Ésteres na indústria de alimentos PDF

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Resumo sobre a importância dos ésteres na indústria de alimentos...

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ÉSTERES NA INDÚSTRIA DE ALIMENTOS Jean Lucas da Silva Rodrigues Ésteres são amplamente usados na indústria alimentícia, onde a reação de esterificação de Fischer é um dos principais métodos para a sua síntese. Os ésteres estão presentes em frutas e flores e são responsáveis por seus aromas e sabores e a indústria de alimentos sintetiza substâncias com esse grupo funcional para dar sabor e aromas aos seus produtos artificiais.

Síntese dos ésteres Em 1895, Fischer e Speier constataram que era possível a obtenção de ésteres através do aquecimento de um ácido carboxílico e um álcool na presença de catalisador ácido (McMurry, 1997). Esta reação ficou conhecida como esterificação de Fischer (Figura 1), sendo um dos principais métodos utilizados na produção de ésteres.

A esterificação de Emil Fischer é uma reação de substituição nucleofílica do grupamento acila catalisada por ácido mineral, envolvendo um ácido carboxílico e um álcool. O ácido mineral protona o átomo de oxigênio do grupo carbonila, tornado o ácido carboxílico muito mais reativo ao ataque nucleofílico do álcool e dando origem a um intermediário tetraédrico. A partir daí,a transferência de um próton de um oxigênio para outro origina um segundo intermediário tetraédrico e converte o grupo OH em um bom grupo de saída. Finalmente a perda de um próton regenera o catalisador ácido, originando o éster conforme a figura 2. O mecanismo de reação para a formação de ésteres a partir de ácidos carboxílicos e alcoóis na presença de catalisador ácido foi demonstrado por Solomons e Fryhle (2009).

A esterificação é uma reação reversível, sendo necessária cautela durante todo o processo reacional, o de purificação ou ainda o de armazenagem. A etapa de purificação do éster é um ponto crítico, pois a reação inversa, a hidrólise do éster, pode ser catalisada tanto por ácido quanto por base, como pode ser visto na figura 3, necessitando de um controle rigoroso na neutralização do meio reacional e na destilação. Assim, para deslocar o equilíbrio em favor dos produtos podem-se utilizar 2 métodos: remoção de um dos produtos, preferencialmente a água, ou utilizar um excesso de um dos regentes, como o álcool (Neves, 2008).

Apesar de bem compreendida, vários trabalhos de pesquisa vêm sendo realizados na área de otimização de rendimento e de desenvolvimento tecnológico na síntese de ésteres de aplicação industrial, um exemplo é a reação de síntese de 6 butirato de etila. Uma reação aparentemente muito simples, mas que apresenta ainda alguns pontos críticos, como a eliminação da água formada durante a síntese, que devido ao equilíbrio, interrompe a reação em um ponto de baixo rendimento de éster. Muitos trabalhos têm desenvolvido novas técnicas, adicionando novos catalisadores e modificando algumas variáveis como temperatura, pressão, excesso de um dos reagentes (Medeiros, 2008). Segundo Yadav e Rahuman (2002), reações de esterificação são amplamente empregadas em uma variedade de indústrias químicas. O procedimento geralmente usa ácidos minerais como catalisador. Esses catalisadores geram grandes quantidades de resíduos ácidos, que requerem tratamento adequado antes do descarte. O processo catalítico convencional consiste na catálise homogênea com ácido sulfúrico, o qual permanece dissolvido no meio reacional. Neste processo, o catalisador deve ser removido ao final da reação por lavagem aquosa alcalina. É um reagente de baixo custo e é muito ativo. No entanto, também é corrosivo e apresenta problemas de armazenamento e de controle segundo Bondioli (2004). Agentes Secantes usados na síntese dos ésteres Após as reações químicas e extração com alguns solventes, geralmente alguns traços de água se encontram presentes na fase orgânica, sendo necessária uma secagem. A remoção de água de alguns produtos pode-se dar de várias maneiras, de um sólido a maneira mais adequada é a secagem a vácuo. Já quando se tem compostos líquidos, a secagem se torna um pouco mais delicada, porque é necessário evitar todas as prováveis substâncias reativas. Como método usual temse como opção a destilação fracionada, principalmente quando se formam misturas 7 azeotrópicas com o uso de um solvente, ou ainda, o uso de agentes secantes como sulfato de magnésio, cloreto de cálcio, alumina, ácido sulfúrico. A remoção de água de gases pode ser física ou quimicamente, e é geralmente por adsorção em um agente dessecante em temperaturas baixas. Dessecantes podem ser convenientemente agrupados em três classes, dependendo se eles se ligam reversivelmente, reagem quimicamente e irreversivelmente com água ou se são

peneiras moleculares. O primeiro grupo varia a intensidade com a temperatura na qual são usados, dependendo da pressão de vapor do hidrato que é formado. Agentes dessecantes tais como sulfato de sódio anidro, sulfato de magnésio ou cloreto de cálcio devem ser filtrados do líquido antes de ser aquecido. Dessecantes que se ligam irreversivelmente com água são metais alcalinos, carbeto de cálcio e hidretos metálicos, alguns dos mais usuais estão listados na tabela 1 (Medeiros, 2008).

Características dos ésteres Em geral, os ésteres, principalmente os de baixa massa molar, apresentam aromas agradáveis, estando presentes em frutas e flores (McMurry, 1997). A Tabela 2 apresenta alguns exemplos de ésteres e seus respectivos aromas. Esses

compostos possuem uma importante aplicação na indústria como flavorizantes, ou seja, substâncias que, quando adicionadas em pequena quantidade aos alimentos, conferem-lhes características degustativas e olfativas (Solomons, 1983). Tabela 2: Exemplos de éstres com aromas de frutas

Ao comer ou beber alguma coisa, as moléculas voláteis presentes nos alimentos são carregadas pelo ar inalado chegando ao epitélio olfativo, localizado um pouco abaixo dos olhos. A região olfativa consiste em pestanas que se projetam para fora do epitélio em uma camada de mucosa onde existe uma secreção rica em lipídios que banham os receptores na superfície do epitélio e, ajudam no transporte dos aromas que são substâncias solúveis neste meio. Estas são moléculas que contêm alguma característica como pressão de vapor suficientemente elevada, baixa polaridade, alguma habilidade de dissolver-se na gordura, e atividade de superfície. Assim somente esses compostos podem interagir com os receptores olfativos produzindo os sinais que nosso cérebro interpreta como o odor (Medeiros, 2008). Existe uma certa imprecisão com os termos aroma e flavorizante. Aroma se refere somente ao complexo de substâncias odoríferas, enquanto flavorizante se refere ao complexo que dá sabor aos alimentos e bebidas. A palavra flavorizante vem do inglês “flavo(u)r”, também empregado de maneira confusa. A palavra pode ser utilizada tanto para designação de odor, sabor, cor e textura de um alimento, como para uma mistura das sensações de sabor e odor causado por uma substância na boca. Em português, as palavras “flavour” e aroma são utilizados geralmente para designar substâncias que dão sabor e odor aos alimentos, embora estejam definidas de outra maneira em dicionários. Composição: Um grande número de ésteres possuem aromas e/ou sabores

agradáveis, sendo usados como flavorizantes na forma pura ou misturadas. Os produtos informam no rótulo a existência de flavorizantes na sua composição. A língua, ao contrário do que se pensa costumeiramente, sente apenas quatro sabores: azedo, amargo, salgado e doce. Durante a mastigação, a língua sente o sabor do alimento, e, nas fossas nasais, sensores apropriados sentem o aroma (cheiro). Sabor e aromas se completam e se confundem, formando a sensação designada pela palavra inglesa flavor (usada em português sem tradução). Assim, flavor significa sabor + aroma. Quando ficamos resfriados, as nossas fossas nasais congestionam-se e, dessa forma, não sentimos o aroma. Percebemos apenas os quatro sabores básicos, o que nos faz pensar que parte do gosto está faltando. Muitos produtos contêm no rotulo a informação de que possuem flavorizantes, trata-se de substâncias que dão a ele flavor característico (Souza, 2008). Imitando o flavor de maçã. O flavor (isto é, a conjugação do sabor e aroma) de um alimento é o resultado de uma complicada mistura de substâncias nele presentes. Alguns desses componentes são responsáveis pelo sabor, sentido na língua, e outros, pelo aroma, percebido pelos sensores localizados nas fossas nasais. O sabor de uma maçã (sentido na língua) é doce e azedo, em consequências de açucares e ácidos naturais. Os componentes responsáveis pelo odor (percebido pelo nariz) são voláteis, ou seja, são substâncias que facilmente passam pelo estado gasoso. Entre eles há ésteres aldeídos e cetonas. O flavor de uma maçã se deve a dezenas de ingredientes diferentes. Há cerca de 20 ácidos carboxílicos (alguns com cadeia de até 20 átomos), 30 álcoois, (alguns com cadeia igualmente longa), setenta ésteres e algo em torno de três dúzias de outros componentes. Na fabricação de balas e goma de mascar com “sabor” (isto é) flavor de maçã, o que os químicos e engenheiros de alimentos fazem é tentar imitar a complexa sensação proveniente de tantos sabores distintos. Frequentemente, o acetato de etila é um componente usado para imitar o aroma, enquanto o açúcar comum e uma substância ácida comestível são usados para produzir o sabor doce e azedo de maçã.

A imitação é, certamente, muito mais barata do que seria se todos os inúmeros constituintes naturais de uma maçã fossem empregados, porém, deixa a desejar, como a fruta verdadeira (Souza, 2008). Tipos de ésteres Há três tipos de ésteres, que podem ser encontrados em forma de essências, ceras ou óleos. Esse resultado depende dos reagentes, bem como da reação. De modo geral, os ésteres de massas moleculares menores são os líquidos incolores, de odor agradável e com maior volatilidade. Os ésteres de característica gordurosa, viscosa ou ainda xaroposa possuem uma massa molecular média. As ceras são os ésteres com maior massa molecular. As essências são amplamente usadas na indústria alimentícia porque elas são capazes de conferir variados aromas e sabores para os produtos artificiais. Nos alimentos naturais, o sabor depende de uma série de compostos químicos como os açúcares, responsáveis pelos sabores adocicados e os ácidos, que dão o sabor azedo. Já nos alimentos industrializados, é preciso usar extratos naturais ou flavorizantes para se chegar a um gosto semelhante ao real. Por exemplo, o sabor e aroma de fruta, adicionado nos sucos artificiais, nas gomas de mascar, bombons, gelatinas, sorvetes e iogurtes são efeito das essências de ésteres. Essa forma de éster é obtida a partir da reação de ácidos e álcoois de cadeia curta. Tais substâncias são também referidas como aromatizantes e têm a vantagem de serem baratas. Além disso, elas conseguem fornecer aromas e sabores bem próximos aos verdadeiros. Os óleos obtidos a partir do éster são encontrados em muitos produtos que fazem parte do cotidiano das pessoas. Quando em forma de gordura, essas substâncias têm aplicação culinária, por exemplo: • Ésteres dos ácidos linoleico e oleico: é o caso do óleo de soja, presente na grande maioria das cozinhas, já que serve para fritar alimentos. Essa categoria de ésteres derivados de um único álcool com três hidroxilas, como o propanotriol ou a glicerina, é chamada de triéster, pois é o produto do álcool com três ácidos. Além do óleo de soja, citado anteriormente, integram o grupo ainda o azeite de oliva, a manteiga e a margarina, para citar os mais populares;

• Estearina: é o éster que compõe a gordura de origem animal, conhecida como sebo. Ele serve de matéria-prima para a produção de sabões e sabonetes. As ceras são ésteres resultantes das reações entre álcoois com alto número de carbonos e ácidos. Entre os tipos mais comuns de ceras estão: a cera de abelha e a de carnaúba, que são excelentes para a fabricação de velas, as ceras para lustrar pisos, as graxas usadas nos sapatos, entre outras. Conclusão Embora alguns dos flavorizantes usados pela indústria alimentícia sejam aldeídos orgânicos, existe um claro predomínio dos ésteres orgânicos para essa finalidade. É interessante lembrar que até mesmo medicamentos, sobretudo os xaropes, costumam ser flavorizados artificialmente para facilitar sua administração por via oral. Ou seja, não são apenas as empresas do ramo de alimentos que se beneficiam desses compostos químicos. Portanto, conclui-se que os ésteres têm muita utilidade em diferentes setores e se fazem presentes em produtos do dia a dia dos indivíduos.

Referências BONDIOLI, P. (2004). The preparation of fatty acid esters by means of catalytic reactions. Topics in Catalysis, 27(1), 77-82. Ésteres: aroma e sabor artificial em alimentos, disponível em: http://www.resumoescolar.com.br/quimica/esteres-aroma-e-sabor-artificial-emalimentos/. Acesso em 30 de junho de 2016. McMURRY, J. Química Orgânica. Trad. J.A. e Souza. Rio de Janeiro: Livros Técnicos e Científicos, 1997. v. 2. MEDEIROS, C.R. Otimização da síntese de ésteres usados na indústria de sabores e aromas. Estágio supervisionado, Universidade federal de Santa Catarina, Florianópolis.

Neves, A. A. S. (2008). Dissertação de Mestrado. In Universidade do Porto. SOUZA, C. Química e cotidiano – ésteres. 2008. Disponível em: http://quimicaecotidiano.blogspot.com.br/2008/08/steres.html SOLOMONS, T.W.G. Química Orgânica. Trad. H. Macedo. Rio de Janeiro: Livros Técnicos e Científicos, 1983. v. 2. YADAV, G. D., & RAHUMAN, M. S. M. M. (2002). Cation-exchange resincatalysed acylations and esterifications in fine chemical and perfumery industries. Organic Process Research & Development, 6(5), 706-713....