Pirenópolis Goiás Brasil

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1 ISOTERMAS DE ADSORÇÃO DE FARINHA EXTRUSADA DE SORGO Túlio Natalino Matos 1, Kari Katiele Souza Araúj 1, Vanesa Beny da Silva Xavier Reis 1, Zeuxis Rosa Evangelista 1, José Luís Ramírez Ascheri 2, Diego Palmiro Ramirez Ascheri 3 1 Mestrando do Curso de Pós-graduação Stricto Sensu em Engenharia Agrícola, Capes, UEG Câmpus de Ciências Exatas e Tecnológicas Henrique Santillo. tulio_mattos23@hotmail.com. 2 Pesquisador, Laboratório de Cereais, Embrapa Agroindústria de Alimentos, Guaratiba-RJ. 3 Prof. Pesquisador do curso de Mestrado de Engenharia Agrícola, UEG Câmpus de Ciências Exatas e Tecnológicas Henrique Santillo, Anápolis-GO. INTRODUÇÃO O sorgo é um cereal de grande importância econômica, pertencente à espécie Sorghum bicolor Moench, da família das gramíneas, e cultivado preferencialmente para a produção de grãos (SAWAZAKI, 1998). Este grão com origem provavelmente na África ou na Índia destaca-se como o quinto cereal de maior produção no mundo (FAOSTAT, 2010) e o quarto no rancking de produção brasileiro segundo o Instituto Brasileiro de Geografia e Estatística (IBGE, 2010). Por sua versatilidade e facilidade de produção, o sorgo tem sido utilizado como base alimentar de milhões de pessoas, principalmente na África e na Ásia chegando a suprir cerca de 70% da ingestão calórica diária (DICKO et al., 2006; TAYLOR et al., 2006). Tanto o sorgo como a quirera de arroz são desprovidos de glúten, que podem ser substitutos do milho, na confecção de bolos, biscoitos e massas em geral. Estas matérias-primas podem ser misturadas como farinhas e pregelatinizadas por extrusão para originar novos produtos alimentares isentos de glúten destinados a celíacos e público em geral.

2 O processo por extrusão permite misturar essas farinhas produzindo snacks, pellets e farinhas prégelatinizadas para adição em bolos, biscoitos, sopas e bebidas, com maior digestibilidade, alto valor nutritivo, com custo de matéria-prima e de produção relativamente reduzidos (SILVA, 2010). A extrusão termoplástica é um processo muito eficiente para gelatinizar o amido. Materiais amiláceos, como o arroz, têm elevado teor de amido e, quando extrusados, sofrem desordenação molecular e perda de cristalinidade em função das variáveis combinadas do processo de extrusão. Durante a extrusão a quente, os grânulos de amido absorvem água, incham e gelatinizam-se. Sua estrutura granular é rompida, dando lugar a uma massa viscosa e plástica (COSTA, 2004). Ferreira (1999) cita que, durante a extrusão, as proteínas nativas passam por uma total desagregação, com a fusão em uma suspensão homogênea que propicia a desnaturação, dissociação e formação de filamentos que se alinham no sentido do fluxo até a expulsão da máquina. Nas transformações químicas da desnaturação, as forças de estabilização das estruturas terciárias e quaternárias da proteína são enfraquecidas pela combinação da temperatura alta e da compressão dentro do extrusor. São rompidas ligações iônicas, dissulfeto, pontes de hidrogênio e interações fracas do tipo van der Waals. Com essa desnaturação surgem proteínas com diferentes pesos moleculares, bem como aminoácidos até então indisponíveis, podendo ocorrer reação com açúcares redutores e outros componentes (reação de Maillard). O estudo da atividade de água, segundo Iglesias e Chirife (1982), pode ser feito mediante a avaliação de isotermas, que consistem em curvas que descrevem a relação entre o conteúdo de umidade dos alimentos e a atividade de água (A w ) para temperatura e pressão constantes. Pena et al. (2000) relataram que as isotermas de sorção (adsorção e dessorção) de umidade tem aplicação na predição do tempo de secagem, da vida de prateleira, na determinação do tipo de embalagem e na caracterização do produto, inclusive quando o mesmo é constituído por componentes de atividade de água diferentes. Este trabalho foi realizado com o objetivo de determinar as isotermas de adsorção de água em função das propriedades de tempo, temperatura e atividade de água na obtenção de farinha extrusada de sorgo e quirera de arroz, utilizando-se o método gravimétrico estático com soluções saturadas de sais, na temperatura de 30 ºC.

3 MATERIAL E MÉTODOS O experimento foi conduzido no Laboratório de Secagem da Engenharia Agrícola UEG Campus Anápolis de Ciências Exatas e Tecnológicas Henrique Santillo (Anápolis GO, Brasil) e no Laboratório de extrusão da Embrapa Agroindústria de Alimentos (Rio de Janeiro - RJ, Brasil). Os grãos integrais de sorgo (Sorghum bicolor L. Moench), cultivar BRS310 foram fornecidos por EMBRAPA Milho e Sorgo (Sete Lagoas / MG). Os grãos foram moídos e a farinha foi embalada em sacos de polietileno e armazenado à temperatura ambiente (± 25 C) até posterior processamento de extrusão. A quirera de arroz foi adquirida em um dos supermercados da região de Anápolis com 14% de umidade inicial. Foi moída e embalada em sacos de polietileno e armazenado à temperatura ambiente (± 25 C) até posterior processamento de extrusão. A mistura das farinhas de sorgo e quirera foi realizada em sacos de polietileno de alta densidade. As farinhas foram misturadas em proporção de 18:82 9m/m) de sorgo/arroz, e adicionadas de 15,8% de água (em base à quantidade de mistura seca). O saco foi selado e a mistura foi homogeneizada manualmente e acondicionada a 10 C por 24 h para uma distribuição e absorção mais uniforme da água. Foi utilizada uma extrusora Clextral Evolum HT 25 (Firminy, França), equipado com parafuso sem fim dupla, quatro furos circulares 3,8 milímetros cada, operando com as seguintes condições: taxa de alimentação de 9 kg h -1, temperatura das 10 zonas de aquecimento iniciando com 30 C na zona de alimentação, seguido por temperaturas de 30, 60, 90, 100, 100, 120, 120, 150 e 150 C. A quantidade de água adicionada à farinha de sorgo e a rotação do parafuso variam de acordo com as amostras, sendo elas: amostra 1 (15,8 g por 100 g de matéria seca e rotação do parafuso de 359 rpm); amostra 2 (24,2 g por 100 g de matéria seca e rotação do parafuso de 359 rpm); amostra 3 (15,8 g por 100 g de matéria seca e rotação do parafuso de 641 rpm) e amostra 4 (24,2 g por 100 g de matéria seca e rotação do parafuso de 641 rpm). A desidratação do extrudado foi realizada em estufa a 60 C durante 4 h ou até o teor de água inferior a 4% em base úmida. Foi moído obtendo-se a farinha mista extrudada (FME).

4 O processo de adsorção foi calculado usando o método gravimétrico estático de acordo com o Projeto COST 90 modificado por Ascheri et al. (2003), em soluções salinas saturadas (Tabela 1) que variaram de 0,11-0,97, à 30 C. Tabela 1. Atividades de água (A w ) e respectivos sais saturados (Sal) utilizados para a determinação da umidade de equilíbrio ( X e, t ) da farinha mista extrudada de sorgo e quirera arroz. Sal A w Xe, t(%) LiCl 0,11 4,44 CH 3 COOK 0,22 7,19 MgCl 2 0,32 9,99 K 2 CO 3 0,43 9,39 KI 0,68 12,87 (NH 3 ) 2 SO 4 0,81 15,17 * Médias obtidas de três repetições. KCl 0,84 15,94 K 2 SO 4 0,97 19,32 A massa inicial da amostra foi aproximadamente de 0,5 g, com 1% de umidade em base seca. Durante o processo de adsorção, a massa das amostras foi pesada em balança semi-analítica (Gehaka, BG 400, Brasil) a cada meia hora até não haver alteração na massa, ou seja, quando três ou mais valores são semelhantes. A umidade das amostras (X e,t, em % base seca) de um determinado tempo de adsorção foi calculada com: X m m e i e,t 100 m (1) i t em que: m i - massa inicial da amostra seca (kg), m e - massa da amostra úmida por um determinado tempo de adsorção (kg), e t - tempo de adsorção. O modelo GAB (Eq. 2) se aplicou para estimar a umidade de equilíbrio em função da atividade de água. Os dados de Xe, t(%) utilizados para este fim foram àqueles calculados pela

5 média aritmética de três ou mais valores de X e,t semelhantes as observadas em patamar nas curvas da Figura 1A. As médias ( X ) se mostram na Tabela 1. e, t X e,t Xm C k Aw (1 K A ) (1 K A C k A ) (2) w w w O delineamento experimental foi inteiramente casualizado. As variáveis independentes foram atividade de água e tempo de adsorção e as variáveis de resposta foram X e,t e Xe, t(%). Para a análise do ajuste do modelo de GAB se aplicou análise de variância para regressão não linear a nível de 5 % de probabilidade, assim como também os testes estatísticos de erro relativo significativo [P(%)] e o erro padrão do estimado (SE), ao mesmo nível de probabilidade anterior. As análises de regressão e estatísticas foram realizadas com o programa Statistica a 8.0. RESULTADOS E DISCUSSÃO A Figura 1A representa as variações de teores de água da farinha extrudada em função do tempo, obtidas em diferentes tratamentos e atividades de água. Figura 1. A) Variação da umidade de equilíbrio (X e, t ) da farinha extrudada de sorgo e quirera de arroz em função do tempo de adsorção de água obtida a diferentes temperaturas e atividades de água. B) Isotermas de adsorção de água.

6 Observa-se que em cada valor de A w, os valores de X e,t apresentam mesmo perfil e evoluíram em função do tempo de adsorção. Inicialmente, X e,t aumenta rapidamente até alcançar um patamar em que a umidade atinge o equilíbrio. O tempo necessário para atingir esse equilíbrio varia de acordo com o valor de atividade de água. Botelho (2009) observou resultados semelhantes, porém, em processo de absorção de água para grãos de milho em diferentes temperaturas e níveis de danificação mecânica. De acordo com a Figura 1A e Tabela 1 observa-se que a umidade de equilíbrio foi aumentando de acordo com o valor de atividade de água ao qual foi exposta. Segundo Baucour e Daudin (2000) e confirmado por Kulchan et al. (2010) relatam que em atividades de águas elevadas, a transferência de massa é mais lenta, o que dificulta o alcance do equilíbrio em atividades de agua elevadas. As médias dos dados experimentais obtidos no equilíbrio também podem ser vistos na Figura 1B. A isoterma apresenta forma sigmoidal do tipo II segundo a classificação da International Union of Pure and Applied of Chemistry (IUPAC, 1985), típicas de superfícies hidrofílicas tais como, farinhas de arroz pregelatinizadas por extrusão (ASCHERI et al., 2003), microcápsulas de lactoferrina (MAIA et al., 2004), farinhas extrudadas de amaranto, arroz e milho (ASCHERI et al., 2005), amido de rizomas do lírio do brejo (ASCHERI et al., 2009), farinha crua e pregelatinizada de arroz (LIMA et al., 2012), arroz vermelho (ASCHERI et al., 2014). Pode verificar pelo teste F (734,47) que a regressão não linear contribuiu significativamente para o ajuste do modelo de GAB aos dados experimentais de X e, t. A confiabilidade da adequação foi elevada, sendo essa maior que 99% de confiança. Os valores de P(%) e de SE foram 5,15 e 0,69, indicando que o modelo matemático de GAB pode ser utilizado para predizer as isotermas de adsorção de água das farinhas mistas extrudadas de sorgo e quirera de arroz à temperatura de 30 C. CONCLUSÃO Nas condições operacionais do processo de extrusão utilizadas no presente trabalho produz farinhas mistas pregelatinizadas de sorgo e quirera de arroz com características de adsorção de água bem diferenciadas segundo a atividade de água submetida. O modelo de GAB apresentou resultados

7 satisfatórios para a predição das isotermas de adsorção de água das farinhas mistas extrusadas de sorgo e quirera de arroz na temperatura de 30 C e atividades de água entre 0,11 e 0,97. AGRADECIMENTOS Agradecemos pelo suporte financeiro à FAPEG, Capes, CNPq e ao Programa de Concessão de Bolsa de Incentivo ao Pesquisador da Universidade Estadual de Goiás (BIP) e à UEG e Embrapa Agroindústria Alimentos pelo apoio técnico. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS 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, v. 40, s/n, 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 , BOTELHO, F. M. Absorção de água por grãos de milho com diferentes níveis de danificação mecânica. 2009, 94 f. Dissertação (Mestrado em engenharia agrícola) Universidade Federal de Viçosa. Viçosa, COSTA, S. A. J. Efeito das características granulométricas do Grits na produção de snacks de milho solúvel por extrusão. 2004, 95 f. Tese (Mestrado) Instituto de Tecnologia. Curso de Pós- Graduação em Ciência e Tecnologia de Alimentos, Universidade Federal Rural do Rio de Janeiro, DICKO, M. H.; GRUPPEN, H.; TRAORÉ, A. S.; VORAGEN,A. G. J.; BERKEL, W. J. H. Sorghum grain as human food in Africa: relevance of content of starch and amylase activities. African Journal of Biotechnology, v. 5, n. 5, p , 2006.

8 FAOSTAT. Food and Agriculture Organization of the united nations FAO Disponível em: Acesso em: 27 nov FERREIRA, T. A. P. C. Avaliação nutricional do amaranto (Amaranthus caudatus L.) extrusado em diferentes condições de umidade f. Tese (Doutorado) Faculdade de Ciências Farmacêuticas, Universidade de São Paulo, IBGE. Grupo de Coordenação de Estatísticas Agropecuárias - GCEA/IBGE, DPE, COAGRO Levantamento Sistemático da Produção Agrícola, Janeiro Disponível em: Acesso em: 27 nov IGLESIAS, H. A; CHIRIFE J. Handbook of food isotherms: water sorption parameters for food components. 1ed. New York: Academic Press. 374 p KULCHAN, R.; BOONSUPTHIP. W.; SUPPAKUL, P. Shelf life prediction of packaged cassavaflour-based baked product by using empirical models and activation energy for water vapor permeability of polyolefin films. Journal of Food Engineering, v. 100, n. 3, p , PENA, R. S.; RIBEIRO, C. C.; GRANDI, J. G. Aplicação de modelos matemático bi e triparamétricos na predição das isotermas de adsorção de umidade de guaraná (Paullinia cupuna) em pó. Ciência e Tecnologia de Alimentos, v. 20, n. 1, p. 8-11, SAWAZAKI, E. Sorgo forrageiro ou misto, sorgo granífero, sorgo vassoura Sorghum bicolor Moench. In: FAHL, J. I. et al. (eds). Instruções agrícolas para as principais culturas econômicas. 6 ed. Campinas: IAC, p

9 SILVA, E. M. M. Desenvolvimento e caracterização físico química de extrudados de milho e feijão. 2010, 230 f. Tese (Doutorado) - Curso de Pós-Graduação em Ciência e Tecnologia de Alimentos, Universidade Federal Rural do Rio de Janeiro, TAYLOR, J. R. N.; SCHOBER, T. J.; BEAN, S. R. Novel food and non-food uses for sorghum and millets. Journal of Cereal Science, v. 44, n. 3, p , 2006.