Cinética de adsorção de água de farinhas mistas pregelatinizadas de sorgo e arroz por extrusão termoplástica

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1 Cinética de adsorção de água de farinhas mistas pregelatinizadas de sorgo e arroz por extrusão termoplástica Anália Andressa Rodrigues dos Santos 1, Diego Palmiro Ramirez Ascheri 2 1 (IC) UEG Câmpus de Ciências Exatas e Tecnológicas Henrique Santillo. analiaandressa3@hotmail.com 2 (PQ) UEG Câmpus de Ciências Exatas e Tecnológicas Henrique Santillo, Anápolis-GO. Resumo Este estudo teve como objetivo monitorar a cinética de adsorção de água de farinhas mistas pregelatinizadas de sorgo e arroz, por extrusão termoplástica, por meio da determinação das isotermas de adsorção em atividades de água que variarão de 0,11 a 0,99, em temperaturas de 30 a 50 C. A massa inicial das amostras foi aproximadamente de 0,5 g, com 1% de umidade em base seca. As soluções salinas saturadas foram colocadas em frascos de vidro que quando fechados hermeticamente que gera ambientes com diferentes valores de atividade de água em função do tempo de adsorção de água que foi registrado em cada solução salina e em diferentes temperaturas. O modelo matemático que representou adequadamente as isotermas de adsorção de farinhas mistas, e ao mesmo tempo, que explicou e quantificou o efeito da temperatura e o fenômeno de adsorção foi a Equação de Peleg (1993) que e frequentemente utilizado devido relacionar as energias de interação entre a monocamada e as camadas múltiplas em função da temperatura de um determinado sítio de adsorção de água. O perfil das isotermas aumenta com o aumento das atividades de água conferindo a este uma estrutura sigmoidal do tipo II. Palavras-chave: cinética de adsorção. farinhas mistas pregelatinizadas.extrusão termoplástica.isotermas. Introdução A maior parte da quirera de arroz não é aproveitada na dieta humana, é subempregada e destinada à alimentação animal (LIMA; ASCHERI; BASTOS, 2012). Entretanto, este subproduto pode ser utilizado na alimentação por conter mesma composição centesimal média do grão inteiro (SILVA, 2010). Pode se transformar em um produto não alergênico, não tóxico para portadores de doença celíaca, usado como substituto do trigo na elaboração de produtos sem glúten (HEISLER et al., 2008). O sorgo também não é incluído na dieta dos Brasileiros, sendo somente utilizado na alimentação animal. Entretanto, por ser um grão com constituintes semelhantes ao do milho (MARÍNEZ; PAU, 1992) pode ser aproveitado como farinhas pregelatinizadas aplicando processos de extrusão. Durante a extrusão, o sorgo e a quirera sobrem modificações, convertendo-se em alimentos com alta

2 digestibilidade, promovendo a gelatinização do amido, a desnaturação e reorientação das proteínas para formar um produto de características físicas e geométricas pré-determinadas. Além disso, proporcionará a hidratação de amidos e proteínas, homogeneização, cisalhamento, plastificação e expansão do produto extrudado (SANTOS et al., 2010). Devido às modificações que podem sofrer as misturas de sorgo e quirera durante a extrusão, a monitoração da cinética de adsorção de água é importante. Ele permitem definir limites de hidratação e desidratação do produto, estimar as mudanças de umidade sob determinada condição de temperatura e umidade relativa e o tempo de adsorção (ASCHERI et al., 2006). Material e Métodos O experimento foi conduzido no Laboratório de Química do Campus Anápolis de Ciências Exatas e Tecnológicas Henrique Santillo (Anápolis-GO, Brasil). Os grãos integrais de sorgo (Sorghum bicolor L. Moench), cultivar BRS310 foram fornecidos por EMBRAPA Milho e Sorgo (Sete Lagoas / MG). As amostras foram armazenadas em sacos. O arroz foi adquirido em um dos estabelecimentos comerciais da cidade de Anápolis (GO), desidratado com estufa de circulação e renovação de ar (Marconi, MA 0,35, Piracicaba, Brasil) a 50 C até alcançar aproximadamente 10% de umidade. O arroz desidratado foi moído e peneirado até alcançar partículas de tamanho inferior de 300 μm. A farinha obtida foi acondicionada em sacola de polietileno até posterior utilização. Para o estudo das características de adsorção de água do extrudado da mistura de farinhas de arroz e sorgo, os grãos foram moídos. A mistura das farinhas de sorgo e arroz foi realizada em sacolas de polietileno de alta densidade. Após a moagem, a farinha obtida foi acondicionada em sacos plásticos que foram devidamente etiquetadas e armazenados à temperatura ambiente. O processo de adsorção foi calculado usando o método gravimétrico estático de acordo com o Projeto COST 90 modificado por Ascheri et al. (2003). As soluções salinas saturadas foram colocadas em frascos de vidro que quando fechados hermeticamente geram ambientes com diferentes valores de atividade de água (A w ) (Tabela 1), variando de 0,11-0,97, em temperatura de 30 a 50 C.

3 TABELA 1 - Atividades de água de distintos sais a várias temperaturas. Sal Atividade de Água (A w ) 30 C 40 C 50 C LiCl 0,11 0,11 0,11 KC 2 COOH 0,22 0,2 0,19 MgCl 2 0,32 0,32 0,31 KI 0,43 0,43 0,43 NaCl 0,68 0,66 0,65 (NH 3 ) 2 SO 4 0,81 0,8 0,79 KCl 0,84 0,82 0,81 K 2 SO 4 0,97 0,96 0,96 A massa inicial das amostras foi aproximadamente de 0,5 g, com 1% de umidade em base seca. Durante o processo de adsorção, a massa das amostras foi pesada a cada 30 min ou mais, até não haver variação na massa, ou seja, quando três ou mais valores são semelhantes. O teor de água das amostras (X e,t, em % base seca) de um determinado tempo de adsorção foi calculado. Foi usado 5 modelos matemáticos, o Oswin (CHIRIFE; IGLESIAS, 1978), Smith (LABUZA et al., 1985), Peleg (1993) e GAB (KAPSALIS, 1986) que se aplicam para estimar a umidade de equilíbrio em função da atividade de água. Os dados de X e,t utilizados para estimar a umidade de equilíbrio em função da atividade de água foram aqueles calculados pela média aritmética de três ou mais valores de X e,t. O delineamento experimental de adsorção de água foi inteiramente casualizado, com três repetições. As variáveis independentes foram atividade de água e o tempo de adsorção, já as variáveis de resposta foram o teor de água de equilíbrio (X e,t ). Estatisticamente foram analisados os modelos matemáticos de Oswin, Smith, Peleg (1993) e GAB (Equações de 2 a 5, respectivamente, conforme mostrado na Tabela 3), para os dados experimentais de teor de água de equilíbrio em função da atividade de água, utilizadas em diferentes temperaturas, aplicou-se a análise de variância para regressão não linear a 5% de probabilidade (ELIAN, 1988) e os testes estatísticos de erro médio relativo [P(%)] e o erro padrão estimado (SE), ao mesmo nível de probabilidade anterior.

4 A confirmação de linearidade do modelo de Peleg (1988) foi realizada utilizando análise de variância para regressão linear a 5% de probabilidade, resolvido pelo método dos mínimos quadrados (MONTGOMERY; RUNGER, 2003). Resultados e Discussão Os dados experimentais de umidade de equilíbrio da farinha mista de quirera de arroz e sorgo em função do tempo de adsorção de água registrado em cada solução salina e em diferentes temperaturas estão representados em forma de gráficos. Notando um aumento na umidade de equilíbrio nas duas primeiras horas de processo e logo depois uma ligeira queda da mesma com o aumento do tempo até atingir um patamar, indicando que o teor de água contido nas farinhas alcançou o equilíbrio dinâmico em cada condição de adsorção estabelecida, isto é, quando uma molécula de água é adsorvida pela farinha e a outra está se evaporando. Baucour e Daudin (2000) e Kulchan et al. (2010) explicam que em atividades de água superiores a 0,90 a transferência de massa é muito lenta, por isso é dificil de alcançar o equilibrio na A w 0,9. Neste caso, a proporção de arroz utilizada na preparação de farinhas pregelatinizadas deve ser maior, devidosua maior quantidade de amido e por ser um cereal mais higroscópico do que o sorgo, acarretando uma adsorção de água de forma mais rápida atingindo o equilíbrio dinâmico. Os dados experimentais de umidade de equilíbrio em função da atividade de água para as temperaturas de adsorção estudadas, observando isotermas que apresentam forma sigmoidal do tipo II, segundo a classificação da International Union of Pure and Applied of Chemistry (1985), típicas de superfícies hidrofílicas, tais como farinhas de arroz pregelatinizadas por extrusão termoplástica (ASCHERI et al., 2003), entre outros. Os parâmetros dos modelos matemáticos para estimar a umidade de equilíbrio de farinha extrudada de quirera de arroz e sorgo foram verificadas através do teste F onde verificou que a regressão não-linear contribuiu significativamente para ajustar todos os modelos (Oswin, Smith, Peleg (1993) e GAB) e aos dados experimentais de X e, t. A confiabilidade da Equação dos modelos foi alta em todas as isotermas, sendo que, o limite de confiança foi superior a 99% (valor de p<0,01). Os valores dos coeficientes de determinação e dos erros padrão da estimativa de cada regressão

5 não-linear apresentam os valores de P(%) menores que 8,8 e SE menores que 2,6, uma vez que de acordo com Lomauro et al. (1985), um modelo matemático preditivo deve possuir valores de P(%) menores de 10%. Entretanto, o modelo de Peleg (1993) seguido pelo de GAB se destaca apresentando melhor ajuste aos dados experimentais, menores valores de P(%) e SE, comparados aos demais modelos. Ao escolher um modelo matemático que represente adequadamente as isotermas de adsorção de farinhas mistas pregelatinizadas de quirera de arroz e sorgo e, ao mesmo tempo, que explique e quantifique o efeito da temperatura e o fenômeno de adsorção, escolheu-se a Equação de Peleg (1993) devido apresentar melhores ajustes. O modelo é frequentemente utilizado devido relacionar as energias de interação entre a monocamada e as camadas múltiplas em função da temperatura de um determinado sítio de adsorção de água. Considerações Finais Nas condições operacionais do processo de extrusão utilizadas no presente trabalho, se elaborou um tipo de farinha mistas pregelatinizadas de quirera de arroz e sorgo com características de adsorção de água diferenciadas segundo os parâmetros de adsorção de água submetida. Os modelos matemáticos de Oswin, Smith, Peleg (1993), Peleg (1988) e GAB se adequam satisfatoriamente as isotermas de adsorção de farinhas mistas pregelatinizadas de quirera de arroz e sorgo na faixa de temperatura de 30 a 50 C, e atividade de água entre 0,11 e 0,97, apresentando valores de coeficientes de determinação próximos a 1. Entre os modelos testados, o modelo Peleg (1993) se adequa melhor aos resultados de adsorção da farinha extrudada. O perfil das isotermas aumenta com o aumento das atividades de água conferindo a este uma estrutura sigmoidal do tipo II. Agradecimentos Agradecemos pelo suporte financeiro à FAPEG, Capes, CNPq, ao Programa de Concessão de Bolsa de Incentivo ao Pesquisador da Universidade Estadual de Goiás (BIP) e à Universidade estadual de Goiás pelo suporte técnico. Referências ASCHERI, D. P. R.; ANDRADE, C. T.; CARVALHO, C. W. P.; ASCHERI, J. L. R. Efeito da extrusão sobre a adsorção de água de farinhas mistas pré-gelatinizadas de

6 arroz e bagaço de jabuticaba. Ciência e Tecnologia Alimentos, Campinas, v. 26, n. 2, p , ASCHERI, D. P. R.; BASTOS, S. M. C. Propiedades de adsorción de agua de dos genotipos de arroz rojo. Revista Engenharia Agrícola, Jaboticabal, v. 35, n. 1, p , ASCHERI, D. P. R.; NASCIMENTO, G. C.; ASCHERI, J. L. R. Características de adsorción de agua de la harina de arroz soluble a varias temperaturas. Alimentaria, Madrid, v. 40, n. 349, p , BAUCOUR, P. DAUDIN, J. D. Development of a new method for fast measurement of water sorption isotherms in the high humidity range: validation on gelatine gel. Journal of Food Engineering, v. 44, n. 2, p , CHIRIFE, J.; IGLESIAS, H. A. Equations for fitting water sorption isotherms of foods: Part 1 a review. Journal of Food Technology, v. 13, n. 3, p , ELIAN S. N. Análise de Regressão. São Paulo, Instituto de Matemática e Estatística. 232p GREENSPAN, L. Humidityfixed points ofbinarysaturatedaqueoussolutions. Journal of Research on the National Bureau of Stand, v. 81, n. 1, p , HEISLER, G. E. R.; ANTÔNIO; G. de A.; MOURA, R. S.; MENDONÇA, C. R. B.; GRANADA, G. G. Viabilidade da substituição da farinha de trigo pela farinha de arroz na merenda escolar. Alimentos e Nutrição, Araraquara, v. 19, n. 3, p , INTERNATIONAL UNION OF PURE AND APPLIED OF CHEMISTRY. Reporting physisorption data for gas/solid systems. Pure and Applied Chemistry, v. 57, n. 11, p , KAPSALIS, John G. Influences of hysteresis and temperature on moisture sorption isotherms. In: ROCKLAND, Louis B.; BEUCHAT, Larry R. Water activity: theory and applications to food. Marcel Dekker, New York. c. 9, p KULCHAN, R.; BOONSUPTHIP, W.; SUPPAKUL, P. Shelf life prediction of packaged cassava-flour-based baked product by using empirical models and activation energy

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8 TURHAN, M.; SAYAR, S.; GUNASEKARAN, S. Application of Peleg model to study water absorption in chickpea during soaking. Journal of Food Engineering, v. 53, n. 2, p , 2002.