PROPRIEDADES TERMOMECÂNICAS E DE PANIFICAÇÃO DE FARINHA DE TRIGO SUPLEMENTADA COM GLÚTEN VITAL

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1 PROPRIEDADES TERMOMECÂNICAS E DE PANIFICAÇÃO DE FARINHA DE TRIGO SUPLEMENTADA COM GLÚTEN VITAL F. Ortolan 1,2, K. Urbano 1 & C.J. Steel Departamento de Tecnologia de Alimentos Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia de Alimentos CEP Campinas SP Brasil, Telefone urbanokaroline@gmail.com, steel@unicamp.br 2 - Tecnologia em Agroindústria Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia Farroupilha Campus Alegrete CEP Alegrete RS Brasil, Telefone fernanda.ortolan@iffarroupilha.edu.br RESUMO O glúten vital (GV) é um ingrediente utilizado na indústria de panificação, devido às suas características viscoelásticas. O objetivo deste trabalho foi avaliar as características tecnológicas de GV de diferentes origens (GV1, GV2 e GV3), através de análises termomecânicas e de panificação, pela fortificação de farinha de trigo (FTC) com nível de 7 % de GV, avaliando também a qualidade dos pães elaborados durante a vida de prateleira. Verificou-se a contribuição do GV adicionado à FTC sobre a qualidade viscoelástica das massas, e também sobre a qualidade física dos pães, especialmente, reduzindo a firmeza. O aumento do volume específico (VE) do pão também foi observado, sendo que GV1 apresentou o maior VE. Pelos resultados obtidos, observou-se a existência de diferenças na qualidade dos GV comercializados no Brasil, e a necessidade de informações sobre a qualidade de suas proteínas para melhor adequação dos níveis a serem utilizados nas indústrias de panificação. ABSTRACT Vital wheat gluten (VG) is an ingredient used in the baking industry because of its viscoelastic properties. The objective of this study was to evaluate the technological characteristics of GV from different origins (VG1, VG2 and VG3), through technological analyses and baking tests, by wheat flour (WF) fortification with 7 % GV, evaluating bread quality during shelf life. It was verified that VG added contributed with an improvement of the dough viscoelasticity when compared with dough produced with WF, and also affected bread physical quality, especially by reducing crumb firmness. The increase in specific volume (SV) of breads was also observed, especially when VG1 was used. From the results, the existence of differences in the quality of VG marketed in Brazil and the need for information on its protein quality to ensure the best level to be used in baking industries were observed. PALAVRAS-CHAVE: glúten vital, qualidade tecnológica, proteínas KEYWORDS: vital wheat gluten, technological quality, proteins

2 1. INTRODUÇÃO O glúten vital de trigo é um concentrado proteico que é comumente utilizado na indústria de panificação, especialmente para a fortificação de farinhas de trigo que não atendem aos padrões de qualidade tecnológica para a elaboração de pães ou quando a farinha é diluída por outros componentes como fibras. No entanto, no mercado nacional, o glúten vital é comercializado com poucas especificações sobre o seu perfil de proteínas, que reflete na qualidade viscoelástica da rede de glúten que este produto irá formar ao ser hidratado e submetido ao trabalho mecânico durante a etapa de mistura no processo de elaboração de pães. As propriedades viscoelásticas do glúten estão relacionadas à quantidade e qualidade de suas proteínas. Estas propriedades influenciam a qualidade dos produtos de panificação, tais como, textura, formato e expansão (Delcour et al., 2012), avaliada pelo volume. A análise das características tecnológicas da massa também desempenha papel importante no controle de qualidade (Barak et al., 2014; Delcour et al., 2012) de moinhos e indústrias de panificação, e auxilia na definição dos ingredientes que serão utilizados na fabricação dos diversos produtos de panificação. Somada a estas análises, a capacidade do glúten vital de melhorar a performance em panificação quando uma farinha de qualidade inadequada para panificação é utilizada é, geralmente, avaliada pelo volume do pão e a estrutura do miolo (Delcour et al., 2012). A indústria de panificação requer maiores informações sobre os parâmetros tecnológicos do glúten vital que é utilizado na fabricação de diferentes produtos, para selecionar o tipo e o nível mais adequado de adição de glúten vital às suas farinhas (Esteller et al., 2005). Desta forma, o objetivo deste estudo foi caracterizar glútens vitais comerciais de diferentes origens através de análises termomecânicas e elaborar pães de forma a partir da fortificação de farinha de trigo com glúten vital, no nível de 7 %, realizando a avaliação dos pães durante a sua vida de prateleira, a fim de verificar a qualidade de diferentes glútens vitais comercializados no Brasil e auxiliar na especificação de seu uso. 2. MATERIAL E MÉTODOS 2.1 Material Para o desenvolvimento deste estudo foram utilizadas três amostras de glúten vital (GV) comercial, denominadas GV1, GV2 e GV3. A farinha de trigo refinada utilizada como controle (FTC) e para a elaboração de blends com 7 % de GV foi doada pelo Moinho Sul Mineiro (Varginha, MG, Brasil). O nível foi determinado através de pré-testes (dados não mostrados). 2.1 Métodos Propriedades termomecânicas: As propriedades termomecânicas da farinha fortificada com 7 % de GV1, GV2 e GV3, comparadas à FTC para panificação foi avaliada usando Mixolab (Chopin, Villeneuve-la-Garenne, França), de acordo com o método da AACCI (2010). Os parâmetros obtidos por este método foram: absorção de água (ABS, %), tempo de desenvolvimento da massa (TD, min) ou o tempo para alcançar o torque máximo (C1, Nm) em 30 C. Neste ponto, a massa está desenvolvida e pode resistir à deformação por certo tempo, o qual determina a estabilidade da massa (EST, min) (1 estágio). A deformação mecânica (mistura) e aumento de temperatura (2 estágio) simultânea reduz o torque, até um valor mínimo (C2) que poderia estar relacionado ao início da desestabilização da estrutura proteica ou enfraquecimento da proteína. Com o aumento da temperatura,

3 começa a ocorrer o processo de gelatinização do amido (3 estágio), com aumento concomitante do torque até um novo valor máximo (C3). Uma redução na viscosidade é observada no 4 estágio, derivado da quebra física dos grânulos de amido intumescidos e da a ação das enzimas amilolíticas, levando a um valor de torque mínimo (C4). A redução da temperatura produz um ganho na consistência da massa (5 estágio), resultando em um novo valor de torque máximo (C5). A análise foi realizada em triplicata. Teste de panificação: os pães de forma foram elaborados com base na formulação utilizada por Schmiele et al. (2012), com modificações: farinha de trigo controle ou farinha de trigo fortificada com glúten vital (100 %); água (quantidade definida pela absorção da farinha em Mixolab ); fermento biológico instantâneo (1,3 %); cloreto de sódio (1,5 %); sacarose (4 %); gordura vegetal (4 %); e propionato de cálcio (0,2 %) (em base farinha). Os pães foram feitos sem a adição de aditivos ou coadjuvantes, a fim de observar apenas a contribuição do glúten vital. Os pães de forma foram caracterizados nos dias 1 e 4 (não foram utilizados mais dias de análise, pois os pães apresentaram deterioração por fungos aos 9 dias de armazenamento), através das seguintes análises: volume específico (VE) determinado pelo método n da AACCI (2010), e expresso em ml/g; e firmeza do miolo dos pães avaliada pelo método n da AACCI (2010), em um texturômetro universal TA-XT2i (SMS - Stable Micro Systems, Surrey, UK). Análise estatística dos dados: os dados foram submetidos à análise de variância com nível de significância de 95%, e a análise de comparação de médias foi realizada pelo teste de Tukey, utilizando o programa Statistica 7.0 (StatSoft. Inc., Tulsa, Estados Unidos). 3. RESULTADOS E DISCUSSÃO Na Tabela 1, estão apresentados os todos os resultados obtidos nas diferentes análises realizadas para a determinação da qualidade dos glútens vitais de diferentes origens. Os resultados serão discutidos dentro de tópicos específicos descritos a seguir. Tabela 1 Características de qualidade dos glútens vitais e da farinha de trigo fortificada com 7 % de glúten vital Farinha de trigo fortificada com 7 % de glúten FTC vital GV1 GV2 GV3 Absorção de água (g/ 100 g) 55,00 ± 0,00 c 57,80 ± 0,00 b 57,80 ± 0,42 b 59,70 ± 0,00 a Tempo de desenvolvimento (min) 6,77 ± 0,23 b 7,29 ± 0,53 ab 7,80 ± 0,35 a 6,51 ± 0,19 b Estabilidade (min) 10,27 ± 031 b 11,35 ± 0,65 a 11,55 ± 0,17 a 11,74 ± 0,09 a Torque em C2 (N) 0,50 ± 0,02 c 0,66 ± 0,01 a 0,63 ± 0,03 ab 0,61 ± 0,00 b Torque em C3 (N) 1,86 ± 0,03 a 1,80 ± 0,01 b 1,80 ± 0,03 b 1,74 ± 0,01 c Torque em C4 (N) 1,73 ± 0,04 ns 1,68 ± 0,03 ns 1,64 ± 0,05 ns 1,66 ± 0,01 ns Torque em C5 (N) 2,82 ± 0,08 b 3,44 ± 0,12 a 3,55 ± 0,06 a 3,35 ± 0,08 a Pães produzidos com farinha fortificada Volume específico (ml/g) 3,38 ± 0,04 d 4,48 ± 0,12 a 3,96 ± 0,06 b 3,70 ± 0,13 c Firmeza do miolo dia 1 (N) 5,47 ± 0,37 a 2,56 ± 0,20 c 3,40 ± 0,12 b 2,78 ± 0,22 c Firmeza do miolo dia 4 (N) 8,23 ± 0,81 a 4,18 ± 0,32 b 4,49 ± 0,24 b 4,41 ± 0,35 b Firmeza do miolo dia 9* (N) *A firmeza do miolo do pão no dia 9 de armazenamento não foi determinada porque todos os pães estavam contaminados com fungos.

4 3.1. Propriedades termomecânicas A análise das propriedades termomecânicas foi realizada através do Mixolab que permitiu avaliar a qualidade da rede proteica e das propriedades de pasta de uma massa quando aquecida e resfriada (Gil-Humanes et al., 2012; Rosell et al., 2010). A curva obtida, geralmente, é dividida em duas partes: a primeira parte se refere às propriedades da rede de glúten da massa durante a mistura (parâmetros: ABS, TD, EST, C1 e C2); a segunda parte está relacionada com as propriedades do amido e representa a viscosidade da massa sob mistura e aquecimento concomitantes (C3, C4 e C5). De modo geral, verificou-se aumento da absorção de água (Tabela 1) para as farinhas fortificadas com GV em comparação à FTC, em especial com GV3. Além disso, a massa obtida de GV2 apresentou maior TD que as massas obtidas de GV3 e FTC, e igual valor à massa de GV1; para EST, todas as massas obtidas da fortificação da FTC apresentaram aumento de estabilidade da rede proteica formada frente à mistura. Para C2, o menor valor encontrado foi para a massa de FTC. Avaliando a primeira parte dos resultados obtida no Mixolab, percebeu-se que as massas obtidas da fortificação de FTC com 7 % de GV apresentaram melhores propriedades viscoelásticas, com aumento no TD, EST e C2, que se refere ao menor enfraquecimento da rede proteica com o overmixing. Segundo (Gil-Humanes et al., 2012), TD e EST estão relacionados à força da massa quando submetida ao processo de mistura. Avaliando a segunda parte dos resultados (C3, C4 e C5), relacionada às propriedades de pasta, verificou-se que, para C3, FTC apresentou o maior valor, seguido de GV1 e GV2 que foram semelhantes entre si, mas que apresentaram valores maiores que GV3. FTC, por conter maior quantidade de amido que as farinhas fortificadas com GV, apresentou maior viscosidade de pasta (C3), parâmetro relacionado à gelatinização do amido, processo em que os grânulos de amido absorvem água e intumescem, e moléculas de amilose são lixividas, aumentando a viscosidade do sistema (Debet e Gidley, 2006), portanto, aumentando o torque em C3. C4 não mostrou diferenças entre os GV avaliados, ou seja, as amostras apresentaram a mesma quebra de viscosidade durante o aquecimento e agitação, indicando que a adição de GV não influenciou na atividade enzimática das farinhas fortificadas e na susceptibilidade dos grânulos de amido frente à atividade amilolítica. C5 foi maior para todas as massas obtidas da fortificação dos GV de diferentes origens, indicando que a adição de GV aumentou a consistência do gel, possivelmente pelo efeito da geleificação das proteínas, aumentando consequentemente o torque em C Teste de panificação e avaliação da qualidade dos pães de forma durante a estocagem Volume específico: todos os pães produzidos com a farinha de trigo fortificada com GV apresentaram VE maior que o pão controle. Esse aumento se deve ao aumento na incorporação de gliadinas e gluteninas à FTC, possibilitando a formação de uma rede de glúten melhor, que impediu a saída de gases oriundos do processo de fermentação (Dobraszczyk e Salmanowicz, 2008). Desta forma, maior volume específico foi alcançado quando ocorreu a adição suficiente de 7 % GV1. Os maiores volumes dos pães são alcançados para aquelas massas que apresentam um bom comportamento alveográfico (Marchetti et al., 2012), especialmente, com uma boa relação entre elasticidade (gluteninas) e extensibilidade (gliadinas) e força do glúten, mas também quando as massas apresentam maior tempo de desenvolvimento e estabilidade, medidas por equipamentos, como o farinógrafo e o Mixolab (Dhaka et al., 2012). Neste estudo, foi possível observar que as farinhas fortificadas com 7 % GV (GV1, GV2 e GV3) apresentaram melhores propriedades de mistura (medida no Mixolab ) que FTC, refletindo em aumento no VE dos pães, conforme apresentado na Figura 1.

5 Figura 1 Fatias dos pães de forma elaborados com a farinha de trigo controle (FTC) e com as farinhas de trigo fortificadas com 7 % de glúten vital de diferentes origens. Firmeza do miolo dos pães: a firmeza de pães (Tabela 2) está relacionada com a força aplicada para ocasionar deformação ou rompimento da amostra e pode ser correlacionada com a mastigação humana. A força máxima avaliada para produtos panificados depende da formulação (qualidade da farinha, quantidade de açúcares, gorduras, emulsificantes, enzimas, adição de glúten e melhoradores de farinha), umidade da massa e conservação (tempo de fabricação do produto e embalagem) (Esteller et al., 2005). Sendo assim, observando-se os valores encontrados (Tabela 2), temos que a firmeza dos pães no dia 4 são maiores do que no primeiro dia de avaliação, ou seja, a firmeza dos pães aumentou com o decorrer da vida de prateleira. Esse fato ocorreu devido ao processo de retrogradação da amilopectina presente no pão e pela migração da água do miolo para a casca do pão, processo que ocorre durante a estocagem deste produto. Por outro lado, foi possível observar que a firmeza do miolo dos pães foi reduzida com a adição de 7 % de GV na FTC. Inicialmente, GV1 e GV3 apresentaram menores valores de firmeza do miolo, porém com 4 dias de armazenamento, a firmeza dos pães com a adição de GV foi a mesma entre as amostras avaliadas. A menor firmeza do miolo dos pães com GV em comparação com FTC (tanto no dia de elaboração dos pães, quanto no período de estocagem dos pães) está associada à maior quantidade de proteínas incorporadas, levando à diminuição da quantidade de amido na mescla e ao aumento do volume dos pães. 4. CONCLUSÕES A partir dos dados obtidos, conclui-se que a adição de glúten vital à farinha de trigo para fabricação de pães de forma contribuiu com melhorias nos parâmetros tecnológicos das massas avaliadas. Pelos resultados do Mixolab relacionados à rede proteica, foram observados aumento na absorção de água, tempo de desenvolvimento da massa e estabilidade frente à mistura, indicando melhores propriedades termomecânicas da rede de glúten formada na massa quando GV foi utilizado. Quando os resultados relacionados à pasta de amido foram avaliados, verificou-se que a adição de GV pode alterar as propriedades de pasta do amido, com redução da viscosidade, caracterizado pela redução do torque em C3, porém com aumento da consistência do gel, observado pelo aumento do torque em C5. Já a atividade amilolítica e quebra não foram afetadas pelo GV. Com relação aos pães, foi observado que a adição de GV aumentou o volume específico do pão de forma e reduziu a firmeza do pão no momento de elaboração e após 4 dias de estocagem. GV1 mostrou-se melhor que GV2 e GV3 nesses parâmetros físicos avaliados. Pelos resultados obtidos neste estudo, verificou-se que existem diferenças na qualidade tecnológica dos glútens vitais de diferentes origens, influenciando na qualidade dos pães elaborados. Desta forma, podemos concluir que GV1, GV2 e GV3 podem ser utilizados na panificação, mas certificando-se antes em quais processos e produtos eles podem ser utilizados. Além disso, esses resultados mostram a necessidade de maiores informações sobre a qualidade dos glútens vitais comercializados no Brasil, para melhor definir seu uso pela indústria de panificação.

6 5. AGRADECIMENTOS As autoras agradecem ao CNPq pela concessão das bolsas de Iniciação Científica e de Doutorado para as autoras Karoline e Fernanda, respectivamente. 6. REFERÊNCIAS AACCI. American Association of Cereal Chemists International, Approved Methods of Analysis, 11th Ed. Method. AACCI International, St. Paul, MN, USA. Barak, S., Mudgil, D., & Khatkar, B. S. (2014). Influence of Gliadin and Glutenin Fractions on Rheological, Pasting, and Textural Properties of Dough. International Journal of Food Properties, 17(January 2015), Retrieved from Debet, M. R., & Gidley, M. J. (2006). Three classes of starch granule swelling : Influence of surface proteins and lipids. Carbohydrate Polymers, 64, Delcour, J. a, Joye, I. J., Pareyt, B., Wilderjans, E., Brijs, K., & Lagrain, B. (2012). Wheat gluten functionality as a quality determinant in cereal-based food products. Annual review of food science and technology, 3, Retrieved October 18, 2013, from Dhaka, V., Gulia, N., & Khatkar, B. S. (2012). Application of Mixolab to Assess the Bread Making Quality of Wheat Varieties. Open Access Scientific Reports, 1(3), 1 8. Dobraszczyk, B. J., & Salmanowicz, B. P. (2008). Comparison of predictions of baking volume using large deformation rheological properties. Journal of Cereal Science, 47(2), Retrieved September 6, 2013, from Esteller, M. S., Pitombo, R. N. M., & Lannes, S. C. S. (2005). Effect of freeze-dried gluten addition on texture of hamburger buns. Journal of Cereal Science, 41(1), Retrieved September 9, 2013, from Gil-Humanes, J., Pistón, F., Rosell, C. M., & Barro, F. (2012). Significant down-regulation of γ- gliadins has minor effect on gluten and starch properties of bread wheat. Journal of Cereal Science, 56(2), Elsevier Ltd. Retrieved September 9, 2013, from Marchetti, L., Cardós, M., Campaña, L., & Ferrero, C. (2012). Effect of glutens of different quality on dough characteristics and breadmaking performance. LWT - Food Science and Technology, 46(1), Elsevier Ltd. Retrieved September 9, 2013, from Miller, K. a., & Hoseney, R. C. (1999). Dynamic rheological properties of wheat starch-gluten doughs. Cereal Chemistry, 76(1), Rosell, C. M., Santos, E., & Collar, C. (2010). Physical characterization of fiber-enriched bread doughs by dual mixing and temperature constraint using the Mixolab. European Food Research and Technology, 231, Schmiele, M.; Jaekel, L. Z.; Patricio, S. M. C.; Steel, C. J., & Chang, Y. K. (2012). Rheological properties of wheat flour and quality characteristics of pan bread as modified by partial additions of wheat bran or whole grain wheat flour. International Journal of Food Science and Technology, 47, Weegels, P. L., Verhoek, J. A., Groot, A. M. G., & Hamer, R. J. (1994). Effects on gluten of heating at different moiture contents. I. Changes in funcional properties. Journal of Cereal Science, 19,