AVALIAÇÃO DAS PROPRIEDADES MICROBIOLÓGICA, ESTRUTURAL E FÍSICO-QUÍMICA DO FARELO OBTIDO DA AGROINDUSTRIALIZAÇÃO DA MANDIOCA

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1 AVALIAÇÃO DAS PROPRIEDADES MICROBIOLÓGICA, ESTRUTURAL E FÍSICO-QUÍMICA DO FARELO OBTIDO DA AGROINDUSTRIALIZAÇÃO DA MANDIOCA M. C. Garcia 1, T. M. Elias 2, K. O. Ribeiro 3, Soares Junior, M.S. 4, M. Caliari 5 1- Universidade Federal de Goiás UFG, Escola de Agronomia, Campus Samambaia, Caixa Postal CEP Goiânia GO- Brasil, Telefone (marinacosta16@gmail.com) 2- Aqualit Tecnologia em Saneamento Ltda. Quadra i, Lote 35 - R. 203, CEP , Setor Leste Universitário, Goiânia GO- Brasil, Telefone: (thaissa@aqualit.com.br) 3- Universidade Federal de Goiás UFG, Escola de Agronomia, Campus Samambaia, Caixa Postal CEP Goiânia GO- Brasil, Telefone (keylaribeiro@gmail.com) 4- Universidade Federal de Goiás UFG, Escola de Agronomia, Campus Samambaia, Caixa Postal CEP Goiânia GO- Brasil, Telefone (mssoaresjr@hotmail.com) 5- Universidade Federal de Goiás UFG, Escola de Agronomia, Campus Samambaia, Caixa Postal CEP Goiânia GO- Brasil, Telefone (macaliari@ig.com.br) RESUMO O objetivo deste trabalho foi avaliar a qualidade microbiológica e as características estrutural e físico-química do farelo obtido do bagaço cru gerado durante a extração do amido de mandioca a fim de avaliar seu potencial no aproveitamento alimentar. O bagaço cru apresentou padrões microbiológicos dentro do estabelecido pela legislação. O farelo apresentou redução na carga microbiana comparado com o bagaço cru, sugerindo que o processo de secagem foi um método de conservação adequado. O farelo apresentou alto teor de fibra alimentar (22,58 g.100g -1 ) e carboidratos totais (96,94 g.100g -1 ). A microscopia eletrônica de varredura mostrou presença de grânulos de amido de mandioca e de fibra alimentar no farelo. A curva de DSC do farelo mostrou temperatura inicial de gelatinização de 59,81 C, temperatura de pico de 64,14 C e temperatura final de 70,44 C. Portanto, o farelo pode ser um ingrediente potencial para agregar quantidades de fibra alimentar em produtos alimentícios. ABSTRACT The aim of this work was to evaluate the microbiological quality and the structural and physicochemical characteristics of bran obtained from raw bagasse generated during the cassava starch extraction in order to evaluate its potential in food use. The raw bagasse showed microbiological results that aggress to the established by Brazilian legislation. The bran showed reduction in microbial count compared to the raw bagasse, suggesting the drying process was a suitable conservation method. The bran showed high content of dietary fiber (22.58 g.100g -1 ) and total carbohydrates (96.94 g.100g - 1 ). The scanning electron microscopy showed presence of cassava starch granules and dietary fiber in the bran. DSC curves of bran showed initial temperature of gelatinization of C, peak temperature of C and final temperature of C. Therefore, the bran can be a potential ingredient to aggregate amounts of dietary fiber in food products. PALAVRAS-CHAVE: coproduto, aproveitamento, bagaço, amido de mandioca, fibra alimentar. KEYWORDS: coproduct, utilization, bagasse, starch cassava, dietary fiber.

2 1. INTRODUÇÃO Na agroindustrialização da mandioca, um produto de importância econômica e tradição é a fécula, simplesmente amido ou ainda polvilho, produto amiláceo extraído da mandioca (Manihot esculenta) (Leonel e Cereda, 2002). Durante a extração do amido ou fécula é gerado o bagaço, massa ou farelo, um resíduo fibroso que pode conter parte da fécula que não foi extraída no processamento. Esse resíduo pode ser destinado à alimentação animal, se tornando um coproduto. No entanto, grande parte do bagaço é simplesmente descartada como um recurso desperdiçado causando problema ambiental (Camargo et al., 2008; Maieves et al., 2011). Mesmo as pequenas unidades fabris como as provenientes da agricultura familiar, podem gerar quantidades significativas de resíduos. Apesar de o Brasil ser um dos principais produtores de mandioca e derivados, ainda não há utilização eficiente de resíduos da indústria de mandioca. A utilização adequada desse resíduo ajudaria a minimizar problemas ambientais, podendo gerar coprodutos com relevantes aplicações na indústria. Dessa forma, para que o bagaço seja adequadamente aproveitado, agregando valor ao mesmo, é necessário o conhecimento da composição microbiológica e físico-química a partir de investigações científicas e tecnológicas. O objetivo deste trabalho foi avaliar a qualidade microbiológica e as características estrutural e físico-química do bagaço, gerado durante a extração do amido de mandioca, fornecido por Agroindústrias Familiares da região do Cará (Coperabs), no município de Bela Vista de Goiás, Goiás- Brasil, a fim de avaliar seu potencial no aproveitamento alimentar. 2. MATERIAL E MÉTODOS O coproduto (bagaço) foi coletado diretamente da linha de produção em cada um dos produtores da Cooperabs. Os bagaços foram acondicionados em sacos estéreis de polipropileno e em seguida homogeneizados e submetidos à secagem artificial. A secagem do resíduo foi realizada com temperatura do ar de 65 C por 12 horas, em secador convectivo de bandejas. O produto seco foi moído em moinho de facas, com peneira de 0,50 mm. O farelo foi embalado, em saco de polietileno e armazenado em freezer horizontal (-18 C), até a realização das análises. Após a homogeneização dos bagaços, foi retirada uma amostra para realizar as análises microbiológicas Avaliação da qualidade microbiológica O bagaço cru e bagaço seco (farelo) foram submetidos a análises microbiológicas segundo os métodos recomendados pelo Ministério da Agricultura Pecuária e Abastecimento (MAPA), baseandose nas técnicas descritas na APHA (2001). Foram realizadas contagem total de bactérias aeróbias mesófila, contagem de bolores e leveduras, determinação do número mais provável de coliformes totais e termotolerantes, contagem de Staphylococcus aureus, determinação de Bacillus cereus, Clostridium sulfito redutor e pesquisa de Salmonela sp Composição química Os valores de umidade, teor de proteína, lipídeos, cinzas e fibra alimentar total foram obtidos de acordo com a AOAC (2010). O carboidrato total foi estimado por diferença Microscopia eletrônica de varredura As micrografias foram obtidas em Microscópio Eletrônico de Varredura (JEOL/EO, JSM- 6610, Peabody, MA, USA). As amostras foram metalizadas com ouro em um metalizador (DentonVacuum, Desk V, Moorestown, NJ, USA) Propriedades térmicas As propriedades térmicas foram determinadas utilizando-se Calorimetria Exploratória Diferencial (DSC-Pyris1, Perkin Elmer, Norwalk, CT, EUA). Amostras de 2,00 mg de amido foram

3 pesadas em pequenos recipientes de alumínio e 6,00 μl de água deionizada foi adicionada. Os recipientes foram selados e mantidos por 12 h a temperatura ambiente. Em seguida, as amostras foram aquecidas de 25 a 100 C a uma taxa de 10 ºC.min RESULTADOS E DISCUSSÃO 3.1. Avaliação da qualidade microbiológica A Agência Nacional de Vigilância Sanitária estabeleceu, na portaria RDC n. 12 de 02 de janeiro de 2001, os padrões microbiológicos para alimentos, e o bagaço e farelo se incluem no item 10 que é o grupo de alimento resultantes do processamento de grãos de cereais e ou leguminosas, constituídos principalmente de casca e/ou gérmen, podendo conter partes do endosperma (Brasil, 2005). O bagaço cru obtido da extração do amido de mandioca foi analisado microbiologicamente para avaliar a necessidade de tratamento para controle da presença de microrganismos (Tabela 1) visando à possibilidade de aproveitamento do bagaço para obtenção do farelo e sua aplicação em alimentos. O bagaço cru apresentou valores para Bacillus cereus, Coliformes a 45 C e Salmonella sp. inferiores aos limites estabelecidos pela Resolução RDC n. 12 (Brasil, 2001). Bacillus cereus é uma bactéria geralmente encontrada no solo e nos reservatórios naturais e, por essa razão, frequentemente contamina vegetais, cereais e tubérculos (Souza et al., 2015). Tabela 1. Análises microbiológicas do bagaço cru e do farelo obtidos da Agroindústria Familiar da Região do Cará em Bela Vista de Goiás, Goiás, Brasil. Microrganismos Bagaço cru Farelo VMP * Bactérias Mesófilas aeróbias (UFC g -1 ) >6,5x10 3 >6,5x10 3 NE Bolores e leveduras (UFC g -1 ) 1,9x10 3 3,5x10 1 NE Coliformes totais ( N.M.P 100 ml -1 ) 2,1x10 3 2,4x10 2 NE Coliformes a 45 C ( N.M.P 100 ml -1 ) 6,8x10 1 ausente 5,0x10 2 Staphylococcus aureus (UFC g -1 ) ausente ausente NE Bacillus cereus (UFC g -1 ) 1,0x10 1 ausente 5,0x10 3 Clostri dium sulfito redutores (N.M.P 100 ml -1 ) ausente ausente NE Salmonella sp. (UFC 25g -1 ) ausente ausente ausente * VMP: valor máximo permitido para farelos pela Resolução RDC no 12, de 02 de janeiro de 2001 (Brasil, 2001). UFC: unidades formadoras de colônias por grama de amostra; NE: limite não estabelecido pela Anvisa. A contagem de bactérias aeróbias mesófilas, bolores e leveduras e coliformes totais do bagaço cru apresentaram valores de > 6,5x10 3 UFC g -1, 1,9x10 3 UFC g -1, 2,1x10 2 N.M.P 100 ml -1, respectivamente. Não houve presença de Staphylococcus aureus, Clostri dium sulfito redutores e Salmonella sp. Esses resultados indicaram baixo índice de contaminação microbiológica, o que foi confirmado por Leitão et al. (1988), que estabeleceu que valores de até 10 6 UFC g -1 para bactérias aeróbias mesófilas e bolores e leveduras são valores adequados para alimentos. Após a secagem do bagaço cru (65 C), o farelo do bagaço apresentou parâmetros microbiológicos dentro dos padrões estabelecidos para alimentos (Brasil, 2001). O valor de coliformes totais no bagaço cru (2,1x10 3 N.M.P 100 ml -1 ) foi mais alto que no farelo (2,4 x10 2 N.M.P 100 ml -1 ). O processo de secagem do bagaço cru para a obtenção do farelo reduziu a contagem de bolores e leveduras (de 1,9x10 3 para 3.5x10 1 UFC g -1 ) e de coliformes totais (de 2,1x10 3 para 2,4x10 2 N.M.P 100 ml -1 ), e eliminou a contaminação por coliformes a 45 C e por Bacillus cereus. Esses resultados mostraram que a secagem foi suficiente para eliminar a flora microbiana do bagaço cru, sugerindo que o farelo pode ser utilizado na alimentação humana sem nenhum outro tratamento.

4 3.2. Composição química A amostra do farelo de bagaço de mandioca apresentou teor de umidade de 6,16 g.100g -1 (Tabela 2), valor abaixo do limite máximo de umidade estabelecido pela legislação para farelos, que é de 15,00 g. 100 g -1 (Brasil, 2005). Além de atender o limite máximo de umidade, a condição de baixo teor de umidade dos farelos foi provocada também para facilitar o processo de moagem e evitar o crescimento microbiano durante o armazenamento. Tabela 2. Constituintes químicos do farelo obtido da secagem do bagaço cru resultante da agroindustrialização da mandioca da Agroindústria Familiar da Região do Cará em Bela Vista de Goiás, Goiás, Brasil. Constituentes 1 [g. 100g -1 ] Farelo Umidade 6,16 ± 0,20 Cinzas 1,31 ± 0,04 Proteínas 1,28 ± 0,00 Lipídeos 0,47 ± 0,01 Fibra alimentar total 22,58 ± 0,05 Carboidratos 96,94 1 Média de triplicate ± Desvio Padrão; Umidade em base úmida e outros componentes em base seca. O valor encontrado para cinzas (1,31 g.100g -1 ) esta dentro do limite estabelecido pela legislação (máximo de 2,0%) (Brasil, 2005). Valores elevados podem indicar fraudes ou processamento inadequado (Fiorda et al., 2013). O farelo apresentou alto teor de carboidrato (96,94) o qual provavelmente é constituído principalmente de amido. Camargo et al. (2008) reportou que grande parte dos carboidratos do farelo do bagaço é constituído de amido (79,32 g.100g -1 ). Para a fibra alimentar total, o valor encontrado neste trabalho (22,58 g 100g -1 ) foi superior ao relatado por Camargo et al. (2008) (9,90 g.100g -1 ). Fiorda et al. (2013) apresentou para o bagaço de mandioca valor de fibra alimentar total superior (60,35 g.100g -1 ) ao encontrado neste trabalho (22,58 g.100g -1 ). Essas variações observadas podem ser devido às variações no processo de extração do amido de mandioca, variando de pequenas unidades fabris proveniente da agroindústria familiar até indústrias de médio porte. Para que um produto sólido pronto para o consumo possa ser considerado fonte de fibra, deve ter 3,0 g.100g -1 de fibra alimentar total e para ser considerado como de alto teor de fibra, 6,0 g.100g -1 (Brasil, 2009). Assim, o farelo do bagaço de mandioca proveniente da extração do amido, após secagem pode ser considerado um alimento com elevado teor de fibra alimentar. Portanto, o uso deste farelo como fonte de fibra em produtos alimentícios como bolo, cookies, biscoitos e massas, pode alegar propriedades de funcionalidade a esses produtos Microscopia eletrônica de varredura As micrografias mostraram presença de grânulos de amido de mandioca (AM) e de fibra alimentar no farelo (Figura 1). Isso evidencia a presença de AM residual retido durante a agroindustrializaçao da mandioca. Os grânulos de AM apresentaram superfície predominantemente lisa, formatos circulares e com uma ou mais extremidades truncadas. Também foram encontradas erosões na superfície dos grânulos provavelmente devido ao processo de fermentação natural que o bagaço úmido pode sofrer (Leonel e Cereda, 2000). Figura 1 Micrografia eletrônica de varredura (com resolução de 10 μm) do farelo do bagaço obtido da agroindustrialização da mandioca e mandioca.

5 3.4. Propriedades térmicas A curva de DSC do farelo de mandioca mostrou temperatura inicial de gelatinização (To) de 59,81 C, temperatura de pico (Tp) de 64,14 C e temperatura final (Tf) de 70,44 C (Figura 4). Esses resultados corroboram com os resultados obtidos nas imagens de MEV e no difractograma de raio-x, confirmando o elevado teor de amido de mandioca residual obtido durante o processo de extração do amido. Altas temperaturas de gelatinização estão relacionadas a estruturas cristalinas fortes e maior ordem molecular. Figura 4 Curva de DSC do farelo do bagaço obtido a partir da agroindustrialização da mandioca. A entalpia de gelatinização ( H) é a energia necessária para o rompimento das ligações de hidrogênio de regiões amorfas e das duplas hélices da amilopectina (Tester et al., 2004). O H do farelo foi 10,44 J/g, indicando que o amido de mandioca residual presente no farelo apresentou maiores proporções de cadeia curta de amilopectina (Genkina et al., 2007), e assim, requer menor energia para dissociar. Para a completa dissociação, as longas duplas hélices requerem mais energia do que as cadeias mais curtas (Singh et al., 2003). Campanha e Franco (2011) mostraram curvas de DSC semelhantes para grânulos de amido de mandioca nativo. 4. CONCLUSÃO O bagaço de mandioca cru apresentou padrão microbiológico inferior aos limites estabelecidos na legislação. A secagem foi suficiente para eliminar a flora microbiana do bagaço cru, sugerindo que o farelo pode ser utilizado na alimentação humana sem nenhum outro tratamento. O farelo do bagaço de mandioca, por ser um subproduto da produção de amido e polvilho azedo, constitui-se em matéria-prima de baixo custo, e é caracterizado pelo alto teor de fibra alimentar total e alto teor de amido residual, podendo ser considerada um ingrediente alternativo para a indústria de alimentos.

6 5. REFERÊNCIA BIBLIOGRÁFICA American Public Health Association - APHA. (2001). Compendium of methods for the microbiological examination of foods. (4. ed.). Washington: APHA. Brasil, Agência Nacional de Vigilância Sanitária (1978). Normas técnicas especiais relativas a alimentos e bebidas (Resolução CNNPA nº 12, 24 de julho de 1978). Diário Oficial da Repu blica Federativa do Brasil. Brasil, Agência Nacional de Vigilância Sanitária (2003). Aprova Regulamento Técnico sobre Rotulagem Nutricional de Alimentos Embalados, tornando obrigatória a rotulagem nutricional (Resolução RDC nº 360, de 23 de dezembro de 2003). Diário Oficial da União. Brasil, Agência Nacional de Vigilância Sanitária (2001). Aprova o regulamento técnico sobre padrões microbiolo gicos para alimentos, sec a o 1 (Resolução RDC no 12, de 02 de Janeiro de 2001). Diário Oficial da União. Brasil, Agência Nacional de Vigilância Sanitária (2005). Aprova o Regulamento Técnico para produtos de cereais, amidos, farinhas e farelos (Resolução - RDC no 263, de 22 de setembro de 2005). Diário Oficial da União. Camargo K. F., Leonel M., & Mischan, M. M. (2008). Produção de biscoitos extrusados de polvilho azedo com fibras: efeito de parâmetros operacionais sobre as propriedades físicas. Ciência e Tecnologia de Alimentos, 28, Campanha, R. B., & Franco, C. M. L. (2011). Gelatinization properties of native starches and their Naegelidextrins. Journal of Thermal Analysis and Calorimetry.106, Fiorda, F. A., Soares Júnior, M. S., Silva, F. A., Souto, R. F., & Grossman, M. C. E. (2013). Farinha de bagaço de mandioca: aproveitamento de subproduto e comparação com fécula de mandioca. Pesquisa Agropecuária Tropical, 43, Genkina, N. K., Wikman, J., Bertoft, E., & Yuryev, P. (2007). Effects of structural imperfection on gelatinization characteristics of amylopectin starches with A- and B-type crystallinity. Biomacromolecules, 8, Leonel, M., & Cereda, M. P. (2000). Extração da fécula retida no resíduo fibroso do processo de produção de fécula de mandioca. Ciência e Tecnologia de Alimentos, 20, 1-5. Leitão, M.F.F. Hagler, L.C.S.M., Hagler, A.N., & Menezes, T.J.B. (1988). Tratado de microbiologia. Rio de Janeiro: Manole. Maieves, H. A., De Oliveira, D. C., Frescura, J. R., & Amante, E. R. (2011) Selection of cultivars for minimization of waste and of water consumption in cassava starch production. Industrial Crops and Products, 33, Official methods of analysis of AOAC International (2010). Agricultural chemicals,contaminants, drugs. (16. ed. v. 1). Gaithersburg: AOAC International. Singh, N., Singh, J., Kaur, L., Sodhi, N. S., & Gill, B. S. (2003). Morphological, thermal and rheological properties of starches from different botanical sources. Food Chemistry, 81, Tester, R. F., Karkalas, J., & Qi, X. (2004). Starch composition, fine structure and architecture. Journal of Cereal Science, 39, Souza, J. R., Figueiredo, R. M., & Santana, C. M. P. (2015). Qualidade microbiológica da farinha de mandioca comercializada na região Sudoeste da Bahia. Revista Brasileira de Produtos Agroindustriais, 17, Agradecimentos A Capes pela bolsa de pós-doutorado e apoio financeiro, à Cooperabs de Bela Vista de Goiás pelo fornecimento das amostras de bagaço cru, e à Aqualit Tecnologia em Saneamento Ltda, Goiânia, Goiás-Brasil pela disponibilidade de realização das análises microbiológicas.