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1 16 1 INTRODUÇÃO O arroz, juntamente com o milho e o trigo, está entre os cereais mais consumidos mundialmente. Entretanto, diferentemente dos dois últimos, o arroz tem grande parte do seu consumo na forma direta, como grão beneficiado, sendo que produtos industrializados de arroz são, em sua maior parte, obtidos a partir da sua farinha, que é normalmente utilizada como ingrediente para outros produtos. A produção de farinha de arroz é extremamente positiva porque significa a abertura de mercado para um derivado do cereal, mostrando a capacidade do setor arrozeiro de inovação e inserção. Por outro lado, o uso de farinha de arroz em substituição à farinha de trigo seria importante para a economia do Brasil, uma vez que boa parte do trigo consumido é importado. A inclusão de produtos de arroz na dieta tem como um aspecto importante, as respostas metabólicas de glicemia e insulinemia quando comparado com outros cereais. Cultivares de arroz apresentam diferentes proporções de amilose:amilopectina comparado à outros cereais, e cultivares com maior conteúdo de amilose apresentam uma menor digestibilidade do amido e conseqüentemente menores respostas glicêmicas e insulinêmicas (ROSELL et al., 2007). A substituição de parte, ou toda, a farinha de trigo por farinha de arroz é de grande interesse da indústria de alimentos e dos consumidores, pois além de colocar à disposição produtos de qualidade, proporciona alternativas na alimentação para uma faixa especial de consumidores, os portadores de doença celíaca, uma enteropatia crônica causada pelo consumo de proteínas do glúten presente em cereais como trigo, centeio, cevada e aveia. Apesar dos avanços na compreensão da fisiopatologia desta doença e o desenvolvimento de terapias, atualmente o único tratamento seguro e efetivo para essa doença é a total restrição de alimentos que contenham glúten. O pão é um dos alimentos mais consumidos pela população e que contribui significativamente na composição calórica da dieta. Em pesquisa realizada pela Associação dos Celíacos do Brasil (ACELBRA, 2009) o produto que os celíacos mais gostariam de encontrar com facilidade é o pão, entretanto pela dificuldade de elaboração e pelo risco de contaminação com glúten, a oferta do produto é muito restrita.

2 17 Apesar de existir no mercado vários produtos sem glúten, esses geralmente não apresentam a qualidade desejada devido à falta da rede de glúten, que confere à massa propriedades viscoelásticas únicas e a habilidade de reter gases. Os únicos cereais considerados seguros para celíacos são o arroz e o milho, sendo que o arroz apresenta vantagens, tais como, proteínas hipoalergências, sabor suave e cor branca, que o tornam uma opção interessante para o uso em panificação. Por outro lado, por não ter glúten, este cereal não preenche as necessidades para processar produtos fermentados panificáveis, pois quando a farinha de arroz é amassada com água, não ocorre a formação de uma massa viscoelástica que retêm o CO 2 formado durante a fermentação e, consequentemente, o produto resultante tem baixo volume específico e apresenta características muito distintas do pão de trigo. Um fator importante a ser observado no arroz para a produção de pães é o teor de amilose. As farinhas de arroz se distinguem pelo conteúdo de amilose. O amido, que é o principal componente do arroz, é composto por dois polímeros: a amilose e a amilopectina. Este componente determina as propriedades e a funcionalidade dos grãos de arroz e estas são dependentes em grande parte da relação amilose/amilopectina. Uma vez que diferentes teores de amilose resultam em comportamento variado no cozimento do arroz, possivelmente este fator também exerça interferência na panificação com farinha de arroz. Para melhorar a qualidade de pães com farinha de arroz e pães sem glúten, alguns ingredientes, tais como amido modificado, hidrocolóides, outras fontes de proteína e enzimas têm sido usados. Uma alternativa que tem sido estudada para produzir pão de farinha de arroz de boa qualidade é o uso da enzima transglutaminase (TGase), uma - glutamil-transferase que catalisa a reação entre um grupo -amino dos resíduos de lisina e um grupo -carboxiamida nos resíduos de glutamina e uma variedade de aminas primárias, levando a uma ligação cruzada covalente das proteínas o que converte proteínas solúveis em polímeros insolúveis de alto peso molecular. Essa conversão faz com que essas proteínas apresentem capacidade de retenção de ar durante a fermentação, papel semelhante ao desempenhado pelo glúten. O uso de outras fontes de proteínas na panificação sem glúten também tem sido objeto de pesquisas, pois além de enriquecer nutricionalmente o produto e

3 18 melhorar a aparência, essas proteínas podem servir de substrato para a ação da transglutaminase obtendo-se melhores resultados com a adição da enzima. Neste contexto, este trabalho objetivou avaliar as características de pães produzidos com farinha de arroz de diferentes teores de amilose com adição de transglutaminase e, ainda a ação da enzima quando fontes de proteína são adicionadas à farinha de arroz para panificação.

4 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA 2.1 Arroz O arroz é um dos alimentos mais antigos produzidos pelo homem. Desde 3000 a.c., já se mencionava a cerimônia de semeadura do arroz na China, onde, durante a dinastia de Zhou (século XI), o grão se tornou um tributo e estava na mesa de imperadores e nobres (ZHAI et.al, 2001). Segundo Kennedy e Burlingame (2003), o arroz é o principal alimento para 15 países na Ásia e Pacífico e 10 países na América Latina. A China é o maior produtor mundial de arroz (30%), seguido pela Índia (21%), Indonésia (9%) e Bangladesh (6%). O restante da produção é produzido pelos demais países da Ásia (37%), América (5%) e África (3%) (ROSELL e MARCO, 2008). O Brasil é o principal produtor de arroz fora do continente asiático, ocupando a 9º posição mundial, sendo que os estados do Rio Grande do Sul e Santa Catarina são responsáveis por 66% dessa produção. O Consumo per capta de arroz no Brasil é de 40Kg/ano (EMBRAPA ARROZ/FEIJÃO, 2009), existindo grande diferença no consumo deste cereal entre países desenvolvidos (16,1Kg/hab/ano) e países em desenvolvimento (140,7Kg/hab/ano) (ROSELL et al. 2007). De acordo com Rosell e Marco (2008) o maior consumo de arroz acontece em Myanmar, com 795Kg per capta. O arroz fornece 27% do total calórico diário da dieta em países em desenvolvimento e apenas 4% em países desenvolvidos. Como outros cereais, o arroz é uma fonte barata de proteína e em países em desenvolvimento contribui com 20% do total de proteína da dieta (ROSELL e MARCO, 2008). O arroz destinado ao consumo é classificado de acordo com seu tamanho e forma em três tipos: longo, médio ou curto. Os povos das diferentes regiões do mundo apresentam diferentes preferências de propriedades sensoriais do arroz (KAOSA e JULIANO, 1991; LYON, 1999). Os consumidores japoneses preferem arroz macio e pegajoso, os consumidores norte-americanos preferem as variedades médias e longas, firmes e não pegajosas quando cozidas, já os consumidores da América do Sul e do Oriente Médio preferem geralmente o arroz longo-fino, que é firme e não pegajoso (CHAMPAGNE et al., 1997; LYON, 1999).

5 20 O arroz é constituído principalmente por amido, seguido por proteína e pequenas quantidades de lipídios, minerais e vitaminas. Entretanto, a proporção de cada uma dessas frações é bastante sensível a vários fatores, tais como variação genotípica, condições do clima, fertilizantes, qualidade do solo, processamento e armazenamento (VIANNA et al., 1984; VIANNA et al., 1985; Singh, Kalia, Malhotra, 1999; ZHOU et al., 2002; ROSELL e MARCO, 2008). A quantidade de amido no grão de arroz pode variar entre diferentes cultivares devido a fatores genéticos e ambientais. Este fato foi comprovado por Frei et al. (2003), que encontraram valores de 72 a 82% de amido total nos grãos de arroz integral de seis cultivares plantados nas Filipinas. Storck, Silva e Comarella (2005), encontraram variação de 82,2 a 88,0% de amido digestível em 9 cultivares de arroz branco polido cultivadas no Rio Grande do Sul. O amido é composto por dois polímeros: a amilose e a amilopectina. O primeiro é formado por uma cadeia linear de glicose unida por ligações glicosídicas do tipo α-1,4. O segundo é um polímero ramificado, constituído de ligações glicosídicas do tipo α-1,4, com cadeias de glicose ligadas em α-1,6 (FAO/WHO, 1997). O arroz apresenta diferentes quantidades de amilose, sendo classificado como: grão ceroso (1-2% amilose), muito baixo teor (2-12%), baixo teor (12-20%), intermediário teor (20-25%) e alto teor (25-33%) (JULIANO e FAO, 1993; COFFMAN e JULIANO, 1987). Pesquisas realizadas por Ong e Blanshard (1995) e Frei et al. (2003) descrevem alta variação nesta medida em grãos de arroz de diferentes cultivares. As principais diferenças que existem na composição do amido e que influenciam profundamente as propriedades fisicoquímicas e a funcionalidade dos grãos de arroz são causadas pela variação na proporção de amilose/amilopectina (ROSELL et al., 2007). Além disso, o teor de amilose é o fator que mais influência tem sobre as propriedades de textura do grão cozido, e seu conteúdo é uma medida indireta da textura do grão cozido devido a alta correlação com esta medida (maior amilose, maior consistência) (MOHAPATRA e BAL, 2007; ROSELL et al., 2007). Mas este não é o único fator que influencia a textura, pois de acordo com Rosell et al. (2007) e Derycke et al. (2005), a proteína e lipídios também podem influenciar esta medida. Uma vez que diferentes teores de amilose resultam em comportamento variado no cozimento do arroz, possivelmente este fator também seja de grande

6 21 relevância na panificação com farinha de arroz, conforme descrito por Nishita e Bean (1979), que relatam que o conteúdo de amilose do arroz é o principal fator que afeta a textura de produtos de panificação fermentados. O conteúdo de proteína do arroz, segundo a literatura (COFFMAN e JULIANO, 1987; ZHAI et al., 2001; KENNEDY e BURLINGAME, 2003), pode variar de 4,3 a 18,2%. Os fatores que podem influenciar no teor deste nutriente são nitrogênio do solo, radiação solar, grau de maturação da planta, aplicação de fertilizantes, temperatura, períodos de curta maturação e beneficiamento (KENNEDY, BURLINGAME, NGUYEN, 2002; ADU-KWARTENG et al., 2003). As frações de proteína no arroz, de acordo com a classificação de Osborne (HOSENEY, 1994), são albumina (0,9-9,9%), globulina (1,4-19,9%), prolamina (0,4-10,3%) e glutelina (61,8-91,0%) (ROSELL et al., 2007). As duas primeiras são as de maior valor biológico, e nelas se encontram a maioria dos aminoácidos essenciais (COFFMAN e JULIANO, 1987). O perfil de aminoácidos do arroz é alto em glutamina e ácido aspártico, porém, baixo em lisina (JULIANO e FAO, 1993). Apesar da deficiência em lisina, o arroz apresenta, entre os cereais, o teor mais elevado deste aminoácido (LÁSZTITY, 1984). Os aminoácidos essenciais mais abundantes na proteína do arroz são: ácido glutâmico, ácido aspártico, leucina e arginina, seguidos de alanina, valina, fenilalanina e serina (ROSELL et al., 2007). A fração lipídica do grão de arroz é muito inferior ao de amido e proteínas, no entanto, exerce papel muito importante na nutrição e nas características sensoriais e funcionais. Os lipídios associados ao amido afetam de forma significativa as propriedades da pasta e outras características funcionais do amido (ROSELL et al., 2007). O grão de arroz, antes de estar na forma adequada para ser adquirido pelo consumidor, passa por processos de beneficiamento. As três principais formas que o arroz beneficiado é consumido, em ordem de importância, são branco polido, parboilizado e integral. O maior consumo do arroz ocorre na forma de grão branco polido (MOHAPATRA e BAL, 2007). No beneficiamento industrial do arroz branco, que representa cerca de 70% da produção e do consumo nacional, uma importante parcela de grãos quebra, gerando menor rendimento. Este é o método que apresenta maior percentual de grãos quebrados durante o processamento (CARDOSO, 2003; ELIAS e FRANCO, 2006). De acordo com Rosell e Marco (2008), o beneficiamento pode resultar em 4

7 22 até 40% de grãos quebrados, dependendo da qualidade do grão e dos equipamentos utilizados. O baixo valor comercial de grãos quebrados faz com que a indústria e os órgãos de pesquisa se voltem para a busca de uma utilização de maior importância econômica e comercial desse co-produto, aumentando o seu valor agregado e remunerando melhor a produção Farinha de arroz Uma alternativa para agregar valor aos grãos quebrados é a sua utilização na produção de farinha de arroz, para uso na indústria no desenvolvimento de novos produtos. Essa possibilidade além de poder agregar valor a um co-produto bastante disponível no Brasil, pode também reduzir os gastos de divisas do país na importação de trigo, o que melhoraria o desempenho da balança comercial brasileira. Segundo Garcia (2007), a fabricação de farinha de arroz é extremamente positiva porque significa a abertura de mercado para um derivado do cereal, mostrando a capacidade do setor arrozeiro de inovação e inserção. No entanto, atualmente, a produção de farinha é reduzida em função das poucas opções para sua aplicação (ROSELL et al., 2007). De acordo com a Resolução RDC nº 263, de 22 de setembro de 2005, farinhas são os produtos obtidos de partes comestíveis de uma ou mais espécies de cereais, leguminosas, frutos, sementes, tubérculos e rizomas por moagem e ou outros processos tecnológicos considerados seguros para produção de alimentos (BRASIL, 2005). Para a produção de farinha de arroz, utilizam-se tanto grãos polidos inteiros como os quebrados obtidos do processo de beneficiamento industrial do arroz. Os grãos ou suas frações são moídos em rolos raiados, para reduzir a granulometria a tamanho menor do que 250 µm., após são peneirados para remoção de partículas com granulometrias maiores, garantindo, assim, um produto dentro dos padrões tecnológicos, com redução e/ou eliminações de sujidades ou focos de contaminação microscópica (CARDOSO, 2003; ELIAS e FRANCO, 2006). Segundo Machado (1996), a farinha de arroz deve ter diâmetro inferior a 195µm para apresentar boas propriedades para panificação.

8 23 A farinha de arroz tem a mesma composição química que os grãos dos quais procedem, portanto as propriedades funcionais das farinhas dependem da variedade, condições ambientais e métodos de beneficiamento (ROSELL et al., 2007). As farinhas se distinguem pelo conteúdo de amilose, a qual determina a temperatura de gelatinização e as características viscoelásticas. Uma vez que as características de gelatinização têm grande influência nos processos de panificação, é necessária uma seleção adequada da variedade de arroz que vai ser utilizada para obtenção da farinha. Além disso, é importante verificar qual cultivar é melhor para o produto que se deseja desenvolver. Nishita et al. (1979), descrevem que o arroz com 20-25% de amilose produz bolo de arroz com textura mais macia e maior volume específico do que os que foram produzidos com arroz de menor e maior teor de amilose. Estes autores estudaram diferentes cultivares de arroz na produção de pão e encontraram que a combinação de baixo teor de amilose e baixa temperatura de gelatinização produziu pão com textura mais macia. A farinha de arroz apresenta vantagens em relação à outras farinhas substitutas do glúten, tais como, proteínas hipoalergências, sabor suave e cor branca, que o tornam uma opção interessante para o uso em panificação (ROSELL et al., 2007). Um aspecto importante da inclusão de produtos de farinha de arroz na dieta, é que o amido de arroz apresenta respostas metabólicas de glicemia e insulinemia diferentes de outros dos cereais, devido a proporção de amilose:amilopectina. Os produtos com maior conteúdo de amilose apresentam uma menor digestibilidade do amido e conseqüentemente menor resposta glicêmica e insulinêmica. Neste sentido o arroz tem sido amplamente utilizado para produtos manufaturados como pudins, alimentos infantis, grãos inflados e cereais matinais (WANG et al., 2002). 2.2 Panificação Os produtos de panificação e principalmente os pães são alimentos muito difundidos e consumidos em todo o mundo e, portanto, são considerados importante fonte de nutrientes para a população (KADAN et al., 2001) Há cerca de anos a espécie humana começou a comer uma espécie de massa crua feita apenas de água e farinha. Acredita-se que os egípcios foram os

9 primeiros a consumir massa fermentada e assada, anos a.c. (ESTELLER, 2004) Ingredientes para a panificação Farinha De acordo com o regulamento técnico da Agência Nacional de Vigilância Sanitária, os pães são definidos como os produtos obtidos da farinha de trigo e ou outras farinhas, adicionados de líquido, resultantes do processo de fermentação ou não e cocção, podendo conter outros ingredientes, desde que não descaracterizem os produtos. Podem apresentar cobertura, recheio, formato e textura diversos (BRASIL, 2005). Entre as farinhas de cereais, a mais utilizada em panificação é a de trigo, porque este implica em melhores características de qualidade. As proteínas do trigo, mais especificamente as proteínas do glúten, são as responsáveis pelas características únicas dos produtos. O glúten é formado pela gliadina, que é responsável pela coesividade da massa e pela glutenina, que é responsável pela resistência da massa a extensão (HOSENEY, 1994). Quando a farinha de trigo é misturada à água e homogeneizada mecanicamente, no processo de fabricação de pães, há hidratação das proteínas gliadina e glutenina da farinha de trigo e essas formam um complexo protéico pela associação através de pontes de hidrogênio, ligações de Van der Waals e pontes dissulfeto, formando o glúten (BOBBIO e BOBBIO, 2001), que confere à massa propriedades viscoelásticas únicas e a habilidade de reter gases. As funções do amido da farinha em panificação foram definidas por Sandted (1961) (apud MACHADO, 1996): Diluente do glúten na obtenção da consistência desejada da massa; Fornecedor de açúcares para ação de enzimas amilases (amido danificado); Fornecedor de uma superfície adequada à adesão ao glúten; Tem a propriedade de tornar-se flexível durante a gelatinização parcial, formando um filme macio;

10 25 Absorve água do glúten para a sua gelatinização, formando um filme rígido na superfície que limita a expansão e fornece uma estrutura ao pão que o impede de colapsar após o forneamento. Com base em uma rede tridimensional formada apenas por pontes de hidrogênio, é proposto que uma estrutura de amido (amilose e amilopectina), criada sob condições adequadas, pode ter propriedades viscoelásticas suficientes para sustentar os gases produzidos durante a fermentação da massa, ou seja, substituir a rede de glúten (MACHADO, 1996) Água A água é o principal solvente da massa (formação do glúten e hidratação do amido), carreando consigo muitos sais minerais - carbonatos, cloretos, nitratos, sulfatos - que desempenham importante papel na ação das leveduras, influenciadas também pelo ph (EL-DASH et al., 1983) e permite a formação da massa Fermento biológico Fermento biológico é o produto obtido de culturas puras de leveduras, por procedimento tecnológico adequado, e empregado para dar sabor próprio e aumentar o volume e a porosidade dos produtos forneados. A levedura (Saccharomyces cerevisiae) atua como agente de crescimento e sabor de forma isolada ou associada a outros microrganismos, como bactérias lácticas (fermentação natural), é utilizada há milhares de anos (Egito) e não se tem conhecimento, ainda, outros meios que possam substituí-la, quer seja na forma granular, prensada ou seca ativa (PYLER, 1988) Açúcares O açúcar exerce diversas funções no produto final, tais como cor da crosta, textura (maciez), aparência e sabor além de contribuir para o valor nutricional e de servir como alimento do fermento biológico (GUTKOSKI e SANTETTI, 2001).

11 Sal Além do sabor conferido à massa (1 a 2% sobre a farinha), o sal é um ingrediente valioso no fortalecimento da rede de glúten, controlador da fermentação, atividade de água e conservação final do pão (vida de prateleira) (BRASIL, 2005) Gorduras Gorduras atuam como o principal lubrificante da massa, enriquecimento calórico e melhorador de sabor e cor. De acordo com Singh et al. (2003), a gordura aumenta a maciez do pão, atuando como plastificante, melhorando também o volume. 2.3 Panificação com farinha de arroz Atualmente tem se intensificado a busca por alimentos diferenciados e destinados à parte da população com necessidades especiais, tais como diabéticos, obesos, hipertensos e celíacos. A doença celíaca é uma enteropatia crônica causada pelo consumo de proteínas do glúten (gliadina) presente em cereais como trigo, centeio, cevada e aveia. Apesar dos avanços na compreensão da fisiopatologia desta doença e o desenvolvimento de terapias, atualmente o único tratamento seguro e efetivo para essa doença é a total restrição de alimentos que contenham glúten. Sendo assim, a dieta destas pessoas fica muito restrita e monótona, pois uma grande variedade de produtos industrializados e freqüentemente utilizados na alimentação contém glúten. Segundo Galera (2006) os produtos de panificação usualmente são elaborados com farinha de trigo, pois este ingrediente implica melhores características de qualidade, visto que o trigo é o único cereal que contém glúten, em quantidade e qualidade, adequadas para a produção de pães com características sensoriais satisfatórias. Porém, a substituição parcial do trigo é usual porque, entre outras razões, propicia grande variedade de produtos, como pães de aveia, de milho, arroz e soja, além de poder melhorar características nutricionais e reduzir custos.

12 27 O consumo nacional de trigo está em torno de 10 milhões de toneladas, para uma produção de apenas 6 milhões de toneladas, sendo a diferença importada, principalmente, da Argentina, Estados Unidos e Canadá, enquanto que o Brasil produz cerca de 90% do arroz que consome, portanto, mais próximo da autosuficiência na produção de arroz do que de trigo (CONAB, 2009). Alternativas vêm sendo estudadas para substituir a farinha de trigo por outras fontes para produção de massas e produtos de panificação. Um exemplo é a substituição parcial ou total da farinha de trigo pela farinha de arroz. A substituição da farinha de trigo pela de arroz pode oferecer produtos diferenciados principalmente para portadores de necessidades especiais, como os portadores da doença celíaca, bem como promover o aproveitamento dos grãos quebrados que é resultado do beneficiamento do arroz e possuem custo menor. Além disso, ressaltase a importância da utilização de uma farinha que possa oferecer ao consumidor um produto com boa qualidade sensorial e nutricional, uma vez que a farinha de arroz integral é superior à farinha de trigo por apresentar uma composição mais balanceada em lisina, metionina e treonina (AGUILAR, PALOMO e BRESSANI, 2004). Apesar de todos os pontos positivos do uso da farinha de arroz na produção de pão, por não ter glúten, este cereal não preenche as necessidades para processar produtos fermentados panificáveis, pois devido a natureza hidrofóbica das proteínas, quando a farinha de arroz é amassada com água, não ocorre a formação de uma massa viscoelástica que retêm o CO 2 formado durante a fermentação (HOSENEY, 1994) e conseqüentemente o produto resultante tem baixo volume específico e miolo compacto, apresentando características muito distintas do pão de trigo. De acordo com Ahlborn et al. (2005), atributos sensoriais, tais como estrutura do miolo e palatabilidade e problemas no armazenamento têm sido relatados em produtos de panificação sem glúten. Gallagher, Gormley e Arendt (2004) também descrevem que os produtos sem glúten disponíveis no mercado são de baixa qualidade, exibindo aroma pobre e textura não agradável. Eles afirmam que para que os produtos sem glúten sejam aceitos, estes devem apresentar características sensoriais similares aos produtos de trigo. Machado (1996) em seu estudo objetivou avaliar a qualidade de pães de farinha de arroz, sem glúten, em função da quantidade de fermento, quantidade de água, proporção pasta/farinha e tempo de fermentação. Os resultados indicaram que

13 28 o volume apresenta uma relação direta com a quantidade de água e indireta com a proporção pasta/farinha. A melhor textura do miolo dos pães de farinha de arroz pode ser obtida nas seguintes condições: maior quantidade de água ( %), menores quantidades de fermento (2,5%) e proporção pasta/farinha (10%). Portanto, para cada variável analisada tem uma formulação na qual a resposta é melhor, sendo assim, é necessário saber qual característica se quer melhorar. Kadan et al. (2001) formularam pães com farinha de arroz de grão longo, de grão curto e outra mistura de 90% grão longo e 10% grão curto e compararam com pão produzido com farinha de trigo. Os pães de farinha de arroz apresentaram maior umidade e menor volume específico do que o de trigo, indicando que o gás produzido na fermentação escapou durante o forneamento. A dureza do pão produzido com a farinha de arroz longo foi dez vezes maior do que a do pão de trigo. A substituição por 10% de farinha de arroz de grão curto diminuiu a dureza demonstrando que o cultivar tem influência significativa na produção de pão, com farinha de arroz. Para melhorar as características dos pães com farinha de arroz, podem ser adicionados diferentes aditivos (isolados ou em conjunto) na formulação, numa tentativa de melhorar sua qualidade tecnológica, aumentando a retenção de gás e conseqüentemente melhorando o volume e a textura do pão Uso de Hidrocolóides na panificação com farinha de arroz Os aditivos mais utilizados encontrados na literatura para a fabricação de pães isentos de glúten são: gomas (guar, xantana), emulsificantes (gliceril monoestearato, GMS; polioxietilenoestearato, mono e diglicerídeos; estearoillactatos) e hidrocolóides (metilcelulose, MC; carboximetilcelulose, CMC; hidroxipropilmetilcelulose, HPMC), além de pentosanas, amidos modificados, pré gelatinizados ou extrusados, pectinas, albumina (clara de ovo), leite em pó e bicarbonato de sódio, entre outros (GALLAGHER, GORMLEY e ARENDT, 2004). Os hidrocolóides são adicionados nos pães sem glúten como substituto do glúten, pois essas gomas poderiam agir como substâncias poliméricas que imitam as propriedades viscoelásticas do glúten na massa com farinha de trigo (MOORE et al., 2004). A adição de hidrocolóides tem permitido a produção de pães com farinha de

14 29 arroz com volume especifico comparável ao de pão de trigo, no entanto as características sensoriais, aparência e textura ainda são inferiores. Nishita et al. (1976) testaram a adição de várias gomas (locuste, guar, carragena, xantana e o hidroxipropilmetilcelulose - HPMC) para desenvolver um pão a base de farinha de arroz. O pão com melhor resultado foi obtido com o HPMC, que foi capaz de reter os gases produzidos na fermentação e liberar a água necessária para a gelatinização do amido durante o cozimento do pão, obtendo-se pão com bom volume. Por outro lado, Lazaridou et al. (2007), que também avaliaram a adição de uma variedade de hidrocolóides, incluindo pectina, carboximetilcelulose, agarose, xantana e β-glucana de aveia, na formulação de pães sem glúten baseados em farinha de arroz, amido de milho e caseinato de sódio e verificaram que a goma xantana favoreceu a maior absorção de água entre todos os hidrocolóides, no entanto o volume específico não mudou com a adição de 1% de xantana e diminuiu com a adição de 2% de xantana. Os autores concluíram que de maneira geral, dentro das características avaliadas, a xantana foi a que apresentou melhores resultados, seguida por carboximetilcelulose, pectina, agarose e por último a β- glucana. Sivaramakrishnan, Senge e Chattopadhyay (2004), avaliaram a adição de 1,5; 3,0 e 4,5% de HPMC à farinha de arroz e encontraram que com 3% de adição, a altura dos pães foi máxima e com 4,5% diminuiu, pois houve grande expansão fazendo com que a massa transbordasse da forma. A perda de umidade dos pães foi menor com 3% de HPMC. McCarthy et al. (2005) utilizaram a metodologia de superfície de resposta para avaliar o desenvolvimento do pão sem glúten, variando a adição de HPMC e água. Eles concluíram que o método de superfície de resposta foi aplicado com sucesso para otimizar os níveis de HPMC e água adicionados. A água teve maior efeito na qualidade do pão sem glúten, onde aumentando a quantidade de água adicionada, aumentava o volume especifico do pão e diminuía a firmeza do miolo.

15 Uso de produtos lácteos e ovos na panificação com farinha de arroz A adição de produtos lácteos e ovos em panificação também têm sido bastante utilizada, pois suas proteínas são ingredientes altamente funcionais e podem ser facilmente incorporados a massa. Esses produtos podem ser usados em pães para aumentar os benefícios nutricionais e funcionais, tendo um efeito significativo em pães sem glúten, resultando em produtos com maior volume, melhor textura, aparência e atributos sensoriais (GALLAGHER et al., 2003; MOORE et al., 2004). De acordo com Stathopoulos (2008) os produtos lácteos mais usados na produção de pão sem glúten são o caseinato, leite desnatado em pó, leite em pó, proteínas do soro do leite concentrado e isolados protéicos de leite. Gallagher, Gormley e Arendt (2003) realizaram estudo onde avaliaram a adição de vários produtos lácteos na formulação de pães sem glúten para investigar seus efeitos nas características de panificação e propriedades do miolo. Os autores verificaram que os pães com a adição de produtos lácteos de maior teor protéico resultaram em pães com menor volume específico e maior dureza do miolo. López, Pereira e Junqueira (2004) estudaram o uso de uma mistura variando as concentrações de amido de milho, amido de mandioca, farinha de arroz e farinha de milho, adicionando ainda leite em pó, ovo em pó e goma xantana, para a produção de pão sem glúten. Os resultados indicaram que o pão produzido com farinha de arroz apresentou cor dourada e volume e estrutura satisfatórios, apesar da casca ser relativamente seca. O pão de amido de mandioca e o de farinha de arroz apresentaram menor volume específico (2,04 e 1,92 cm 3.g- 1, respectivamente) que o pão de amido de milho (2,53 cm 3.g -1 ). A análise sensorial revelou que o pão preparado com farinha de arroz foi considerado bom por 25% dos julgadores, regular por 33%, muito ruim por 17% e muito bom por apenas 8%. Sánchez, Osella e Torre (2004), usaram a metodologia de superfície de resposta (MSR) para otimizar pães sem glúten elaborados com farinha de soja e leite em pó, visando aumentar o seu conteúdo protéico. Os ingredientes da formulação foram amido de milho, amido de mandioca, farinha de arroz, margarina e HPMC. Foi observado que quando o conteúdo protéico do pão diminuiu de 10% para 3%, o volume específico aumentou de 3,2 para 4,6 cm 3.g -1. Gallagher et al. (2003) estudaram o efeito da adição de leite em pó (proteína de leite isolada) e amido de arroz na produção de pão sem glúten. Os resultados

16 31 indicaram que com a adição de isolado protéico de leite e amido de arroz foi possível obter pães com maior volume específico e melhor aparência e aceitabilidade do que o pão controle (amido de trigo e farinha sem glúten). Moore et at. (2004) estudaram a produção de pães sem glúten, com e sem adição de produtos lácteos. Foi utilizada uma mistura comercial de farinha sem glúten contendo amido de trigo, sólidos de leite, amido de milho modificado, farinha de soja, glicose, sal, estabilizante, HPMC, ferro, tiamina, riboflavina e niacina. Para a produção do pão isento de glúten e sem produtos lácteos, foi utilizada farinha de arroz integral, farinha de trigo sarraceno, amido de milho e farinha de soja e para o pão sem glúten com lacticínios, foi utilizado farinha de arroz integral, amido de batata, amido de milho, farinha de soja, ovo e leite em pó desnatado. Para o volume específico dos pães, o maior volume foi obtido com a farinha comercial (2,83cm 3.g -1 ), seguido da sem glúten com produto lácteo (2,08 cm 3.g -1 ) e por último a farinha sem glúten e sem produto lácteo (1,87 cm 3.g -1 ). Em relação à textura, o pão produzido com a mistura comercial foi o mais macio, seguido do sem glúten sem produto lácteo e por último o sem glúten com produto lácteo. De acordo com os autores, a firmeza significativamente maior no pão sem glúten produzido com adição de produto lácteo quando comparado ao produzido com a mistura comercial, reflete o maior teor de proteína na fórmula Uso de enzimas na panificação com farinha de arroz Além dos aditivos citados para uso na panificação sem glúten, têm-se utilizado também as enzimas. Uma das enzimas mais utilizadas em panificação são as amilases (GIMÉNEZ et al., 2007; HAROS; ROSELL; BENEDITO, 2002; LEÓN; DURÁN; BARBER, 2002). Além desta, recentemente vêm sendo introduzidas novas enzimas na tecnologia de panificação, dentre as quais podemos destacar as hemicelulases, as glicose-oxidases, as xilanases, as lipases e as proteases (VAN DER MAAREL et al., 2002). A adição das enzimas em panificação tem como objetivo melhorar as características reológicas da massa, atuando nas moléculas do amido ou das proteínas, principalmente, aumentando o volume do pão, a vida útil e melhorando a estrutura do miolo (POUTANEN, 1997; HASAN, SHAH e HAMEED, 2006).

17 32 De acordo com Nunes (2008), estudos mostram que, atualmente, as enzimas são muito usadas na panificação por serem capazes de preservar o frescor e a cor do miolo do pão, aperfeiçoar propriedades de elasticidade e extensibilidade da massa, aumentar o volume do pão e, desta forma, aumentar a vida de prateleira sem comprometer a qualidade do produto final. Recentemente, há avanços no entendimento da função específica das enzimas existentes no processo de panificação. Com isso, desenvolveram-se novas enzimas para panificação em forma pura ou misturas completas de enzimas com outros ingredientes funcionais (melhoradores de pão). Segundo Van Dam e Hille (1992), as enzimas para panificação contidas nos melhoradores de pão são preparados específicos, capazes de produzir os efeitos tecnológicos desejados na panificação, modificando os ingredientes da massa, como o amido, as proteínas, a hemicelulose, os açúcares, etc. As principais razões para a suplementação de farinhas com amilase foram citadas por Nunes (2008): aumento do nível de açúcares fermentáveis presente na massa, melhorador da coloração da casca, aroma do pão, capacidade de retenção de gás na massa, capacidade de retenção de umidade no miolo e envelhecimento retardado do pão. Rosell e Marco (2008) relatam que diferentemente da farinha de trigo, a farinha de arroz não responde à presença de condicionadores de massa ou enzimas, provavelmente devido a natureza hidrofóbica das proteínas do arroz. No entanto, estudos recentes têm demonstrado a utilidade de algumas enzimas no processamento de pão de arroz. GUJRAL et al. (2003) e GUJRAL, HAROS e ROSELL (2003) verificaram que a adição de ciclodextrina glicosil transferase favoreceu a produção de pães com miolo mais macio e prolongou a vida de prateleira. Outra enzima que tem grande potencial na formulação de pão sem glúten é a glicose oxidase. Esta enzima modifica a proteína da farinha de arroz através da diminuição da concentração dos grupos tiol e amino, promovendo a formação de uma rede protéica através da formação de pontes dissulfídicas inter e intramoleculares entre as proteínas do arroz (GUJRAL e ROSELL, 2004a).

18 Transglutaminase Um dos objetivos da moderna tecnologia de alimentos é gerar novos alimentos com características que satisfaçam o consumidor, usando apenas uma limitada variedade de ingredientes. As proteínas são uma dessas classes de moléculas que pode ser utilizada para conferir atributos de textura, e a ligação cruzada e agregação de moléculas de proteína têm sido citada com um dos mais importantes mecanismos para a estruturação de alimentos com propriedades mecânicas desejáveis (GERRARD, 2002). A transglutaminase é uma -glutamil-transferase que catalisa a reação entre um grupo -amino dos resíduos de lisina e um grupo -carboxiamida nos resíduos de glutamina e uma variedade de aminas primárias, levando a uma ligação cruzada covalente das proteínas (MOTOKI e SEGURO, 1998) o que converte proteínas solúveis em polímeros insolúveis de alto peso molecular (LARRÉ et al., 2000). Essa conversão faz com que essas proteínas apresentem capacidade de retenção de ar durante a fermentação, papel semelhante ao desempenhado pelo glúten. A Fig. 1 exemplifica as reações catalisadas pela transglutaminase. Primeiramente, a transglutaminase pode catalisar a reação de acil-transferência entre os grupos -carboxiamida dos resíduos glutamínicos ligados em proteína ou peptídeos e aminas primárias (Fig. 1a). Essa reação pode ser usada para introduzir lisina às proteínas, melhorando assim, o desempenho das proteínas (melhoramento nutricional). Quando a transglutaminase usa os grupos -amínicos dos resíduos de lisina ligados em proteína como receptores de acil, formam-se ligações cruzadas - (-Glu)Lys intermoleculares e intramoleculares (Fig. 1b). Essa reação causa a ligação cruzada das moléculas de frações dessas matérias. Até agora a maioria das enzimas industriais, como amilases e proteases, quebram o substrato em pequenos compostos. Entretanto, a transglutaminase é um tipo diferente de enzima, que cria moléculas maiores a partir de pequenos substratos protéicos através da reação de ligação cruzada. Finalmente, quando não há aminas primárias, a água age como acil receptor e os resíduos de glutamina são desaminados (Fig. 1c). A transglutaminase da Ajinomoto, derivada de microrganismo (Streptoverticillium sp.) é apresentada como sendo uma cadeia simples de polipeptídios, com peso molecular de aproximadamente e consistindo de 331 aminoácidos. Um resíduo de cisteína fica alocado no centro ativo da enzima. O

19 grupo SH da cisteína é envolvido na reação catalítica da transglutaminase (Folder informativo da Ajinomoto). 34 Figura 1: Reações catalisadas pela transglutaminase Fonte: Kuraishi, Yamazaki, Susa, Existem vários alimentos em que a transglutaminase tem sido empregada com muito sucesso, tais como frutos do mar, surimi, carne, laticínios, produtos de panificação, molhos, gelatina e massas. Os efeitos da transglutaminase em laticínios têm sido extensivamente estudados (KURAISHI, YAMAZAKI e SUSA, 2001) e a caseína tem demonstrado ser um ótimo substrato para a enzima (DICKINSON e YAMAMOTO, 1996). Em todos os produtos onde a enzima tem sido utilizada, tem sido relatado melhora na firmeza, elasticidade, capacidade de retenção de água e estabilidade ao calor (KURAISHI, YAMAZAKI e SUSA, 2001). De acordo com Kuraishi, Yamazaki e Susa (2001) as primeiras observações em relação ao uso de transglutaminase em produtos de panificação foram realizadas por Gottmann et al. em Eles encontraram que a estabilidade da massa e o volume do pão melhoraram com a adição da enzima. A transglutaminase age nas proteínas do glúten induzindo a formação de polímeros de alto peso molecular, apesar do baixo teor de lisina nas proteínas do glúten. A formação de ligações cruzadas reforça a estrutura da rede e modifica a viscoelasticidade do glúten. Comparado com outros cereais, o arroz tem maior conteúdo de lisina e sua glutelina tem um perfil de aminoácidos mais balanceado do que a prolamina do trigo, a qual é deficiente em lisina e triptofano (GUJRAL e ROSELL, 2004a). Renzetti,

20 35 Bello e Arendt (2008) pesquisaram o efeito da TGase em diferentes farinhas e encontraram que a farinha de trigo e de arroz foram os melhores substratos para ação da enzima. Gujral e Rosell (2004b) e Moore et al. (2006) descrevem que a ligação cruzada formada após adição de TGase em farinha de arroz, resultou em uma massa com melhor comportamento elástico e viscoso, o que melhorou a capacidade de retenção de gás durante o forneamento da massa, resultando em pão com maior volume específico e força da massa. Segundo Renzetti, Bello e Arendt (2008), um aumento na resistência a deformação e maior grau de elasticidade ao mesmo tempo em que a viscosidade inicial aumenta, é indício da formação de uma rede de proteína e/ou aglomerados de proteína por ligações cruzadas covalentes. Gujral e Rosell (2004b) verificaram aumento de 46% no volume específico de pão com farinha de arroz quando foi adicionado 11U de TGase/ g de proteína. No entanto quando adicionaram maior quantidade, houve uma diminuição no volume. O mesmo efeito foi observado na dureza do pão, onde quando adicionaram 11U de TGase houve diminuição na dureza, e maior quantidade da enzima promoveu um aumento. Marco e Rosell (2008c) não verificaram alteração no volume específico do pão de farinha de arroz quando a TGase foi adicionada (7,5U/g de proteína). No entanto houve mudanças no perfil de textura do pão, onde aumentou a dureza e a mastigabilidade. Outros experimentos demonstram que essa enzima também apresenta capacidade de aperfeiçoar a atividade emulsificante (MARCO e ROSELL, 2008a,b) e capacidade de absorção de água (MARCO e ROSELL, 2008a,b; RENZETTI, BELLO e ARENDT, 2008) das proteínas dos alimentos. Dessa forma, é possível a utilização de farinhas alternativas na panificação, assim como, influenciar muitas propriedades dos alimentos, tais como, textura, viscosidade, solubilidade, emulsificação e geleificação. Quando considera-se a adição de transglutaminase na panificação, a adição de fontes de proteína externas tem sido sugerido para aumentar a quantidade de resíduos de lisina, que é o fator limitante da reação de ligação cruzada. Algumas fontes de proteína exógena são a farinha de soja, leite em pó desnatado, ovo em pó entre outras (ROSELL e MARCO, 2008). Moore et al. (2006) avaliaram o impacto de proteínas de várias fontes (leite em pó desnatado, farinha de soja e ovo em pó) combinadas com diferentes níveis de

21 36 adição de TGase (0; 0,1, 1 e 10 U de TGase/g de proteína) na qualidade de pães sem glúten elaborados com farinha de arroz, amido de batata, farinha de milho e goma xantana. Os testes de panificação demonstraram que a TGase teve efeito no volume especifico do pão, sendo que o leite em pó desnatado com 10U de enzima obteve a estrutura mais compacta, que refletiu na textura do miolo. Assim, os autores concluíram que é possível formar rede de proteína em pão sem glúten com adição de TGase. No entanto, a eficiência da enzima é dependente da fonte e do nível da concentração da enzima. A formação desta rede de proteína pode melhorar o volume, as características do miolo, aparência e qualidade geral de pães isentos de glúten. Marco e Rosell (2008c) avaliaram a adição de HPMC, isolado protéico de soja e transglutaminase na formulação de pães de farinha de arroz. Os resultados demonstraram que a presença de proteína de soja misturada a farinha de arroz produziu uma diminuição significativa no volume específico do pão (de 2,00 para 1,59 cm 3.g -1 ) e que a adição de HPMC produziu um aumento no volume específico (de 2,00 para 2,71 cm 3.g -1 ). A presença de transglutaminase não modificou o volume. Em relação à textura, a adição de HPMC produziu diminuição significativa na dureza do miolo, mas a adição de proteína de soja aumentou a dureza, assim como todas as amostras que continham transglutaminase. O pão com proteína de soja e HPMC também apresentou maior adesividade. A especificidade da enzima sugere que em misturas de proteínas, certas proteínas vão reagir mais eficientemente que outras (GERRARD, 2002). O uso de transglutaminase permite a produção de alimentos protéicos com maior qualidade nutricional, através da ligação cruzada de diferentes proteínas contendo aminoácidos complementares (ZHU et al., 1995 apud KURAISHI, YAMAZAKI, SUSA, 2001). Essa ligação cruzada não reduz a qualidade nutricional dos alimentos uma vez que a lisina continua disponível para a digestão (SEGURO et al., 1996). A incorporação de ligações intra ou inter-moleculares em alimentos protéicos parece ser viável para o melhoramento das propriedades físicas e de textura de muitos produtos. Existem procedimentos químicos e enzimáticos para introduzir ligações cruzadas covalentes em proteínas, porém, devido à origem natural da enzima e sua alta especificidade pelo substrato, o procedimento

22 enzimático é mais aceitável, por autoridades regulatórias e pelo consumidor (NUNES, 2008). 37

23 38 3 MATERIAL E MÉTODOS Foram realizados dois experimentos visando o estudo e a aplicação da enzima transglutaminase em panificação com farinha de arroz. A Transglutaminase Activa STG-M (27U/g) utilizada foi cedida pela Ajinomoto Co. O melhorador de pão utilizado foi da marca Puratos e continha amido de milho e amilase. Outros ingredientes para produção dos pães foram adquiridos no comércio local. A farinha de arroz foi elaborada a partir de grãos descascados e polidos em engenho de provas e moída em moinho de martelo até um tamanho de partícula pequeno o suficiente para passar em uma peneira de 70 mesh. Em seguida a farinha foi envasada em recipientes de vidro e armazenada em ambiente com temperatura controlada a 17 C. Os experimentos foram realizados no Laboratório de Pós-Colheita, Industrialização e Qualidade de Grãos do Departamento de Ciência e Tecnologia Agroindustrial FAEM e no Laboratório de Análise Sensorial do Departamento de Ciência dos Alimentos, ambos da Universidade Federal de Pelotas. 3.1 Delineamentos Experimentais Experimento 1 - Aplicação de transglutaminase na panificação com farinha de arroz de diferentes teores de amilose O experimento 1 visou a combinação da aplicação de quatro concentrações de transglutaminase na panificação de farinhas de arroz com três teores de amilose, segundo o delineamento inteiramente casualisado. Os tratamentos com suas respectivas avaliações são apresentados na (tab. 1). Foram utilizadas farinhas das cultivares de arroz Motti, Sasanishiki e IRGA- 417, com teores baixo, médio e alto de amilose, respectivamente, cultivadas na região Sul do Brasil na safra de 2007/2008.

24 39 Tabela 1 - Delineamento experimental do Experimento 1 Tratamentos Variáveis Independentes Variáveis Dependentes Amilose* (%) TGase ** 1 0,0 2 0,5 Alta 3 1,0 4 1,5 5 0,0 6 0,5 Média 7 1,0 8 1,5 9 0,0 10 0,5 Baixa 11 1,0 Composição centesimal Frações da proteína Capacidade de absorção de água Parâmetros viscoamilográficos Panificação Textura da massa crua Textura do pão Volume específico Perda de peso ao assar Análise Sensorial 12 1,5 * Teor de amilose da farinha de arroz ** TGase = %TG em base da farinha Experimento 2 - Aplicação de transglutaminase e de duas fontes de proteína (caseína e albumina) na panificação com farinha de arroz de alto teor de amilose. O experimento 2 visou a aplicação de transglutaminase e de duas fontes de proteína (caseína e albumina) na panificação de farinha de arroz com alto teor de amilose. O estudo constou de 16 tratamentos formados pelas combinações dos níveis de três variáveis (TGase, Albumina e Caseína) segundo o delineamento central composto ortogonal com dois pontos centrais (tab. 2). Foi utilizada farinha da cultivar IRGA-417 (alta amilose), cultivada na região sul do Brasil na safra de 2007/2008, pois esta foi a que produziu melhores pães no experimento 1. A caseína (pura) utilizada foi da marca Synth e a albumina da marca

25 Neo Nutri, contendo 80% de proteína e 975mg de sódio /100g do produto comercial (clara de ovo desidratada e pasteurizada). 40 Tabela 2 Definição dos tratamentos do experimento no delineamento central composto ortogonal para três variáveis Variáveis Variáveis independentes dependentes Tratamentos Variáveis codificadas V1 V2 V3 Tgase (U/g ptn) Variáveis reais Albumina (g/100g) Caseína (g/100g) ,35 0,67 0, ,35 0,67 5, ,35 5,32 0, ,35 5,32 5, ,65 0,67 0, ,65 0,67 5, ,65 5,32 0, ,65 5,32 5,32 9* * * Pontos centrais; ptn = proteína TGase = transglutaminase Frações da proteína Capacidade de absorção de água Parâmetros viscoamilográficos Panificação Textura da massa crua Textura do pão Volume específico Perda de peso ao assar

26 Elaboração dos pães Os pães foram elaborados de acordo com as especificações descritas nas tab. 3 (experimento 1) e tab. 4 (experimento 2). A quantidade de água adicionada a cada farinha foi determinada através de testes preliminares, onde se verificou a textura da massa e o volume dos pães. Tabela 3 - Formulação dos pães com farinha de arroz de alta, média e baixa amilose. Ingrediente Amilose Alta Média Baixa Farinha de Arroz (g) Açúcar (%)* Sal (%) Fermento (%) Óleo de soja (%) Melhorador (%) Goma Xantana (%) TGase (%) 0; 0,5; 1,0 e 1,5 0; 0,5; 1,0 e 1,5 0; 0,5; 1,0 e 1,5 Água (ml) TGase = transglutaminase * Percentual em relação ao peso da farinha Para o produção dos pães do experimento 1, foi preparada uma pré-mistura de 10g da farinha em 55mL da água, que foi levada ao fogo até gelatinizar o amido formando uma pasta (MACHADO, 1996). Após o resfriamento da pasta, esta foi adicionada ao restante dos ingredientes. No experimento 2 todos os ingredientes foram adicionados de uma só vez. A massa foi batida em batedeira planetária durante 10 minutos em velocidade média e foi colocada em formas de 7cm de largura, 14cm de comprimento e 4,3cm de altura, mantidas em estufa a 38 C por 90 minutos para fermentação e assadas em forno a 200 C por aproximadamente 40 minutos. Após foram desenformadas e resfriadas por uma hora antes das avaliações.

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