Extração da fécula retida no resíduo fibroso do processo de produção de fécula de mandioca 1

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1 Extração da fécula retida no resíduo fibroso do processo de produção de fécula de mandioca 1 Magali LEONEL 2,*, Marney Pascoli CEREDA 3 RESUMO A melhoria do processo de extração da fécula de mandioca é um problema bastante discutido entre industriais e pesquisadores. Atualmente, para cada tonelada de raiz de mandioca processada obtêm-se por volta de 250kg de fécula e perde-se no resíduo fibroso cerca de 140kg de fécula que não foi extraída no processamento. Neste trabalho objetivou-se analisar o efeito de uma segunda extração em paralelo e o uso de soluções auxiliares na extração da fécula retida no resíduo fibroso (farelo), visando a melhoria no rendimento industrial. Foram avaliados quatro tratamentos utilizando-se: água (T1), solução de NaOH 0,2% (T2), solução água-álcool 10%v/v (T3) e solução água- Tween 80 0,002% (T4). A partir dos resultados obtidos foi possível concluir que a adição de soluções auxiliares não promoveu diferença significativa (p< 0,05) de extração em relação à água (T1), e que uma nova extração da fécula retida no farelo possibilitaria uma redução de cerca de 20% no

2 teor de amido do farelo, o qual não é extraído no processo convencional. Palavras-chave: amido; extração; mandioca; rendimento industrial. SUMMARY Starch extraction from cassava fibrous residue. Improvement of the extraction process of cassava starch is a problem for researchers and industries in Brazil. In the extraction process of cassava starch for each ton of processed root, 250kg of the starch is produced and about 140kg of the starch is wasted in the cassava fibrous residue. A new extraction and auxiliary solutions were evaluated aiming the improvement of the industrial yield. The use of a second extraction, without auxiliary solutions, was possible to recover 20% of the starch that was not extracted in the traditional process. Keywords: starch; extraction; cassava; industrial yield. 1 INTRODUÇÃO O processo de produção de fécula de mandioca, qualquer que seja o grau de tecnologia empregada, consiste das etapas de lavagem e descascamento das raízes, ralação para a desintegração das células e liberação dos grânulos de amido, separação das fibras e do material solúvel e finalmente, secagem [19]. As indústrias de grande porte são automatizadas. A seção de recepção das raízes consta de depósitos abertos de concreto, subdivididos em lotes para controle da ordem de chegada das raízes. Do depósito as raízes são encaminhadas ao lavador, que é dividido em duas seções, uma para lavar as raízes e outra para descascá-las.

3 Apenas a periderme ou camada externa é retirada. A etapa seguinte é a de corte das raízes em pedaços de cerca de 30mm de espessura e desintegração dos pedaços em equipamento de alta velocidade periférica, que possibilita o máximo de rompimento das células [18]. A extração da fécula é realizada em peneiras extratoras de alta rotação (GLs), cujo princípio de funcionamento se baseia em cones rotativos providos de tela de peneiração, com crivos alongados de µm de abertura. O material desintegrado passa por uma série de extratores cada vez mais finos, originando nesta etapa o farelo e o "leite de fécula". O "leite de fécula" livre das fibras, contém ainda outros componentes solúveis como proteínas, lipídeos e açúcares, que serão separados na etapa de refinação, juntamente com a água. Esta suspensão é denominada "água vegetal" e deve ser rapidamente eliminada para evitar a fermentação e formação de complexos com a fécula. Para a purificação são utilizadas centrífugas, que apresentam discos cônicos dentro do rotor. A fécula refinada segue para um filtro rotativo à vácuo visando remoção parcial da umidade (40-45%) e após isto, passa por um secador pneumático onde, em tempo bastante curto, é desidratada de acordo com o teor de umidade final desejado [18]. O farelo, massa ou bagaço, é o resíduo sólido da etapa de extração caracterizado como material fibroso da raiz e contendo parte da fécula que não foi possível extrair no processamento [8]. Segundo LEBOURG [7], o balanço de massa em uma fecularia brasileira que processa em torno de 200t de raízes/dia é 254,7kg de fécula e 928,6kg de farelo úmido (cerca de 85% umidade) para cada tonelada de raiz de mandioca processada. A composição do farelo varia principalmente quanto ao teor de amido, que tem uma correlação direta com a eficiência do processo de extração. Segundo CEREDA [3] a composição média de farelos é: 75% de amido, 15% de fibras, 1,6% de cinzas, 2% de proteína, 1% de açúcares e 0,8% de matéria graxa expressos na base seca. Os valores de ph e acidez são bastante variáveis, devido à fermentações naturais que o resíduo úmido pode sofrer.

4 O processo de extração do amido tem como objetivo obter um produto com alto grau de pureza, devendo apresentar baixos conteúdos de proteínas, lipídios, cinzas e fibras. As condições empregadas no processo variam de acordo com a espécie de amido e sua fonte botânica, e devem evitar ao máximo o dano mecânico ou modificação enzimática do grânulo [11]. Várias soluções têm sido utilizadas visando melhorar a extração do amido de diversas origens botânicas. Uma possibilidade seria a adição de substâncias auxiliares na água de lavagem da massa que pudessem facilitar a extração. WOSIACHI & CEREDA [19], obtiveram bons resultados na extração de amido de pinhão utilizando processo de purificação com tratamentos sucessivas com soluções de NaOH 0,15 e 0,10%. Um outra alternativa seria o uso de detergente na água de extração, objetivando melhorar a extração dos grânulos de amido, reduzindo a tensão superficial. A melhoria do processo de extração da fécula das raízes é um problema bastante discutido entre industriais e pesquisadores, os quais buscam soluções eficientes e de baixo custo. Uma possível solução seria uma moagem mais fina, entretanto, os industriais que testaram não observaram efeitos significativos no rendimento industrial. JAQUEY [5], estudando a otimização do processo de moagem nas fecularias brasileiras, concluiu que o uso de serras de 20 dentes por polegadas, telas de retenção com perfurações de 1mm de diâmetro, e menor velocidade de rotação no tambor podem levar à aumentos significativos na produção de fécula de mandioca. LEONEL et al. [9], analisando o farelo em microscópio ótico verificou a presença de células de parênquima que não foram rompidas com a moagem com grânulos de amido, fibras e fragmentos de casca e entrecasca da mandioca. Foi observado também uma quantidade elevada de grânulos de amido livres mas que não foram retirados com as lavagens nas GLs. Uma melhor extração da fécula de mandioca, levaria à um aumento no rendimento industrial e também geraria um resíduo com um teor

5 mais elevado de fibras, o qual poderia ser aproveitado como fonte de fibras dietéticas [4, 6, 9]. Portanto, neste trabalho objetivou-se avaliar o uso combinado de uma segunda extração com soluções auxiliares, ou seja, o farelo passaria por uma GL ou por uma agitação com revolvimento da massa após ter sido gerado no processo tradicional, visando a melhoria no rendimento industrial de extração da fécula. 2 MATERIAL E MÉTODOS 2.1 Farelo de mandioca O farelo de mandioca foi obtido da cultivar Branca de Santa Catarina, processada comercialmente para a extração da fécula de mandioca na unidade industrial de Palmital-SP da empresa Halotek Fadel S/A. O farelo foi caracterizado por análises das porcentagens de: umidade inicial e do produto desidratado, acidez titulável, cinzas, fibras, proteína, açúcares totais, amido e do valor de ph [1, 16]. 2.2 Análise Microscópica As amostras das féculas, bem como dos resíduos fibrosos finais gerados na extração, foram diluídas em álcool etílico 100% na proporção 1/10, duas gotas da suspensão foram colocadas nos "stubs". Após este procedimento as amostras foram cobertas com 10mm de ouro metalizador MED-010 da Balzers e foram analisadas em Microscópio Eletrônico de Varredura SEM 515 da Philips, sob tensão de 20KV [10]. 2.3 Extração da fécula do farelo Foi avaliada a extração dos grânulos de amido do farelo em liqüidificador com adição de água (T1), solução de NaOH a 0,2%v/v (T2), solução água-álcool 10%v/v (T3) e solução água-tween 80 0,002%v/v (T4) [17, 19]. As amostras de farelo foram trituradas em liqüidificador industrial por 5 minutos com os meios de extração e posteriormente, submetidas a peneira de 60 tyler com 0,250mm de abertura para separação da fração fibrosa. O leite de fécula que passou por peneira de 200 tyler foi colocado para decantar, e após 2 horas efetuou-se a

6 separação do sobrenadante. Finalmente, a fécula foi desidratada em estufa a 50ºC e acondicionada em frascos de vidro para análise [11, 15]. 2.4 Análises das féculas As formas e tamanho dos grânulos de fécula, bem como a presença de impurezas, foram observadas através da análise em microscópio eletrônico. Foram determinados o ph, acidez, umidade, amido, fibras e cinzas [1, 10]. 2.5 Análises dos resíduos fibrosos Os resíduos fibrosos resultantes do processo de extração da fécula foram caracterizados quanto a composição físico-química e também foram observados ao microscópio eletrônico[1, 10]. 2.6 Análise econômica Para a elaboração da análise de custos da dupla extração da fécula do farelo e a venda do resíduo fibroso final como base para produtos dietéticos ricos em fibras considerou-se: 1. na mão-de-obra 4 pessoas recebendo 2,5 salários mínimos em média em dois turnos de trabalho. Como encargos sociais foi previsto um fator de 115% sobre o valor bruto da folha de pagamento; 2. custo de vendas foi calculado como 2,5% do faturamento; 3. nas despesas tributárias considerou-se para o PIS 2,65% e para o ICMS 7,00% do faturamento; 4. custo da embalagem foi calculado como a quantidade de farelo fibroso produzido por ano, dividido pela capacidade do saco (25kg), e multiplicado pelo preço deste (R$ 0,35); 5. os custos das depreciações e manutenção foram estimados em 7,5% e 2% dos investimentos; 6. preço de venda da fécula foi estimado em R$ 750,00/t, preço médio de comercialização no Brasil em março de 2000;

7 7. preço de venda do resíduo fibroso foi estimado em R$190,00/t, preço este alcançado atualmente pelas fecularias na venda do farelo para uso na mineração. 3 RESULTADOS E DISCUSSÃO 3.1 Caracterização do farelo Os dados obtidos na composição centesimal do farelo utilizado (Quadro 1) mostram que este apresentou composição bastante semelhante à citada por CEREDA [3], que cita como média de composição de farelos originados em diversas indústrias brasileiras: 75% amido, 15% de fibras, 1,5% cinzas, 1% matéria graxa, ph 4-6 e acidez titulável Entretanto, é importante salientar o elevado teor de amido no farelo, o que significa ineficência no processo de extração do amido da mandioca, visto que algumas indústrias brasileiras conseguem gerar um resíduo com 65-70% de amido. 3.2 Análises das féculas A análise estatística dos resultados demonstrou não haver diferença entre os tratamentos com relação ao peso obtido. Já com relação ao teor de umidade a fécula obtida no tratamento T4 foi a que

8 apresentou menor valor (Quadro 2). Quanto aos teores de matéria seca e fibras ocorreram pequenas variações entre os tratamentos e, para o teor de amido, não ocorreu diferença significativa entre os tratamentos de extração. Com relação a qualidade das féculas obtidas, segundo a legislação brasileira a fécula deve apresentar: 14% umidade (p/p), 80% de amido (p/p), 0,5% cinzas (p/p) e acidez máxima de 1,00 (p/p) expressa em ml de NaOH 1N/100g [2]. Portanto, todas as féculas estão dentro dos limites da legislação em relação a umidade e amido. Não existem limites para o teor de fibras. 3.3 Análise microscópica das féculas Esta análise foi realizada com o objetivo de se visualizar as características das féculas obtidas e verificar o efeito dos tratamentos sobre os grânulos de amido e também a presença de outros componentes (Figura 01). Não foram observados efeitos das soluções sobre a morfologia dos grânulos de fécula, sendo que estes apresentaram formas e tamanhos característicos de amido de mandioca [14].

9 Observou-se em todos os tratamentos a presença de pedaços de parede celular com grânulos de amido depositados sobre estes e algumas fibras. Estas observações levam à hipótese de que parte dos grânulos de amido estejam "ligados" de alguma forma à parede celular dos amiloplastos, sendo explicável a elevada porcentagem de grânulos sobre fragmentos celulares no farelo. 3.4 Análises dos resíduos fibrosos finais A análise estatística dos resultados mostrou que todos os tratamentos diferiram significativamente quanto ao peso úmido do resíduo, contudo, não ocorreu diferença em relação à matéria seca (Quadro 3).

10 Para o teor de amido residual foi observado que nos tratamentos T3 e T4 (água-álcool e água-tween 80), o teor de amido no bagaço foi inferior aos demais tratamentos, sugerindo uma melhor eficiência destes reagentes como auxiliares de extração. Já em relação às fibras não ocorreu diferença entre os tratamentos. Para os açúcares, o tratamento T4 foi o que apresentou maior quantidade (Tween 80). 3.5 Análise microscópica dos resíduos fibrosos finais A análise microcópica dos resíduos nos diferentes tratamentos, mostrou a presença de grande quantidade de grânulos de amido sobre aglomerados de células e uma quantidade inferior àquela observada no farelo inicial de grânulos de amido livres, em todos os tratamentos. Estas observações demonstram que a passagem do farelo gerado no processo tradicional por uma outra GL, leva à uma redução no teor de amido do farelo pela extração dos grânulos de amido livres, entretanto, os grânulos ligados aos fragmentos de parede celular não são extraídos, conforme mostra a Figura 02.

11 3.6 Balanço de massa A partir dos resultados obtidos nas análises da fécula e dos resíduos fibrosos finais, bem como os resultados da caracterização do farelo inicial, realizou-se o balanço de massa do experimento, com o objetivo de verificar a eficiência dos tratamentos na extração da fécula do farelo (Figura 3).

12 A análise da eficiência dos processos de extração mostrou que cerca de 19,0% da fécula retida no farelo foi retirada com uma segunda extração (Tratamento T1), e que não ocorreu aumento nesta porcentagem quando se adicionou as soluções auxiliares. Portanto, a diferença observada no teor de amido no resíduo nos tratamentos T3 e T4, não levou à diferenças na porcentagem de recuperação do amido do farelo. Considerando-se o balanço de massa de LEBOURG [7], onde foi observado que para cada tonelada de raiz processada gerou-se 930kg de farelo com 85% de umidade, e observando os dados do balanço é possível concluir que para cada tonelada de raiz são gerados

13 aproximadamente 890kg de farelo com 81,3% de umidade (farelo inicial), que corresponderia a 167kg de matéria seca e 139kg de amido (83,08%). Portanto, a redução de 19,3% do teor de amido do farelo significaria para uma indústria que processe em média 200 toneladas raiz/dia uma recuperação em torno de 5,0 toneladas de fécula/dia. 3.7 Análise de custos da extração com água Com base nos resultados obtidos na extração da fécula do farelo com água (Tratamento1) e os dados obtidos por OSPINA [13] em estudo dos investimentos necessários para a secagem do farelo, realizou-se a análise de custos para a implantação de uma segunda passagem do farelo pela GL e a secagem do resíduo para comercialização como base para produtos dietéticos ricos em fibras (Quadro 4) [9].

14 A análise de custos demonstrou ser viável o processo de extração da fécula do farelo e a venda do resíduo seco como base para produtos dietéticos. A recuperação de 5t/dia de fécula geraria uma receita de mais de 1 milhão de reais ao ano para o industrial. Além dessa renda, a melhoria do produto final, como a elaboração dos produtos dietéticos, levaria a um aumento nos custos, entretanto, possibilitaria às fecularias a produção de um produto de elevado valor e com mercado em ascensão. 4 CONCLUSÕES A partir dos resultados obtidos no presente trabalho foi possível concluir que: uma nova extração da fécula retida no farelo possibilitaria uma redução de cerca de 20% da fécula retida neste resíduo e que não é extraída no processo convencional; uso das soluções auxiliares de extração não promoveu aumento nesta porcentagem; a recuperação de 5t/dia de fécula do farelo geraria uma receita de 1 milhão de reais para o feculeiro. 5 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS [1] ASSOCIATION OF OFFICIAL ANALYTICAL CHEMISTS. Official methods of analysis. 13. ed. Washington, p. [2] BRASIL. Leis, decretos, etc. Decreto nº de 20 de outubro

15 de Normas técnicas especiais relativas a alimentos e bebidas. Diário Oficial do Estado de São Paulo, 21 out., p. 20. [3] CEREDA, M.P. Caracterização, usos e tratamentos de resíduos da industrialização da mandioca. Botucatu: Centro de Raízes Tropicais, p. [4] HOLLOWAY, W., D., MONRO, J.A., GURNSEY, J.C., POMARE, E.W., STACE, N. H. Dietary fiber and other constituents of some Tongan foods. Journal of Food Science, v. 50, p , [5] JAQUEY, S. Otimização do processo de extração nas fecularias de mandioca. Botucatu: CERAT/UNESP, p. [6] KLURFELD, D.M. Dietary fiber: mediated mechanisms in carcinogenisis. Cancer Research, Baltimore, v. 52, p , [7] LEBOURG, C. Brasamide et la fécule: une historie d amour. Botucatu: Centro de Raízes Tropicais, p. [8] LEONEL, M., CEREDA, M.P. Sacarificação do resíduo fibroso de fecularias. I: seleção da concentração do resíduo. In: JORNADA CIENTÍFICA DA ASSOCIAÇÃO DOS DOCENTES, 19, 1995, Botucatu. Anais... Botucatu: Associação dos Docentes, Universidade Estadual Paulista, p [9] LEONEL, M., CEREDA, M.P., ROAU, X. Cassava bagasse as dietary product. Tropical Science, v. 38, p , [10] LEONEL, M., CEREDA, M.P. Caracterização do resíduo fibroso da industrialização da mandioca. I Simpósio em Energia na Agricultura, Botucatu, SP, de outubro de p [11] MARQUES, A.M. Isolamento e caracterização do amido do caule do abacaxizeiro. Lavras, p. Dissertação (mestrado em Ciência dos Alimentos) - Escola Superior de Agricultura de Lavras, Universidade Federal de Minas Gerais (UFMG). [12] MARTELLI, H.L. Mandioca planta de valor. A Fazenda, v. 46, p. 40, [13] OSPINA, M.T. Análise de projeto de investimento aplicado aos processos de secagem e enriquecimento protéico do farelo gerado nas fecularias de mandioca. Botucatu, p. Tese (Doutorado

16 em Agronomia/ Energia na Agricultura) Faculdade de Ciências Agronômicas, Universidade Estadual Paulista (UNESP). [14] RIVERA, C.J., GERARDI, A.G., INFANTE, R.B., CARRASCO, H.J., RODRIGUES, O. Dietary fiber analysis of cassava using gravimetric methods. Arch. Latinoam. Nutr., v. 43, n. 1, p , [15] SARMENTO, S.B.S. Caracterização da fécula de mandioca (manihot esculenta C.) no período de colheita de cultivares de uso industrial. São Paulo, p. Tese (Doutorado em Ciência dos Alimentos/Bromatologia) Faculdade de Ciências Farmacêuticas, Universidade de São Paulo (USP). [16] SOMOGY, M. Determination of blood sugar. J. Biol. Chem., n. 160, p , [17] SCHOCH, T.J., MAYWALD, E.C. Preparation and properties of various legume starches. Cereal Chemistry, St. Paul, v. 45, n. 6, p , [18] VILELA, E.R., FERREIRA, M.E. Tecnologia de produção e utilização do amido de mandioca. Inf. Agropecu., v. 13, n. 145, p , [19] WOSIACHI, G., CEREDA, M.P. Characterization of pinhão starch. Part I: extraction and properties of starch granules. Starch/Stärke, v. 37, n. 7, p , AGRADECIMENTOS À Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP) pelo financiamento da pesquisa e à Empresa Halotek Fadel S/A pela concessão do farelo e informações concedidas. 1 Recebido para publicação em 12/02/99. Aceito para publicação em 24/05/00. 2 Pesquisadora Doutora Centro de Raízes e Amidos Tropicais/UNESP Botucatu-SP CEP Fone/Fax: (14) seccerat@fca.unesp.br 3 Profa. Titular Pesquisadora Centro de Raízes e Amidos

17 Tropicais/UNESP. * A quem a correspondência deve ser enviada.