Agregação de valor de residuos de novos genótipos de batata-doce (Ipomoea batatas L. Lam) curadas

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Alimentos, Florianópolis, 2025.

A batata-doce [Ipomoea batatas (L.) Lam] é uma raiz tuberosa rica em vitaminas e minerais. A crescente busca por novas culturas alimentares para promover a diversidade e a segurança alimentar, por meio de cultivos sustentáveis, tornou a batata-doce um alimento de importância socioeconômica global. No Brasil, a produção representa menos de 1% da produção mundial, em parte devido à presença de cultivares suscetíveis a pragas e doenças. Novos genótipos estão sendo desenvolvidos por meio do melhoramento genético, visando aumentar a resistência das raízes e seu valor nutricional. Devido a danos na epiderme, as perdas pós-colheita durante o armazenamento chegam a 20-30%. A complexidade e a variabilidade do desenvolvimento das raízes dificultam a aplicação uniforme de tecnologias pós-colheita que possam aumentar sua vida util. O processo de cura é uma técnica utilizada para aumentar a resistência das raízes e é essencial para a cicatrização de feridas na epiderme. As raízes que não são aceitas comercialmente geram um desperdício significativo, mas esse material descartado tem grande potencial para a produção de subprodutos tal como extração de pigmentos, bioetanol e ração animal. O amido é o principal nutriente encontrado nas raízes, utilizado em uma ampla variedade de alimentos com a função de espessante e gelificante. No entanto, o uso direto do amido é limitado, exigindo alterações em seus grânulos para melhorar as propriedades físico-químicas. Este estudo teve como objetivo monitorar o comportamento biológico de três novos genótipos de batata-doce, modificados geneticamente, em relação ao tratamento de cura, caracterizando-os quanto suas propriedades físico-química, morfológica e mecânica, além de avaliar seu comportamento respiratório ao longo de quatro semanas. Adicionalmente foi realizado a modificação do amido das raízes residuais, com potencial para serem utilizadas como estabilizantes em emulsões. De modo geral, o tratamento de cura não promoveu diferenças significativas na umidade e firmeza das raízes durante o armazenamento. No entanto, houve um aumento significativo nos sólidos solúveis totais (SST) nas raízes curadas em comparação às raízes controle, dentre os quais a sacarose foi o açúcar predominante. O padrão respiratório foi diferente entre as batatas, cada genótipo demonstrou um padrão próprio devido ao seu metabolismo. O processo de cura contribuiu para o retardamento do aparecimento de brotos. A cor das raízes apresentou relação com os SST e a perda de betacaroteno. A atividade antioxidante não foi afetada pelo processo de cura, sendo que as batatas doces roxas curadas apresentaram maiores concentrações de antocianinas. Contudo, houve uma perda considerável de carotenoides nos genótipos LW-102 e LO-66 após a cura. Quanto aos amidos residuais, propriedades como cor, estrutura cristalina, solubilidade em água, propriedades de intumescimento e capacidade de absorção de óleo/água foram semelhantes às descritas na literatura para amidos isolados de fontes convencionais. O tratamento térmico a 90ºC, seguido de precipitação com etanol, resultou em grânulos de amido modificado, com superfícies rugosas e melhor capacidade de absorção de óleo ou água. Os grânulos de amido nativo não estabilizaram emulsões óleo-em-água, enquanto os amidos modificados conseguiram estabilizar esses sistemas, indicando seu potencial de aplicação como emulsificantes em emulsões do tipo Pickering.

Abstract: Sweet potato [Ipomoea batatas (L.) Lam] is a tuberous root rich in vitamins and minerals. The increasing search for new food crops to promote diversity and food security through sustainable farming has made sweet potato a food of global socioeconomic importance. In Brazil, production represents less than 1% of worldwide output, partly due to the presence of cultivars susceptible to pests and diseases. New genotypes are being developed through genetic improvement to enhance root resistance and nutritional value. Due to damage to the epidermis, post-harvest losses during storage can reach 20-30%. The complexity and variability of root development hinder the uniform application of post-harvest technologies that could extend their shelf life. Curing is a technique used to increase the resistance of roots and is essential for wound healing in the epidermis. Roots that are not commercially accepted generate significant waste, yet this discarded material has great potential for producing by-products such as pigment extraction, bioethanol, and animal feed. Starch is the main nutrient found in the roots and is used in a wide variety of foods as a thickening and gelling agent. However, the direct use of starch is limited, requiring modifications to its granules to enhance its physicochemical properties. This study aimed to monitor the biological behavior of three newly developed genetically modified sweet potato genotypes concerning curing treatment, characterizing them regarding their physicochemical, morphological, and mechanical properties, as well as evaluating their respiratory behavior over four weeks. Additionally, modifications to the starch of the residual roots were performed, with potential applications as stabilizers in emulsions. Overall, the curing treatment did not promote significant differences in moisture and firmness of the roots during storage. However, there was a significant increase in total soluble solids (TSS) in the cured roots compared to control roots, with sucrose being the predominant sugar. The respiratory pattern differed among the potatoes, with each genotype displaying its own metabolic pattern. The curing process contributed to delaying sprout emergence. The color of the roots was related to TSS and the loss of beta-carotene. The antioxidant activity was not affected by the curing process, with cured purple sweet potatoes exhibiting higher concentrations of anthocyanins. However, a considerable loss of carotenoids was observed in the LW-102 and LO-66 genotypes after curing. Regarding residual starches, properties such as color, crystalline structure, water solubility, swelling properties, and oil/water absorption capacity were similar to those described in the literature for starches isolated from conventional sources. Thermal treatment at 90°C followed by precipitation with ethanol resulted in modified starch granules with rough surfaces and improved oil or water absorption capacity. Native starch granules did not stabilize oil-in-water emulsions, whereas modified starches were able to stabilize these systems, indicating their potential application as emulsifiers in Pickering-type emulsions.