Processo de obtenção de inulida e seus subprodutos a partir de tubérculos

  • Número do pedido da patente:
  • PI 0301192-5 A2
  • Data do depósito:
  • 10/04/2003
  • Data da publicação:
  • 21/12/2004
Inventores:
  • Classificação:
  • C08B 37/18
    Prepara??o de polissacar?deos n?o abrangidos pelos grupos ; Seus derivados; / Fonte de carboidratos, p. ex. glicog?nio, inulina, laminarina; Seus derivados;
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"PROCESSO DE OBTENÇÃO DE INULINA E SEUS SUBPRODUTOS A PARTIR DE TUBÉRCULOS". Que permite prever todas as técnicas envolvidas, desde a colheita da matéria prima até a obtenção da inulina em pó e seus subprodutos. A inulina é um frutooligosssacarídeo natural, com propriedades nutricionais baseadas em três fatores, sendo que atualmente a batata Yacon, a alcachofra de Jerusalém e a chicória possuem raízes apropriadas para a exploração comercial, sendo que a inulina como ingrediente pode substituir a gordura e o açúcar. O processo proposto apresenta as seguintes etapas: Pré-processamento (1), separação das folhas sãs (2), lavagem das folhas (2a), secagem (2b), tratamento das raízes (3), secagem dos materiais (4), colocação numa peneira (4 a), deposição do material num secador (4b), moagem e peneiramento (5), extração da inulina das raízes secas (6), filtração da suspensão obtida (7), filtração com adoção de filtro de manta (7 a), obtenção dos sólidos (7b), ultrafiltração ou separação por membranas (7c), submissão das suspensões a um processo de concentração (8), secagem ou cristalização do concentrado (9), submissão do sólido grosso (10) proveniente da etapa (7), com ou sem os sólidos obtidos das etapas (7 a, 7b e 7c), aos processos descritos nas etapas (4b) e (5), obtendo-se o pó da raiz seca pobre em inulina, submissão das partículas (11) de raizes provenientes da etapa (3). As etapas seguintes são análogas aos descritos nas etapas (7), aqui referida como a etapa (12), onde a etapa (13) correspondente a etapa (8) que fornece concentrado denominado concentrado de inulina da raiz. E a etapa (14) corresponde a etapa (9), obtendo pó de inulina de 40 a 98% de concentração com 2 a 8% de umidade final, aqui denominado pó de inulina da raiz. A outra etapa, ou etapa (15) é análoga aos procedimentos descritos na etapa (10), obtendo-se o pó da raiz pobre em inulina. Esta inulina poderá ser utilizada em processos biotecnológicos (processos de fermentação), etapa (16), como por exemplo, um componente em meio de fermentação semi-sólida na indução do crescimento de microrganismos (fungos) produtores de enzimas inulinases.

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“PROCESSO DE OBTENÇÃO DE INULINA E SEUS SUBPRODUTOS A PARTIR DE TUBÉRCULOS”

Refere-se o presente relatório a um invento que trata de um processo de obtenção de inulina e seus subprodutos a partir de tubérculos. Este processo 5 permite prever todas as técnicas envolvidas desde a colheita da matéria-prima âíé a obtenção da inulina em pó e seus subprodutos.

A inulina é um ffuto-oligossacarídeo natural, considerado um alimento • ' funcional, comercialmente conhecida nos países da Europa, Estados Unidos e Canadá. A literatura apresenta vários processos de obtenção de inulina.

10    A inulina é um carboidrato cuja cadeia é composta predominantemente

por unidades de frutose (frutana), com uma unidade de glicose terminal, ou seja, uma molécula de sacarose associada a n moléculas de frutose (n = 3 a 60). A fórmula pode ser descrita como GFn, onde G representa a molécula de glicose, F a molécula de frutose e n o número de unidades de frutose, tal como pode ser 15 observado da representação da sua estrutura química reproduzida na FIGURA 01.

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Os ffuto-oligossacarídeos são definidos como polímeros de D-frutose, terminando com uma molécula de glicose, e desta forma a inulina pode ser classificada como um fruto-oligossacarídeo (FOS).

Considerações nutricionais:

A inulina é considerada uma fibra alimentar. Essa fibra solúvel é encontrada em muitas fontes na natureza e constitui a reserva energética de cerca de 36.000 vegetais, incluindo os vegetais comumente utilizados na dieta humana, como mostra o Quadro 01 abaixo:

25 QUADRO 1- Níveis de inulina em vegetais consumidos na dieta humana.

Planta

Nível de inulina (%)

Trigo

1 -4

Cebola

2-6

"Murmong"

8-13

Alho poró

10-15

Aspargos

10-15

Raiz de chicória

13-20

Yacon

15-20

Raiz de barba de bode

15-20

Alcachofra de Jerusalém

15-20

Tubérculos de Dahlia

15-20

Alho

15-25

A dose diária aceitável (ADI) para inulina é estabelecida em 40 gramas. Não existem evidências de toxicidade ou distúrbios gastrointestinais associados

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ao consumo de inulina. A média diária de consumo per capita varia de 1 a 10 gramas em populações da parte ocidental dos EUA e da Europa.

Um cientista relata que os povos aborígines australianos consumiram “murmong”, que é uma planta tuberosa, no século 19 como principal fonte vegetal de alimento, com média diária de 200 a 300 gramas, enquanto que a alcachofra de Jerusalém foi a principal fonte de carboidratos na Europa ocidental até o advento da batata.

Em 1992, cientistas relatam que a inulina obteve o status de alimento durante as guerras mundiais, onde as pessoas consumiam tubérculos de dahlia ou tulipas, por falta de batatas.

A batata Yacon, de nome científico {Polymnia sonchifolia), da família Asteraceae, também chamada batata “dief ’ ou polínia, é uma planta herbácea, perene, originária dos Andes, sendo cultivada na Colômbia, Equador e Peru em altitudes de 900 a 2.750m, mas alguns cultivos são feitos a mais de 3.400m. Por ser originária de grandes altitudes, a planta tolera baixas temperaturas e prefere solos aerados, soltos, areno-argilosos e com pH em tomo de 6,0. O tubérculo tem sabor de pêra e melão, sendo bastante consumido no oriente na forma in natura e também na forma de chips.

As propriedades nutricionais da inulina são baseadas em três fatores:

1.    Após a ingestão, a inulina não é quebrada no sistema digestivo humano, não resultando, portanto em contribuição calórica neste processo. Apenas no cólon vai ocorrer a degradação de inulina por fermentação de bactérias, e conseqüentemente vai acarretar baixa contribuição calórica indireta em níveis de 1,0 a 1,5 lccal/g de inulina;

2.    A inulina afeta os parâmetros fisiológicos do sistema digestivo, como esvaziamento gástrico, tempo de trânsito, pH, e massa fecal de forma similar às fibras dietéticas. Pelo efeito benéfico no sistema digestivo a inulina é considerada um “alimento funcional”;

3.    A ingestão de inulina resulta em um significante incremento dos benefícios das bifidobactérias. A flora Bifidus estimula o sistema imunológico, a absorção de minerais, e inibe o crescimento de bactérias nocivas ao organismo.

A inulina é considerada um alimento e não um aditivo, em 12 países, entre os quais estão: EUA, Bélgica, França, Luxemburgo, Dinamarca, Japão e reino unido, e, portanto não está sujeita a regulamentação.

Atualmente existem três tipos de raízes apropriadas para a exploração comercial: a batata Yacon (Polymnia sonchifolia), alcachofra de Jerusalém (Helianthus tuberosus) e chicória (Cichorium intybus). A chicória tem sido usada para a produção industrial de inulina na Bélgica, Holanda e França. A

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• • • • • • razão desta escolha está na estabilidade de produção de cadeias longas do GFn, e produção constante, mesmo em condições de clima moderado.

Cientistas descrevem alternativas (processo de aquecimento do produto macerado com e sem adição de ácido) para a obtenção de dois tipos de produtos (farinha integral e farinha integral rica em ffutose) a partir de tubérculos de alcachoffa de Jerusalém. Os autores preconizam como resultado algumas vantagens, dentre elas:

1.    Transformação da matéria-prima em produtos estáveis (farinha não-hidrolisada e farinha parcialmente hidrolisada);

2.    Possibilidade de aplicação como starter na produção de FOS de cadeias curtas ou na produção de xarope de ffutose contendo FOS;

3.    Produto substituto do leite na alimentação animal;

4.    Alternativa de plantio para o trigo, batatas e tabaco em países de clima favorável à cultura.

Existe um esquema de obtenção de dois produtos comerciais (Raftiline e Raftilose) a partir das raízes de chicória. Neste processo, quando é utilizada a hidrólise enzimática obtém-se o raftilose, ao passo que, sem a hidrólise, obtém-se a raftilene.

Um outro processo de obtenção de inulina em pó, a partir de raízes de chicória, é descrito em três etapas: extração, purificação e secagem. As descrições apresentadas são:    extração    por difusão, desmineralização,

ultrafiltração, descoloração, remoção de componentes de sabor amargo, evaporação, concentração e Spray drying.

A inulina extraída de chicória é uma mistura de oligômeros com diferentes graus de polimerização, possuindo a formulação típica: monossacarídeos, 2%; dissacarídeos: 5%; e inulina (GF-3 a GF-60), 93%.

Recentemente foi depositado um pedido de patente denominado “Processo de obtenção de concentrado de inulina por abaixamento de temperatura e separação física”, pela UNIVERSIDADE ESTADUAL DE CAMPINAS - UNICAMP, que é caracterizado por obter um concentrado de inulina por abaixamento da temperatura do extrato.

Atualmente a inulina foi identificada como um ingrediente que substitui a gordura ou o açúcar.

A maior crítica a produtos “low fat” ou “no fat” se refere à sensação causada no consumo pelo decréscimo de textura, flavor e “mouth feel” (sensação tátil bucal). Para substituir ou reduzir gordura com sucesso, o substituto deve não apenas resultar em produto com baixo valor calórico, mas simultaneamente suprir as propriedades funcionais como estabilidade ao calor, emulsificação, espalhamento, textura e “mouth feel”.





A maioria dos substitutos de gordura não contribui nas propriedades texturizantes de forma similar à gordura.

A inulina é um modificador reológico e pode ser utilizado para otimizar a textura em sistemas de alimentos. Ela forma um creme quando dissolvida em 5 água, semelhante ao produzido por uma gordura. As propriedades de um gel podem ser aumentadas e otimizadas através de outros ingredientes como gomas e surfactantes.

Estas interações entre inulina e hidrocolóides podem resultar em sistemas com um sinergismo de viscosidade combinada com escoabilidade, que é ausente 10 em sistemas puros hidrocolóides-água. Baseado nesta propriedade, as aplicações da inulina tem sido: propiciar aumento da viscosidade, encorpar e otimizar a textura em bebidas de baixas calorias, espalhamento em produtos “low fat” ou “no fat”, iogurtes, sorvetes, mousses, molhos de salada, chocolate, queijos processados, e substituto de gorduras em carnes.

15    A inulina pode ser utilizada em produtos de panificação e produtos de

cereais, no sentido de: (a) controle de umidade, baseado na capacidade de ligação de água da inulina, aumentando a “shelf-life” do produto; (b) controle da viscosidade em bolos e pudins, particularmente em massas com baixos teores de gordura.

20    O gel aquoso de inulina tem um potencial básico substituto de gordura, e

muitos sistemas tem sido desenvolvidos para diferentes aplicações, incluindo: gel aquoso de inulina/surfactantes, emulsões óleo/água/inulina e combinações de inulina/água/gomas. E ainda o uso de inulina em processos de produção de margarina pode reduzir para 20-40% de gordura em substituição ao padrão de 25    80% de gordura.

Em produtos lácteos melhora a estabilidade de emulsões, não produzindo “after taste” quando aplicado. Raftilose é moderadamente doce, não produz “after taste” e suas propriedades físicas são similares às do xarope de glicose; contribui para o abaixamento do ponto de congelamento e elevação do ponto de 30 ebulição. Na Europa a Raftilose é comumente utilizada como substituto de gordura em sorvetes, sobremesas e produtos lácteos.

As folhas e as túberas são indicadas para o tratamento da diabetes e do colesterol. Portanto a utilização destes subprodutos, folhas e sólidos, independentemente de terem sofrido ou não o processo de extração, são 35 excelentes matérias primas para a ração humana e animal.

De conformidade com a FIGURA 02, caracteriza-se como o foco da presente Patente de Invenção um processo de obtenção de inulina e seus subprodutos a partir de tubérculos, que é baseado no processamento destes.

O processo em questão é baseado na obtenção de inulina e seus 40 subprodutos a partir de tubérculos de Yacon (Polymnia sonchifolia), alcachofra

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de Jerusalém (Helianthus tuberosus), chicória (Cichorium intybus) e outros tubérculos que venham a ser desenvolvidos para a obtenção de inulina.

Segue-se abaixo uma descrição de todas as etapas do processo proposto que compreende (1) pré-processamento, que consiste em separar folhas e lavar.

A segunda etapa do processo ora tratado, ou etapa (2) consiste em separar as folhas sãs (folhas inteiras ou picadas, etapa (2a)), e submeter à secagem, etapa (2b), após a lavagem, que serão utilizadas para o preparo de chá ou para utilização em formulações de ração humana ou animal, principalmente visando à incorporação de fibras na dieta alimentar. Nesta etapa, a temperatura de secagem utilizada é de 30°C a 100°C com a velocidade do ar variando de 0,1 a 2,0 m/s por um período de tempo que varia de 1 a 9 horas. A importância desta etapa é a fixação da clorofila (apresentará um excelente aspecto à folha seca) e de nutrientes. Além disso, com a perda de água, o seu tempo de armazenagem é estendido. O produto obtido neste processo, rico em fibras, inulina e nutrientes, é denominado de folha de inulina seca.

A terceira etapa do processo ora tratado, ou etapa (3) consiste em tratar as raízes. Primeiramente as raízes sãs são separadas e lavadas para serem cortadas, fatiadas, raladas ou desintegradas. Esta etapa de redução de tamanho da raiz em pedaços ou partículas de tamanhos menores visa aumentar a superfície sólida para incrementar o processo de extração, comumente referido como a difusão. Para evitar o escurecimento da matéria, por reações enzimáticas e não enzimáticas, é importante o tratamento de branqueamento por processos físicos ou químicos. Os processos físicos aqui empregados são a imersão dos pedaços ou partículas numa água quente de 90 a 100°C por um período de tempo de 1 a 5 minutos ou o tratamento por vapor, durante o processo de corte, fatiamento, ralagem, ou desintegração da raiz, por um período inferior a 2 minutos. O processo químico de branqueamento aqui utilizado é a adição de bissulfitos, ou outro composto de ação equivalente, na proporção de 100 a 2000ppm (partes por milhão) em peso.

A etapa seguinte do presente processo, ou etapa (4) é a secagem destes materiais, aqui denominados de partículas de raízes, que sofreram o processo de redução de tamanho e branqueamento. Nesta etapa, primeiramente, etapa (4a), o material é colocado numa peneira, munida ou não de filtro, para escoar o líquido do sólido e posteriormente, etapa (4b), o material sólido é colocado num secador para retirada da umidade. O secador empregado nesta etapa do processo são os secadores convectivos a bandejas ou secadores contínuos rotativos ou secadores contínuos de esteira. O parâmetro importante de secagem nesta etapa do processo é a temperatura, que pode variar de 40 a 100°C, de acordo com a finalidade do produto seco obtido. A duração do processo de secagem é de 1 a 9 horas. O produto resultante deste processo é a raiz seca.



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A etapa seguinte, ou etapa (5) é a moagem e peneiramento desta raiz seca que será embalada e vendida na forma de raiz seca em pó. Esta raiz seca em forma ou não de pó pode ser comercializada para a utilização como suplemento alimentar, ou na formulação de ração humana ou na formulação ração animal.

A outra etapa, ou etapa (6) compreende a extração da inulina das raízes secas, onde as raízes secas, moídas ou não, são colocadas em recipientes adicionando água em quantidade equivalente a 3 a 6 vezes em peso do material, formando uma suspensão. Esta suspensão é mantida à temperatura aquecida de 70 a 100°C durante 10 a 50 minutos sob a agitação constante, que permite a difusão da inulina da raiz para a água. A manutenção da temperatura da água é feita através do aquecimento do recipiente encamisado ou através da injeção direta de vapor de água na suspensão.

A etapa seguinte, ou etapa (7) compreende a filtração da suspensão obtida na etapa anterior. Esta etapa é caracterizada pela utilização de filtros de discos ou paredes de chapas perfuradas que permite uma separação dos sólidos mais grossos, obtendo uma suspensão de inulina com sólidos finos de raízes, aqui denominada de suspensão um. Os materiais separados nesta etapa do processo são destinadas à etapa (8) no caso de suspensão um e à etapa (10) no caso do sólido grosso.

Para se obter uma suspensão com menos sólidos, aqui denominada de suspensão dois, submete-se a suspensão um em um processo de filtração (etapa 7a) utilizando um filtro de manta. Esta suspensão dois possui menos sólidos totais que a suspensão um. Os sólidos obtidos nesta etapa (7a) podem ou não ser incorporados no sólido grosso obtido na etapa (7).

Para se obter uma suspensão mais clarificada, suspensão três, que a suspensão dois, submete-se a suspensão dois a um processo de clarificação (etapa 7b) utilizando filtros com carvão, munido ou não de outros materiais inertes como a areia e ou pedra. Esta suspensão três é caracterizada por possuir menos sólidos e ser mais clara que as suspensões anteriores. Os sólidos obtidos nesta etapa (7b) podem ou não serem incorporados no sólido grosso obtido na etapa (7).