Análise de Fibra Alimentar

Prof. Eduardo Purgatto

Depto. de Alimentos e Nutrição Experimental FCF –

USP

Curso de Graduação

Disciplina de Bromatologia Básica

2004

Análise de Fibra Alimentar

IntroduçãoOcorrênciaComponentes químicosDefiniçõesMétodos de Análise

Introdução

Hipocrates a 500 a.C. dietas com elevado conteúdo de fibra efeito laxativo benéficoFinal do século XIX e início XX processamento de alimentos fibras eram descartadasHoje em dia fibra interfere no funcionamento do sistema digestivo inclusive no IGHipsley (1953) propôs o termo “dietary fibre” (fibra da dieta ou alimentar).Cleave (1956) doenças do homem moderno ingestão de alimentos com baixo conteúdo de fibra Burkitt, Walker e Trowell (anos 70) estudos epidemiológicos e clínicos relação quantidade de fibra na dieta x doenças do homem moderno

Introdução (continuação)

A fibra alimentar da dieta pode:Controlar a motilidade gastrintestinalInterferir no metabolismo da glicose e dos lipídeosModular a atividade metabólica das bactérias intestinaisInfluenciar na concentração de componentes tóxicos no lúmen do cólonContribuir na manutenção do equilíbrio do ecossistema do intestino grossoContribuir para a integridade da mucosa intestinal

Existem porém ainda muitas controvérsias em relação a:definição componentes químicosmétodos de análisenecessidades diárias de ingestão efeitos fisiológicos rotulagem de alimentos processados

Introdução (continuação)

A fibra alimentar (FA) não é

uma única substância,

mas ela é

composta, principalmente, de polissaca-

rídeos

interligados entre si formando uma rede

tridimensional e com a presença de outras substâncias como proteínas de parede celular, lignina, compostos fenólicos, fitatos, oxalatos e outros

Ocorrência

Parede celularLamela médiaSecreções produzidas por injúriasTecidos de reservaTecidos que evitam a perda de água

Parede celular (esquematizada)

Parede celular (esquematizada)

Polissacarídeos da parede celular

Pectinas (verde) e Lignina (vermelho)

Microfibrilas de celulose

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 em todas as plantas comestíveis

Glc

β-glicanos Grãos (aveia, cevada e centeio) GlcHemicelulose Grãos de cereais e em uma boa parte das

plantas comestíveisXil, Man, Glc, Fuc, Ara, Gal,Agal, Aglc

Pectinas Frutas (maçã, limão, laranjas, pomelo), vegetais, legumes e batata

Ara, Gal, AGal, Fuc, Ram

Frutanos* Alcachofra, cevada, centeio, raiz de chicória, cebola, banana, alho, aspargo

Fru, Glc

Amido resistente (AR) Bananas verdes, batata (cozida/ resfriada), produtos de amido processado

Glc

Quitina (quitosanas) Fungos, leveduras, exoesqueleto de camarão, lagosta e caranguejo

Glc-amina, Gal-amina

Rafinose, 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)

Tabela 1b-

Fontes de Fibra Alimentar Produzidas Industrialmente

Tipos de Fibras Obenção dos Produtos Principais MonossacarídeosFOS (Frutooligosssacarídeos Síntese enzimática a partir da Sacarose

Hidrólise enzimática da inulina

da raiz do almeirão

Fru, Glc

Trans-Galactooligossacarídeos Síntese enzimática a partir da lactose Gal, GlcGoma de Guar

Modificada (PHGG)

Hidrólise enzimática dos galactomananos

da goma de guar Gal, Man

Polidextrose

(PDX) Polimerização da glicose a quente na presença de vácuo, sorbitol

e ácido cítrico Glc

Maltodextrina

Resistente (MDR)

Hidrólise ácida do amido de milho seguida de hidrólise enzimática

Glc

Fru=frutose, Gal=galactose, Glc=glicose, Gal=galactose, Man=manose

Características Estruturais de Cadeias de Celulose

β-glicanos

Hemiceluloses: Xiloglicanos

Hemiceluloses: Arabinoxilanos

Pectinas (1)

A

AA

B

Pectinas (2)

A

B

Ligninas

Conceito Fisiológico

Compostos não digeridos pelas enzimasdigestivas de humanos

Polissacarídeos

CeluloseHemiceluloseβ-GlicanosSubstâncias Pécticas

Lignina

Outros compostos

Outros Compostos

ProteínasCompostos inorgânicosOxalatosFitatosSubstâncias fenólicasCarboidratosEx: lactulose, lactose e rafinoseProdutos formados durante processamentoEx: compostos de Maillard e amido retrogradadoAditivos alimentaresEx: amido modificado e metilceluloseInulina e oligofrutoseQuitosanas

Molécula de Inulina

Molécula de Quitina

Conceito Químico

Polissacarídeos

Lignina

CeluloseHemiceluloseβ-GlicanosSubstâncias Pécticas

Em alguns casos

Classificação

Solubilidade na água / Função na célula

Insolúvel / Estruturalcelulosehemicelulosepectinaslignina

Solúvel / Não estruturalpectinasβ-glicanosgomasmucilagensexsudatoshemiceluloses solúveis

Definições

American Association of Cereal Chemists (AACC) – 2000 “a fibra alimentar é a parte comestível das plantas ou carboidratos análogos que são resistentes àdigestão e absorção no intestino delgado de humanos com fermentação completa ou parcial no intestino grosso. A fibra alimentar inclui polissacarídeos, oligossacarídeos, lignina, e substâncias associadas àplanta. A fibra alimentar promove efeitos fisiológicos benéficos, incluindo laxação, e/ou atenuação do colesterol do sangue e/ou atenuação da glicose do sangue”

Definições (continuação)

FA Alimentos Funcionais interfere em uma ou mais funções do corpo “um alimento pode ser considerado funcional se for demonstrado de maneira satisfatória que possa agir de forma benéfica em um ou 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)

Definições (continuação)

Alguns componentes da FA estimulam o crescimento de bactérias benéficas Prebióticos (bifidobactériase lactobacilos) “são ingredientes alimentares que não são digeridos e que afetam de maneira benéfica o hospedeiro por estimular seletivamente o crescimento e/ou a atividade de uma ou de um número limitado de bactérias do colón”

Métodos Analíticos para Determinar a Fibra Alimentar

GravimétricosEnzímico-gravimétricosEnzímico-químicos

Enzímico-químicos por espectrofotometriaEnzímico-químicos pro cromatografia a gás (CG)Enzímico-químicos por cromatografia líquida de alta eficiência (CLAE)

Gravimétricos

Fibra 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%)

FiltraçãoDeterminação

Pesagem dos resíduos insolúveis

Limitações: Perda de 20 a 50% de celuloses

50 a 90% de lignina100 % de pectinas±

75% de hemicelulose

Detergente Ácido (ADF) e Detergente Neutro (NDF e NDF-M)

(Van Soest modificado)

Extração a quente com soluções detergentesTratamento com α-amilase / TermamylFiltraçãoDeterminação

Pesagem dos resíduos insolúveis

Analisa:Celulose, hemicelulose insolúvel e lignina → NDFCelulose e lignina → ADF

Limitações:Não determina → Fibras solúveisPerde uma parte da hemicelulose insolúvelNão solubiliza a proteína totalmente (Ex: isolado de soja)Amido não é totalmente removido mesmo na presença de enzimas (Ex: Leguminosas)

Enzímico-gravimétrico (Hellendoorn, Asp, Prosky, Schweizer

e Lee)

Hidrólise do amido e da proteína com enzimas (puras)Precipitação fibra solúvelSeparação das fibras por filtração ou diáliseDeterminação

Pesagem dos resíduos insolúveis (estufa a 105 oC)Determinação das cinzas (525 oC) e proteína (Nx6,25)

Analisa:Fibra totalFibra solúvelFibra insolúvel

Utilizados:Tabelas de composição de alimentosRotulagem de alimentos

Determinação da fibra alimentar pelos métodos enzímico-

gravimétricos (AOAC* e AACC)

50 mL Tampão Fosfato0,08 M / pH 6,0

α-amilase termoestável95-100 oC / 15 min

40 mLTampão MES−TRIS

0,05 M / pH 8,2

Amostra (1g)(Lípides < 10%)

10 mLNaOH 0,275 N

ProteasepH 7,5 / 60 oC

30 min

10 mL H2O(sem ajustar o pH)

10 mLHCl 0,325 N

AmiloglicosidasepH 4,5 /60 oC

30 min

5 mLHCl 0,561 N

AOAC 985.29 ou AACC 32-05Prosky, L. et al., 1988

AOAC 991.43 ou AACC 32-07Lee et al., 1992

A

*Association

of Official

Analytical

Chemists

Determinação da fibra alimentar pelos métodos enzímico-

gravimétricos (AOAC e AACC) (continuação)

Filtrar

Filtrado

Etanol 78%

Resíduo

Etanol 78%

Filtrar

Cinzas e Proteína(Descontar)

FAI

Resíduo

Cinzas e Proteína(Descontar)

FAS

Resíduo

Cinzas e Proteína(Descontar)

FAT

Pesar PesarPesar

Filtrar

A

Método enzímico-gravimétrico (Fonte de Erros)

Preparo da amostraAmido resistenteProteína residualPrecipitação com etanolCorreção de mineraisFiltração e auxiliar de filtraçãoEnzimas

Preparo da amostra

Tamanho de partículas0,3 a 0,5 mm< 1,0 mmTempo de incubação

LípidesExtração com solventes (5 a 10%)HomogeneizaçãoAção das enzimasExtração final com etanol e acetona

Amido Resistente

Tipo 1: Fisicamente ligado à matriz dos alimentosTipo 2: Nativo presente nos alimentos crusTipo 3: Formado nos alimentos processados – Amido RetrogradadoTipo 4: Quimicamente modificado

Amido Resistente

Não há solubilização total e hidrólise do ARA gelatinização do amido a quente na presença de enzima evita a formação de AR

Proteína Residual

Não há remoção completa da proteínaO fator de conversão (Nx6,25) é arbitrário.Ex: Concentrados e isolados de soja e a quitina(aminopolissacarídeos) de camarões

Alimentos de origem animalProteína no resíduo

Precipitação com Etanol a 80%

Não há precipitação de:Polímeros de GP abaixo de 10 unidadesEx: Inulina e oligofrutosePolímeros altamente ramificados. Ex: beterraba

Cooprecipitação de reagentesEx: Tampão fosfatoCooprecipitação de ácidos orgânicosEx: Ácidos oxálico, cítrico e fítico

Correção de minerais

Minerais presentes nos alimentos associados a fração fibraMinerais presentes no ácido fítico, oxálico e cítrico Minerais provenientes dos reagentes

Filtração e auxiliar de filtração

Amostras viscosas (1,0 a 0,25 g)Celite 545 AW*

Filtração mais rápidaPerdas na filtração

Celite CAFA * *

Perdas mínimasFiltração mais lenta

Lã de vidroMelhora a filtraçãoPerdas mínimasDiferenças conforme a marca

*

AW= lavado com ácido**

CAFA = Celite

analytical

filter

aid

Enzimas

Taninos reagem com enzimasEx: Taninos x proteínasTermamyl não degrada a FA

Atua na temperatura de ebulição

Amiloglicosidases comerciaisPresença de β-glicanases e xilanases

Métodos enzímico-químicos (Southgate, Uppsala

e Englyst)

Separação dos componentes da fibraHidrólise dos polímerosDeterminação

EspectrofotometriaCromatografia (GC ou HPLC)

NSP (non-starch

polysaccharides) = polissacarídeosdiferentes de amido (Englyst

et al., 1987)

Método de Southgate (Método Espectrofométrico)

Amostra

⇐ éter

Metano ou acetona Açucares simples

Amiloglicolidase Amido glicose

H2 O quente Pectinas e hemicelulose solúveis em H2 O (hexoses, pentoses e ác. úrônicos)

H2 SO4 1 N Hemicelulose insolúveis em H2 O

H2 SO4 72% Celulose Glicose com traços de outros açucares

Resíduo Lignina

Método Uppsala (Theander e col., 1990)

250 a 500 mg(lipídeos < 5%)

Remoção do amidoTermamyl

1 h/ BM ebuliçãoTampão acetato 0,05 M/pH 5,0

Amiloglicolidase16h/ 60 oC

Precipitação da fibra solúvelEtanol 80%

1h/ 4 oC

⊗

⊗

H2 SO4 12,0 M (1 h/ 30 oC)H2 SO4 0,4 M (1h/ 125 oC)

Açucares neutrosAcetato de alditol*

CG

Ácidos urônicosDimetilfenol

Espectrofotometria

Lignina de KlasonGravimetria

* Redução: Boridreto

de sódio. Acetilação: 1 metilimidazol

/ anidrido acético

Método de Englyst (Englyst e Cumming 1990)

50 a 300 mg

Remoção do amidoDMSO

30min/ BM ebuliçãoTermamyl

10 min / BM ebuliçãoPancreatina e Pullulanase

Tampão acetato 0,08 M/pH 5,230min / 50 oC + 10min / BM ebulição

Precipitação fibra solúvel*Etanol 80%

30min / banho de gelo

⊗

⊗

H2 SO4 12 M (1h/ 35 oC)H2 SO4 2 M (1h/ 100 oC)

Açucares neutrosAcetato de alditol

CG

Ácidos urônicos3,5-dimetilfenol

Espectrofotometria

Lignina(não é

determinada)

* Para analisar só

fibra insolúvel substituir essa etapa por 100 oC/ 30min/ pH 7,0

FAS=FAT-FAI

AOAC x Uppsala

x Englyst

AOAC e UppsalaPolissacarídeos diferentes de amido (NSP)Amido resistente (parte)Lignina

EnglystPolissacarídeos diferentes de amido (NSP)

Fibra dos alimentos em diferentes sistemas analíticos (% base seca)

AlimentoMétodos analíticos

Fibra bruta NDF Fibra AlimentarTrigo integral 2,9 8,5 11,8

Farinha de centeio integral 2,2 23,0Batata inglesa 1,9 10,8 11,0

Farinha de mandioca 2,0 6,3Feijão carioca 4,9 19,3

Alface 13,7 14,1 33,1Couve 6,9 16,0 32,6

Couve-flor 9,4 14,0 27,0Repolho 11,6 12,1 27,2Tomate 9,7 17,6 22,1Pepino 8,7 16,0 28,5

Beterraba 8,2 8,8 15,9Cebola 6,7 4,9 15,5

Cenoura 8,5 10,1 23,9Maçã 4,4 16,5 13,8

Método enzímico-gravimétricoMétodo de Englyst

(NSP)