescas e desidratadas.
8
Avaliando o rendimento de extração, observou-se diferença estatística
entre o Método 5 e 5F, no qual obteve-se maior rendimento utilizando folhas
frescas.
Nas figuras 40 e 41, são apresentadas as comparações de rendimento
de concentrado protéico e rendimento de extração, utilizando folhas
desidratadas e frescas, para melhor entendimento da comparação estatística
dos métodos.
0
10
20
30
40
50
60
1 2 4 5
Métodos de Extração
Rendimento de Concentrado
Protéico (%)
Folhas Desidratadas Folhas Frescas
Figura 40 - Comparação dos métodos de extração, avaliando rendimento de
concentrado protéico de folhas desidratadas com folhas frescas.
0
10
20
30
40
50
60
70
80
1 2 4 5
Métodos de Extração
Rendimento de Extração (%)
Folhas Desidratadas Folhas Frescas
Figura 41 - Comparação dos métodos de extração avaliando rendimento de
extração de folhas desidratadas com folhas frescas.
8
Apesar de não ocorrer diferença estatística nos rendimento de
extração, utilizando folhas frescas ou desidratadas, visualmente as folhas
frescas produziram maiores rendimentos de extração.
As perdas de massa nos processos de extração de proteínas de folhas
frescas foram maiores em termos de porcentagem do que utilizando folhas
desidratadas (Tabela 11). Nesse caso, a maior parte de massa perdida foi na
etapa de filtração.
Tabela 11 - Perdas de massa no processo de extração de folhas desidratadas
e frescas.
MÉTODOS DE EXTRAÇÃO
PERDAS DE MASSA
NO PROCESSO DE EXTRAÇÃO (%)
1 – Folhas Desidratadas
1 18,60
2 16,35
4 10,70
5 10,70
2 – Folhas Frescas
1F 30,00
2F 18,07
3F 27,15
4F 25,25
Não foi possível comparar os teores de proteína, utilizando folhas
desidratadas e folhas frescas, por não serem as mesmas folhas de mandioca
avaliadas para os dois casos. As idades das plantas utilizadas são diferentes.
Para aplicação dos métodos com folhas desidratadas foram utilizadas folhas
com doze meses de idade e para aplicação dos métodos com folhas frescas
utilizaram-se folhas de nove meses de idade. Logo, para o caso de folhas
frescas, obtiveram-se concentrados protéicos com menores teores de proteína.
Segundo CHAVES (1987), a idade da planta influencia a extração de proteínas
para obtenção de maiores teores protéicos.
Quanto às comparações de folhas frescas e desidratadas, as folhas
frescas são mais fáceis de serem utilizadas, no entanto, a durabilidade é menor
devido à sua degradação ocorrer muito rápido depois de sua colheita, não
8
podendo ser armazenada. desidratando as folhas pode-se armazená-las
para posterior utilização para extração.
CHAVES (1987) comparou quatro tipos de extração de proteínas de
folhas de mandioca, em termos de rendimento de matéria seca e proteína
bruta. O autor constatou que o rendimento obtido pela autocoagulação
(fermentação) foi maior que o rendimento de precipitação por ácidos,
termocoagulação, e utilização de solvente orgânico. Na Tabela 12, são
apresentados os resultados obtidos por esse pesquisador.
Tabela 12 - Rendimento em matéria seca e proteína bruta em função dos
métodos de extração
TIPO DE EXTRAÇÃO
RAZÃO DE SEPARAÇÃO
Matéria Seca (%) Proteína Bruta (%)
Precipitação Ácida 31,50 56,60
Termocoagulação (85°C, 5 min.) 30,40 51,80
autocoagulação (5 dias) 44,00 71,50
FONTE: CHAVES (1987).
TUPINAMBÁ e VIEIRA (1979) obtiveram um concentrado de folhas de
mandioca com extração por precipitação isoelétrica (ácida), seguida de
termocoagulação com teor de proteína, variando de 40% a 50%. A recuperação
da proteína no processo de extração foi de 30%.
Neste experimento foram encontrados para extração, utilizando
precipitação ácida, teores de proteína bruta de 50,00% para o Método 2,
utilizando folhas desidratadas com rendimento de concentrado protéico seco de
35,61%. Utilizando folhas frescas obteve-se rendimento de 53,57% de
concentrado com teor de proteína de 38,10%, resultados comparáveis aos
descritos por CHAVES (1987) e TUPINAMBÁ e VIEIRA (1979).
Para o processo de termocoagulação foi encontrado um teor de
proteína de 65% no Método 7 para folhas desidratadas, no entanto um
rendimento de concentrado de 12,50%. FASUYI e ALETOR (2005) utilizaram a
termocoagulação para extração de proteínas e obtiveram teores de proteína
variando de 42 a 50%. TANGKA (2003), utilizando a extração por
termocoagulação para obtenção de concentrados protéicos de várias plantas,
obteve resultados superiores a 37% de proteína.
8
Neste experimento não foi encontrado teor de proteína e rendimento de
concentrado para extração por termocoagulação, superior ao citado por
CHAVES (1987), porém o valor encontrado de proteína foi maior que os citados
por FASUYI e ALETOR (2005) e TANGKA (2003).
No caso de extração por fermentação, foi encontrado no Método 5,
para folhas desidratadas, 51,24% de rendimento de concentrado protéico com
um teor de proteína de 51,24%. Para folhas frescas foi encontrado um
rendimento de concentrado de 37,68% e um teor protéico de 49,55%, utilizando
fermentação de dois dias. CHAVES (1987) utilizou extração por fermentação
de cinco dias.
CHAVES (1987) cita que o tempo necessário para coagulação das
proteínas pode variar de dois a oito dias, sendo que após 24 horas, o
coagulado encontra-se bem sedimentado permitindo a retirada do excesso da
parte sobrenadante por sifonação ou filtração.
DERENZO e ALDEIA (2000) compararam a extração por coagulação
alcalina e por termocoagulação da proteína do capim elefante (Pennisetum
purpureum schum). Os autores constataram que, para a extração por
coagulação alcalina e pH 7,5, ocorreu eficiência de 60% na extração de
proteína. Utilizando somente termocoagulação, obtiveram resultados
superiores a 60% de eficiência na extração da proteína do capim elefante.
KOSCHUH et al. (2004) compararam processos de extração da
proteína de alfafa e de uma espécie de gramínea por ultrafiltração e
aquecimento (coagulação)/centrifugação. Para o suco de grama a recuperação
de proteína obtida por ultrafiltração foi de 59% e por coagulação 45%. O
rendimento protéico para o suco de alfafa foi de 52% por ultrafiltração de 53%
por coagulação.
A escolha do melhor método de extração dependerá de vários fatores,
como, custo da extração, valor nutricional do concentrado protéico de folhas de
mandioca, finalidade de aplicação do concentrado protéico, entre outros. Como
exemplo, para um agricultor que cultiva mandioca e pode utilizar as folhas de
mandioca para produção de concentrado protéico para aplicação na
alimentação de seus animais ou indústrias (exemplo, setor de biotecnologia)
que necessitam de um concentrado protéico com mais qualidade, o método
mais apropriado é a extração por autocoagulação (fermentação), Método 5 de
8
CHAVES (1987) que, segundo Beker et al. 1978, citados por CHAVES (1987),
possui as seguintes vantagens:
Ocorre a inativação de saponinas, inibidores de tripsina e outros,
sem a utilização de reagentes químicos ácidos;
Há um acréscimo na qualidade da proteína, devido à proteína
microbiana;
Há uma preservação da estrutura nativa da proteína;
Aumento do teor em proteína no concentrado e;
Maiores rendimentos na extração da proteína.
Além dessas vantagens, no processo de fermentação grande gastos
energéticos são eliminados do processo; na etapa da fermentação a
temperatura utilizada é ambiente; na etapa de separação do concentrado
pode-se utilizar a filtração em tecido de algodão ou por sifonação, não
necessitando de centrífuga que torna o custo mais alto (CHAVES, 1987).
No entanto, considerando uma indústria alimentícia que utilizará o
concentrado em larga escala, o método mais apropriado é o 2, descrito por
CEREDA e VILPOUX (2003) que produz maiores quantidades de concentrados
e o tempo extração é menor, Entretanto, é necessária uma centrífuga para
separação do concentrado.
Os todos 6 (TUPINAMBÁ; VIEIRA, 1979) e 7 (FASUYI; ALETOR,
2005) mostraram ser métodos que produzirão bons rendimentos na extração e
teores de proteínas elevados, no entanto, o custo do processo é maior pois,
necessita de calor.
8
5 CONCLUSÕES
A utilização da folha de mandioca (Manihot esculenta Crantz), resíduo
da agroindustrialização da mandioca como alternativa de proteína, avaliada
neste trabalho mostrou-se adequada para a produção de concentrados
protéicos requeridos para o uso em alimentação animal, na indústria alimentícia
e no setor de biotecnologia.
Foram avaliados sete métodos de extração de proteínas das folhas de
mandioca. O Método 2 e 4, descrito por CEREDA; VILPOUX (2003), e o
Método 5, descrito por CHAVES (1987), obtiveram rendimentos de extração
mais elevados, com vantagens que o Método 5 produz concentrados com mais
qualidade protéica e menores custos e o Método 2 produz concentrados em
menor tempo de extração.
A utilização de duas extrações consecutivas não melhorou o
rendimento na produção do concentrado protéico, somente reduziu a perda de
massa que ocorreu na utilização de uma etapa de extração. A massa perdida
não foi a de proteína, que na primeira extração foi em grande parte extraída,
não sendo necessária a aplicação de duas extrações.
Para a extração de proteínas não houve diferença da utilização de
folhas frescas ou desidratadas, sendo que a extração das folhas frescas foi
mais fácil, no entanto, a extração das folhas desidratadas tem a vantagem das
folhas terem maior durabilidade e redução de alguns componentes tóxicos,
como o cianeto.
Esses resultados comprovam que as folhas de mandioca podem ser
uma alternativa protéica, quando passados por processos adequados que
produzem o concentrado protéico e que reduzem os fatores tóxicos e
antinutricionais, como os altos teores de fibras. Assim as folhas podem deixar
ser um resíduo e se tornar um subproduto de valor agregado.
8
6 SUGESTÕES PARA PESQUISAS FUTURAS
Com este trabalho várias pesquisas podem ainda serem realizadas,
citadas nos itens abaixo:
Estudo da viabilidade econômica dos métodos de extração de
proteínas;
FASUYI e ALETOR (2005) citam em seus trabalhos que a extração
de proteína por meio de termocoagulação reduz significativamente
o teor de fibra. Então sugere-se a avaliação de minimização dos
métodos de extração aqui estudados;
Avaliação da redução de fatores tóxicos no processo de extração;
Avaliação da qualidade nutricional dos métodos de extração citados
por CEREDA e VILPOUX (2003). Para os outros autores, em seus
trabalhos foram avaliados a qualidade nutricional dos concentrados
obtidos por eles.
Avaliação das propriedades funcionais para verificação de qual
método seria mais adequado ser utilizado para indústrias.
9
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9
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