Análise de Fibra Alimentar                   Prof. Eduardo Purgatto                 Depto. de Alimentos e Nutrição        ...
Análise de Fibra AlimentarIntroduçãoOcorrênciaComponentes químicosDefiniçõesMétodos de Análise
IntroduçãoHipocrates a 500 a.C.       dietas com elevado conteúdode fibra    efeito laxativo benéficoFinal do século XIX e...
Introdução            (continuação)A fibra alimentar da dieta pode:   Controlar a motilidade gastrintestinal   Interferir ...
Introdução     (continuação)A fibra alimentar (FA) não é uma única substância,mas ela é composta, principalmente, de polis...
OcorrênciaParede celularLamela médiaSecreções produzidas por injúriasTecidos de reservaTecidos que evitam a perda de água
Parede celular   (esquematizada)
Parede celular   (esquematizada)
Polissacarídeos da parede celularPectinas (verde) e Lignina (vermelho)                                        Microfibrila...
Tabela 1a - Fontes de fibras dos alimentos e seus principais                    componentes químicos           Tipos de Fi...
Tabela 1b- Fontes de Fibra Alimentar Produzidas                           Industrialmente      Tipos de Fibras            ...
Características Estruturais de Cadeias de                 Celulose
β-glicanos
Hemiceluloses: Xiloglicanos
Hemiceluloses: Arabinoxilanos
Pectinas   (1)                     A       BA                     A
Pectinas   (2)AB
Ligninas
Conceito Fisiológico          Compostos não digeridos pelas enzimas                 digestivas de humanos                 ...
Outros CompostosProteínasCompostos inorgânicosOxalatosFitatosSubstâncias fenólicasCarboidratosEx: lactulose, lactose e raf...
Molécula de Inulina
Molécula de Quitina
Conceito QuímicoPolissacarídeos      Celulose                     Hemicelulose                     β-Glicanos             ...
Classificação      Solubilidade na água / Função na célulaInsolúvel / Estrutural       celulose       hemicelulose       p...
DefiniçõesAmerican Association of Cereal Chemists (AACC)– 2000      “a fibra alimentar é a parte comestível dasplantas ou ...
Definições    (continuação)FA      Alimentos Funcionais    interfere em uma oumais funções do corpo         “um alimento p...
Definições    (continuação)Alguns componentes da FA      estimulam o crescimentode bactérias benéficas    Prebióticos (bif...
Métodos Analíticos para Determinar a Fibra                AlimentarGravimétricosEnzímico-gravimétricosEnzímico-químicos   ...
GravimétricosFibra bruta (FB)Fibra detergente neutro (NDF) e ácido (ADF)Fibra detergente neutro modificado (NDF-M)
Fibra Bruta  Extração a quente com:     H2SO4 (1,25%)     NaOH (1,25%)  Filtração  Determinação     Pesagem dos resíduos i...
Detergente Ácido (ADF) e               Detergente Neutro (NDF e NDF-M)                     (Van Soest modificado)    Extra...
Enzímico-gravimétrico           (Hellendoorn, Asp, Prosky, Schweizer e Lee)    Hidrólise do amido e da proteína com enzima...
Determinação da fibra alimentar pelos métodos enzímico-             gravimétricos (AOAC* e AACC) AOAC 985.29 ou AACC 32-05...
Determinação da fibra alimentar pelos métodos enzímico-       gravimétricos (AOAC e AACC) (continuação)                   ...
Método enzímico-gravimétrico            (Fonte de Erros)Preparo da amostraAmido resistenteProteína residualPrecipitação co...
Preparo da amostraLípides                  Tamanho de partículas   Extração com            0,3 a 0,5 mm   solventes (5 a 1...
Amido ResistenteTipo 1: Fisicamente ligado à matriz dosalimentosTipo 2: Nativo presente nos alimentos crusTipo 3: Formado ...
Amido ResistenteNão há solubilização total e hidrólise do ARA gelatinização do amido a quente napresença de enzima evita a...
Proteína ResidualNão há remoção completa da proteínaO fator de conversão (Nx6,25) é arbitrário.Ex: Concentrados e isolados...
Precipitação com Etanol a 80%Não há precipitação de:  Polímeros de GP abaixo de 10 unidades  Ex: Inulina e oligofrutose  P...
Correção de mineraisMinerais presentes nos alimentosassociados a fração fibraMinerais presentes no ácido fítico,oxálico e ...
Filtração e auxiliar de filtração     Amostras viscosas (1,0 a 0,25 g)     Celite 545 AW*         Filtração mais rápida   ...
EnzimasTaninos reagem com enzimasEx: Taninos x proteínasTermamyl não degrada a FA  Atua na temperatura de ebuliçãoAmilogli...
Métodos enzímico-químicos            (Southgate, Uppsala e Englyst)   Separação dos componentes da fibra   Hidrólise dos p...
Método de Southgate                    (Método Espectrofométrico)    Amostra            ⇐ éterMetano ou acetona        Açu...
Método Uppsala                        (Theander e col., 1990)                                                             ...
Método de Englyst                     (Englyst e Cumming 1990)                                                            ...
AOAC x Uppsala x EnglystAOAC e Uppsala  Polissacarídeos diferentes de amido (NSP)  Amido resistente (parte)  LigninaEnglys...
Fibra dos alimentos em diferentes sistemas analíticos                   (% base seca)                                     ...
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Análise de fibra alimentar aula diurno

  1. 1. Análise de Fibra Alimentar Prof. Eduardo Purgatto Depto. de Alimentos e Nutrição Experimental FCF – USP Curso de Graduação Disciplina de Bromatologia Básica 2004
  2. 2. Análise de Fibra AlimentarIntroduçãoOcorrênciaComponentes químicosDefiniçõesMétodos de Análise
  3. 3. IntroduçãoHipocrates a 500 a.C. dietas com elevado conteúdode fibra efeito laxativo benéficoFinal do século XIX e início XX processamento dealimentos fibras eram descartadasHoje em dia fibra interfere no funcionamento dosistema digestivo inclusive no IGHipsley (1953) propôs o termo “dietary fibre” (fibrada dieta ou alimentar).Cleave (1956) doenças do homem modernoingestão de alimentos com baixo conteúdo de fibraBurkitt, Walker e Trowell (anos 70) estudosepidemiológicos e clínicos relação quantidade defibra na dieta x doenças do homem moderno
  4. 4. Introdução (continuação)A fibra alimentar da dieta pode: Controlar a motilidade gastrintestinal Interferir no metabolismo da glicose e dos lipídeos Modular a atividade metabólica das bactérias intestinais Influenciar na concentração de componentes tóxicos no lúmen do cólon Contribuir na manutenção do equilíbrio do ecossistema do intestino grosso Contribuir para a integridade da mucosa intestinalExistem porém ainda muitas controvérsias em relação a: definição componentes químicos métodos de análise necessidades diárias de ingestão efeitos fisiológicos rotulagem de alimentos processados
  5. 5. Introdução (continuação)A fibra alimentar (FA) não é uma única substância,mas ela é composta, principalmente, de polissaca-rídeos interligados entre si formando uma redetridimensional e com a presença de outras substânciascomo proteínas de parede celular, lignina, compostosfenólicos, fitatos, oxalatos e outros
  6. 6. OcorrênciaParede celularLamela médiaSecreções produzidas por injúriasTecidos de reservaTecidos que evitam a perda de água
  7. 7. Parede celular (esquematizada)
  8. 8. Parede celular (esquematizada)
  9. 9. Polissacarídeos da parede celularPectinas (verde) e Lignina (vermelho) Microfibrilas de celulose
  10. 10. Tabela 1a - Fontes de fibras dos alimentos e seus principais componentes químicos Tipos de Fibras Fontes Usuais Principais MonossacarídeosCelulose Vários farelos, vegetais e está presente Glc em todas as plantas comestíveisβ-glicanos Grãos (aveia, cevada e centeio) GlcHemicelulose Grãos de cereais e em uma boa parte das Xil, Man, Glc, Fuc, Ara, Gal, plantas comestíveis Agal, AglcPectinas Frutas (maçã, limão, laranjas, pomelo), Ara, Gal, AGal, Fuc, Ram vegetais, legumes e batataFrutanos* Alcachofra, cevada, centeio, raiz de Fru, Glc chicória, cebola, banana, alho, aspargoAmido resistente (AR) Bananas verdes, batata (cozida/ Glc resfriada), produtos de amido processadoQuitina (quitosanas) Fungos, leveduras, exoesqueleto de Glc-amina, Gal-amina camarão, lagosta e caranguejoRafinose, estaquiose e verbascose Cereais, legumes e tubérculos Gal, Glc, FruLignina Plantas maduras Alcool sinapílico, coniferílico, p-cumarílicoAgar Algas marinhas vermelhas Gal, Gal-anidro , Xil, SO4Carragenanas Algas marinhas vermelhas Gal, Gal-anidro, SO4Ácido algínico Algas marinhas marrons AGlc, AMan-anidroGoma karaya Exsudatos de plantas Fuc, Gal, AGal, RamGoma tragacante Exsudatos de plantas Xil, Gal, AGal, Ram, AraGoma arábica Exsudatos de plantas Gal, Ara, Ram, AGlcGoma locuste Sementes de plantas Gal, ManGoma guar Sementes de plantas Gal, ManGoma psyllium Sementes de plantas Ara, Gal, AGal, Ram, XilGomas xantanas Microrganismos Glc, AGlc, Man AGal=ácido galacturônico, AGlc=ácido glicurônico, AMan=ácido manurônico, Ara=arabinose, Fuc=fucose, Gal=galactose, Glc=glicose, Man=manose, Ram=ramnose, Xil=xilose * Inulina e frutooligossacarídeos (FOS)
  11. 11. Tabela 1b- Fontes de Fibra Alimentar Produzidas Industrialmente Tipos de Fibras Obenção dos Produtos Principais MonossacarídeosFOS (Frutooligosssacarídeos Síntese enzimática a partir da Sacarose Fru, Glc Hidrólise enzimática da inulina da raiz do almeirãoTrans-Galactooligossacarídeos Síntese enzimática a partir da lactose Gal, GlcGoma de Guar Modificada Hidrólise enzimática dos galactomananos Gal, Man(PHGG) da goma de guarPolidextrose (PDX) Polimerização da glicose a quente na Glc presença de vácuo, sorbitol e ácido cítricoMaltodextrina Resistente Hidrólise ácida do amido de milho seguida Glc(MDR) de hidrólise enzimáticaFru=frutose, Gal=galactose, Glc=glicose, Gal=galactose, Man=manose
  12. 12. Características Estruturais de Cadeias de Celulose
  13. 13. β-glicanos
  14. 14. Hemiceluloses: Xiloglicanos
  15. 15. Hemiceluloses: Arabinoxilanos
  16. 16. Pectinas (1) A BA A
  17. 17. Pectinas (2)AB
  18. 18. Ligninas
  19. 19. Conceito Fisiológico Compostos não digeridos pelas enzimas digestivas de humanos Celulose HemicelulosePolissacarídeos β-Glicanos Substâncias PécticasLigninaOutros compostos
  20. 20. Outros CompostosProteínasCompostos inorgânicosOxalatosFitatosSubstâncias fenólicasCarboidratosEx: lactulose, lactose e rafinoseProdutos formados durante processamentoEx: compostos de Maillard e amido retrogradadoAditivos alimentaresEx: amido modificado e metilceluloseInulina e oligofrutoseQuitosanas
  21. 21. Molécula de Inulina
  22. 22. Molécula de Quitina
  23. 23. Conceito QuímicoPolissacarídeos Celulose Hemicelulose β-Glicanos Substâncias PécticasLignina Em alguns casos
  24. 24. Classificação Solubilidade na água / Função na célulaInsolúvel / Estrutural celulose hemicelulose pectinas ligninaSolúvel / Não estrutural pectinas β-glicanos gomas mucilagens exsudatos hemiceluloses solúveis
  25. 25. DefiniçõesAmerican Association of Cereal Chemists (AACC)– 2000 “a fibra alimentar é a parte comestível dasplantas ou carboidratos análogos que são resistentes àdigestão e absorção no intestino delgado de humanoscom fermentação completa ou parcial no intestinogrosso. A fibra alimentar inclui polissacarídeos,oligossacarídeos, lignina, e substâncias associadas àplanta. A fibra alimentar promove efeitos fisiológicosbenéficos, incluindo laxação, e/ou atenuação docolesterol do sangue e/ou atenuação da glicose dosangue”
  26. 26. Definições (continuação)FA Alimentos Funcionais interfere em uma oumais funções do corpo “um alimento pode serconsiderado funcional se for demonstrado de maneirasatisfatória que possa agir de forma benéfica em umou mais funções do corpo, além de se adequar ànutrição, de certo modo melhorando a saúde e o bem-estar, ou reduzindo o risco de doenças” (Roberfroid,2000)
  27. 27. Definições (continuação)Alguns componentes da FA estimulam o crescimentode bactérias benéficas Prebióticos (bifidobactériase lactobacilos) “são ingredientes alimentares quenão são digeridos e que afetam de maneira benéfica ohospedeiro por estimular seletivamente o crescimentoe/ou a atividade de uma ou de um número limitado debactérias do colón”
  28. 28. Métodos Analíticos para Determinar a Fibra AlimentarGravimétricosEnzímico-gravimétricosEnzímico-químicos Enzímico-químicos por espectrofotometria Enzímico-químicos pro cromatografia a gás (CG) Enzímico-químicos por cromatografia líquida de alta eficiência (CLAE)
  29. 29. GravimétricosFibra bruta (FB)Fibra detergente neutro (NDF) e ácido (ADF)Fibra detergente neutro modificado (NDF-M)
  30. 30. Fibra Bruta Extração a quente com: H2SO4 (1,25%) NaOH (1,25%) Filtração Determinação Pesagem dos resíduos insolúveisLimitações: Perda de 20 a 50% de celuloses 50 a 90% de lignina 100 % de pectinas ± 75% de hemicelulose
  31. 31. Detergente Ácido (ADF) e Detergente Neutro (NDF e NDF-M) (Van Soest modificado) Extração a quente com soluções detergentes Tratamento com α-amilase / Termamyl Filtração Determinação Pesagem dos resíduos insolúveisAnalisa: Celulose, hemicelulose insolúvel e lignina → NDF Celulose e lignina → ADFLimitações: Não determina → Fibras solúveis Perde uma parte da hemicelulose insolúvel Não solubiliza a proteína totalmente (Ex: isolado de soja) Amido não é totalmente removido mesmo na presença de enzimas (Ex: Leguminosas)
  32. 32. Enzímico-gravimétrico (Hellendoorn, Asp, Prosky, Schweizer e Lee) Hidrólise do amido e da proteína com enzimas (puras) Precipitação fibra solúvel Separação das fibras por filtração ou diálise Determinação Pesagem dos resíduos insolúveis (estufa a 105 oC) Determinação das cinzas (525 oC) e proteína (Nx6,25)Analisa: Fibra total Fibra solúvel Fibra insolúvelUtilizados: Tabelas de composição de alimentos Rotulagem de alimentos
  33. 33. Determinação da fibra alimentar pelos métodos enzímico- gravimétricos (AOAC* e AACC) AOAC 985.29 ou AACC 32-05 AOAC 991.43 ou AACC 32-07 Prosky, L. et al., 1988 Lee et al., 1992 Amostra (1g) (Lípides < 10%) 50 mL 40 mL α-amilase termoestável Tampão Fosfato Tampão MES−TRIS 95-100 oC / 15 min 0,08 M / pH 6,0 0,05 M / pH 8,2 Protease 10 mL 10 mL H2O pH 7,5 / 60 oC NaOH 0,275 N (sem ajustar o pH) 30 min Amiloglicosidase 10 mL 5 mL pH 4,5 /60 oC HCl 0,325 N HCl 0,561 N 30 min A*Association of Official Analytical Chemists
  34. 34. Determinação da fibra alimentar pelos métodos enzímico- gravimétricos (AOAC e AACC) (continuação) A Filtrar Filtrado Etanol 78% Etanol 78% Filtrar Filtrar Resíduo Resíduo Resíduo Pesar Pesar Pesar Cinzas e Proteína Cinzas e Proteína Cinzas e Proteína (Descontar) (Descontar) (Descontar) FAT FAI FAS
  35. 35. Método enzímico-gravimétrico (Fonte de Erros)Preparo da amostraAmido resistenteProteína residualPrecipitação com etanolCorreção de mineraisFiltração e auxiliar de filtraçãoEnzimas
  36. 36. Preparo da amostraLípides Tamanho de partículas Extração com 0,3 a 0,5 mm solventes (5 a 10%) < 1,0 mm Homogeneização Tempo de incubação Ação das enzimas Extração final com etanol e acetona
  37. 37. Amido ResistenteTipo 1: Fisicamente ligado à matriz dosalimentosTipo 2: Nativo presente nos alimentos crusTipo 3: Formado nos alimentosprocessados – Amido RetrogradadoTipo 4: Quimicamente modificado
  38. 38. Amido ResistenteNão há solubilização total e hidrólise do ARA gelatinização do amido a quente napresença de enzima evita a formação de AR
  39. 39. Proteína ResidualNão há remoção completa da proteínaO fator de conversão (Nx6,25) é arbitrário.Ex: Concentrados e isolados de soja e a quitina(aminopolissacarídeos) de camarõesAlimentos de origem animal Proteína no resíduo
  40. 40. Precipitação com Etanol a 80%Não há precipitação de: Polímeros de GP abaixo de 10 unidades Ex: Inulina e oligofrutose Polímeros altamente ramificados. Ex: beterrabaCooprecipitação de reagentesEx: Tampão fosfatoCooprecipitação de ácidos orgânicosEx: Ácidos oxálico, cítrico e fítico
  41. 41. Correção de mineraisMinerais presentes nos alimentosassociados a fração fibraMinerais presentes no ácido fítico,oxálico e cítricoMinerais provenientes dos reagentes
  42. 42. Filtração e auxiliar de filtração Amostras viscosas (1,0 a 0,25 g) Celite 545 AW* Filtração mais rápida Perdas na filtração Celite CAFA ** Perdas mínimas Filtração mais lenta Lã de vidro Melhora a filtração Perdas mínimas Diferenças conforme a marca* AW= lavado com ácido** CAFA = Celite analytical filter aid
  43. 43. EnzimasTaninos reagem com enzimasEx: Taninos x proteínasTermamyl não degrada a FA Atua na temperatura de ebuliçãoAmiloglicosidases comerciais Presença de β-glicanases e xilanases
  44. 44. Métodos enzímico-químicos (Southgate, Uppsala e Englyst) Separação dos componentes da fibra Hidrólise dos polímeros Determinação Espectrofotometria Cromatografia (GC ou HPLC)NSP (non-starch polysaccharides) = polissacarídeosdiferentes de amido (Englyst et al., 1987)
  45. 45. Método de Southgate (Método Espectrofométrico) Amostra ⇐ éterMetano ou acetona Açucares simples Amiloglicolidase Amido glicose H2O quente Pectinas e hemicelulose solúveis em H2O (hexoses, pentoses e ác. úrônicos) H2SO4 1 N Hemicelulose insolúveis em H2O H2SO4 72% Celulose Glicose com traços de outros açucares Resíduo Lignina
  46. 46. Método Uppsala (Theander e col., 1990) ⊗ 250 a 500 mg (lipídeos < 5%) H2SO4 12,0 M (1 h/ 30 oC) H2SO4 0,4 M (1h/ 125 oC) Remoção do amido Termamyl 1 h/ BM ebulição Açucares neutros Tampão acetato 0,05 M/pH 5,0 Acetato de alditol* CG Amiloglicolidase 16h/ 60 oC Ácidos urônicos DimetilfenolPrecipitação da fibra solúvel Espectrofotometria Etanol 80% 1h/ 4 oC Lignina de Klason Gravimetria ⊗ * Redução: Boridreto de sódio. Acetilação: 1 metilimidazol / anidrido acético
  47. 47. Método de Englyst (Englyst e Cumming 1990) ⊗ 50 a 300 mg Remoção do amido H2SO4 12 M (1h/ 35 oC) DMSO H2SO4 2 M (1h/ 100 oC) 30min/ BM ebulição Termamyl 10 min / BM ebulição Açucares neutros Pancreatina e Pullulanase Acetato de alditol Tampão acetato 0,08 M/pH 5,2 CG30min / 50 oC + 10min / BM ebulição Ácidos urônicosPrecipitação fibra solúvel* 3,5-dimetilfenol Etanol 80% Espectrofotometria 30min / banho de gelo Lignina (não é determinada) ⊗* Para analisar só fibra insolúvel substituir essa etapa por 100 oC/ 30min/ pH 7,0 FAS=FAT-FAI
  48. 48. AOAC x Uppsala x EnglystAOAC e Uppsala Polissacarídeos diferentes de amido (NSP) Amido resistente (parte) LigninaEnglyst Polissacarídeos diferentes de amido (NSP)
  49. 49. Fibra dos alimentos em diferentes sistemas analíticos (% base seca) Métodos analíticos Alimento Fibra bruta NDF Fibra Alimentar Trigo integral 2,9 8,5 11,8 Farinha de centeio integral 2,2 23,0 Batata inglesa 1,9 10,8 11,0 Farinha de mandioca 2,0 6,3 Feijão carioca 4,9 19,3 Alface 13,7 14,1 33,1 Couve 6,9 16,0 32,6 Couve-flor 9,4 14,0 27,0 Repolho 11,6 12,1 27,2 Tomate 9,7 17,6 22,1 Pepino 8,7 16,0 28,5 Beterraba 8,2 8,8 15,9 Cebola 6,7 4,9 15,5 Cenoura 8,5 10,1 23,9 Maçã 4,4 16,5 13,8 Método enzímico-gravimétrico Método de Englyst (NSP)

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