ESTUDO DAS VARIAÇÕES DOS PADRÕES DE UREASE E PROTEÍNA SOLÚVEL DA SOJA DESATIVADA VISANDO UMA REDUÇÃO NO TEMPO DE PROCESSAMENTO

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1 3 ESTUDO DAS VARIAÇÕES DOS PADRÕES DE UREASE E PROTEÍNA SOLÚVEL DA SOJA DESATIVADA VISANDO UMA REDUÇÃO NO TEMPO DE PROCESSAMENTO Mirian Mella 1 Fabíola Brancher Sauter 2 RESUMO A soja é muito utilizada em rações animais, porém ela possui fatores antinutricionais que são danosos ao organismo de suínos e aves. Estes fatores são inativados (desativados) através de tratamento térmico. Determinase a permanência destes fatores através das análises de Urease e Proteína Solúvel em Hidróxido de Potássio (KOH). O trabalho buscou identificar, através de uma monitoria utilizando estas análises, uma possível redução no tempo de processamento da soja visando um ganho de produtividade. O tempo normal do processo era de 14 minutos de aquecimento com vácuo, mais 10 minutos em alívio (descanso) para retirada de vapor. Foram realizados testes com reduções para 13 minutos de aquecimento mais 10 em alívio, 12 minutos de aquecimento mais 10 em alívio e 11 minutos de aquecimento mais 10 em alívio. Cada redução teve 15 amostras coletadas totalizando 45 amostras de soja desativada. A partir dos resultados obtidos, e dos parâmetros de variações observados, sugere-se mudar o padrão de tempo de tostagem atual para 12 minutos de aquecimento mais 10 em alívio, gerando uma matéria-prima de melhor qualidade para fabricação de rações e um ganho de produtividade. Palavras-chave: Soja, desativação, urease, proteína solúvel em KOH. 1 INTRODUÇÃO Devido ao desenvolvimento de novos produtos proteicos procedentes da soja na alimentação humana, nutricionistas perceberam que isso poderia ser empregado em vários tipos de criações animais. Como suas qualidades nutricionais, facilidade de adaptação em 1 Aluna do curso Técnico em Química, Centro Universitário UNIVATES, Lajeado/RS. mirianmella@universo.univates.br 2 Engenheira de Alimentos, Universidade do Vale do Rio dos Sinos UNISINOS. Especialização em Produção, Higiene e Tecnologia de Alimentos de Origem Animal, Av. Unisinos, Cristo Rei, São Leopoldo - RS, , RS Brasil. fabibran@yahoo.com.br

2 4 diversas regiões do globo, alta produção e facilidade de cultivo, a soja tende a ser um dos alimentos para a população do futuro. Ela possui alto teor proteico e alto valor energético, porém também possui alguns fatores antinutricionais em sua composição que impedem sua utilização in natura na formulação de rações animais para suínos e aves (BELLAVER e SNIZEK, 1998). Para inibir estes fatores a soja passa por um tratamento térmico (desativação) a fim de desativar tais compostos, provocando a ruptura da parede celular do grão, liberando a proteína enclausurada, o que resulta no aumento do aproveitamento proteico (MENDES, 2004 apud SIVEIRA e SOUSA, 2007). É possível determinar se estes fatores permanecem na soja após o tratamento térmico através da análise de Atividade Ureática (urease). Esta análise determina os fatores antinutricionais do grão de soja. Sua metodologia consiste em determinar a atividade da enzima urease, que está presente no grão de soja e só é destruída pela ação do calor. A urease e os fatores antinutricionais estão correlacionados, pois são termolábeis, destruídos pelo calor. Assim com a inativação da enzima urease os fatores antinutricionais passariam a ser destruídos. Por tanto, com esta análise determina-se a eficiência do processamento térmico na inativação dos fatores antinutricionais do grão de soja (RUNHO, 2001). Um aquecimento inadequado durante o processo de desativação da soja mantém os fatores antinutricionais, ao passo que o superaquecimento causa redução da digestibilidade dos aminoácidos (MENDES, 2004 apud SIVEIRA e SOUSA, 2007). Assim controla-se o aquecimento adequado da análise da Solubilidade da Proteína em Hidróxido de Potássio (KOH). A proteína solúvel é aquela que o organismo animal poderá absorver, ou seja, quanto maior a quantidade de proteína solúvel melhor disponibilidade de proteína e aminoácidos para o animal (RUNHO, 2001). O grão de soja pode apresentar toda sua proteína bruta solúvel em KOH. Mas com o tratamento térmico que destrói os fatores antinutricionais pode ocorrer uma queda na proteína solúvel e assim uma queda na disponibilidade de proteína e aminoácidos para os animais (RUNHO, 2001).

3 5 A indústria está preocupada com o aumento da produtividade, com a redução de custos e aumento da lucratividade, com isso o presente estudo tem como objetivo avaliar resultados de urease juntamente com a solubilidade, buscando uma possível mudança no tempo do processamento da soja desativada na unidade fabril de estudo. 2 METODOLOGIA 2.1 Empresa O experimento foi conduzido em uma fábrica de rações do Vale do Taquari, Rio Grande do Sul, construída em uma área de m², com 52 funcionários em sua área produtiva. A fábrica produz 1600 toneladas de ração animal por dia, com uma carga horária de 8 horas diárias, operando de segunda a sábado. 2.2 Descrição do processo de desativação da soja O processo de fabricação da empresa é automatizado. O digestor é abastecido através de um silo medidor (5 toneladas) previamente suprido por um silo alimentador (Manual Técnico da empresa). Programa-se o tempo de tostagem e em seguida injeta-se vapor durante 14 minutos até que a temperatura atinja 110 C e a pressão 4 kgf/cm 2. Após isso, a soja permanece por 10 minutos em alívio. Neste momento é aberta uma válvula por onde o vapor sai. O alívio tem a finalidade de retirar o vapor que anteriormente foi injetado no digestor e de manter o controle de umidade. Com o tempo de alívio a temperatura abaixa, facilitando o resfriamento (quanto mais quente mais difícil de resfriar). Terminado o tempo de processamento no digestor, a soja segue para o resfriador e em seguida segue para o descasque (processamento para utilização na ração) ou para silos de armazenagem (Manual Técnico da empresa). Na Figura 1 temos o fluxograma com as principais etapas do processo de desativação da soja.

4 6 Figura 1 Fluxograma do processo de desativação da soja Silo alimentador (soja bruta) Silo medidor (5 toneladas) Digestor: ocorre a desativação da soja Resfriador (ponto de coleta das amostras) Silos de armazenagem de soja Descascador de soja Fonte: Autoria do artigo. 2.3 Amostragem e coleta da soja Para o desenvolvimento do experimento foram realizadas bateladas no digestor com tempos de tostagem diferentes. As amostras foram coletadas no resfriador e enumeradas. Foi acompanhado durante a realização do estudo a entrada de vapor, libras do digestor, pressão da caldeira e a temperatura de processamento. Após a coleta as amostras foram encaminhadas para a moagem no laboratório bromatológico da empresa e posterior análise. 2.4 Análise As metodologias utilizadas nas análises seguem as Normas do Guia de Métodos Analíticos Compêndio Brasileiro de Alimentação Animal (BRASIL, 2009).

5 7 As análises foram realizadas em duplicata com a redução do tempo de tostagem de 14 minutos para 13, 12 e 11 minutos, sendo que cada redução de tempo teve 15 amostras coletadas. A moagem foi realizada na granulometria de 0,5 milímetros necessária para a realização das análises de Urease e Proteína Solúvel em Hidróxido de Potássio. Na análise de urease pesou-se por duas vezes 0,2g (± 0,0005) da amostra em tubos de centrífuga, utilizando balança analítica, para obter-se a diferença de ph. Na primeira amostra adicionou-se 10 ml de solução tampão fosfato com ph ajustado para 7,0, agitou-se e em seguida colocou-se em banho-maria a 30ºC por 30 minutos com agitação a cada intervalo de 5 minutos. Este é o branco da amostra. Na segunda amostra adicionou-se 10 ml de solução tampão com ureia dando sequência ao mesmo processo da amostra anterior. Com valor da diferença de ph entre a primeira e a segunda amostra obtêm-se o valor de urease da soja. Para a realização da análise de Proteína Solúvel, pesou-se 2g (± 0,0005) da amostra em erlenmeyer de 250 ml utilizando balança analítica. Agitou-se por 20 minutos com a adição de 100 ml de KOH 0,036N, centrifugou-se por 10 minutos e após pipetou-se 20 ml para tubos de digestão (frascos Kjeldahl), adicionou-se pastilha catalítica (sulfato de potássio, sulfato de cobre II e dióxido de titânio) mais 12 ml de ácido sulfúrico (H 2 SO 4 ), em seguida iniciou-se a digestão (queima da proteína) no bloco digestor por duas horas a uma temperatura de até 400º C. Retirou-se as amostras, deixou-se esfriar para a adição de 50 ml de água, após levou-se as amostras para o aparelho de destilação de nitrogênio para realizar a titulação pelo método Kjeldahl. Nesta análise é realizado um controle de metodologia através da utilização de um farelo de soja padrão selecionado, onde são observados os valores pelo programa interlaboratorial da empresa. 2.5 Método Kjeldahl para proteína solúvel em KOH Em 1883 o cientista Johan Kjeldahl descobriu e publicou o método. Este método determina o nitrogênio presente na amostra, baseia-se em: digestão; destilação e titulação (PATTO, 2008).

6 Digestão A digestão ocorre durante o aquecimento da amostra. Ela tem por objetivo a quebra de ligações orgânicas e a conversão de nitrogênio em amônia. Para a digestão da proteína é adicionado na amostra ácido sulfúrico concentrado e uma pastilha catalítica com uma composição de sais (sulfato de potássio e/ou sódio) mais catalisadora (Hg, Se, Cu, ou Ti), essa pastilha auxilia no aumento da temperatura da digestão (em torno de 400 C) proporcionando uma digestão mais rápida e eficiente (PATTO, 2008). O nitrogênio presente na solução ácida resultante é determinado através de destilação por arraste de vapor, seguida de titulação com ácido padronizado (PATTO, 2008) Destilação A destilação tem por objetivo arrastar a amônia do frasco de digestão para uma solução receptora. O nitrogênio da proteína é reduzido e transformado em sulfato de amônia. Adiciona-se hidróxido de sódio (NaOH) concentrado e aquece-se para a liberação da amônia. A Amônia é volátil sendo assim ela é capturada com uma solução de recolhimento (ácido bórico 4 % com titulação direta). Com a adição de ácido bórico forma-se o borato de amônia (PATTO, 2008) Titulação A titulação é feita automaticamente por potenciômetro. Utiliza-se ácido sulfúrico padronizado para a titulação. O borato de amônia formado na destilação é dosado com uma solução ácida (ácido sulfúrico) padronizada (PATTO, 2008). Para a obtenção da porcentagem de proteína solúvel além da determinação de nitrogênio necessita-se do valor de proteína bruta presente na soja, este por sua vez foi obtido pela leitura da amostra em aparelho Espectrômetro NIR. 2.6 Espectrômetro NIR para leitura de proteína bruta

7 9 O espectrômetro NIR é um equipamento de alta precisão que efetua análises de alimentos usando o princípio de emissão de radiação eletromagnética. A energia radiante do infravermelho (IV) é empregada para caracterizar substâncias orgânicas (SALMAN et al., 2010). O espectro necessita de um banco de dados com diversas amostras de mesmo tipo com ampla variabilidade de componentes para montagem da curva de precisão. São feitas leituras espectrais em diferentes comprimentos de onda na amostra para estabelecer uma relação entre o resultado das análises tradicionais e os espectros conseguidos. O método NIRS possibilita analisar os componentes orgânicos de uma amostra desde que tenha um banco de dados amplo suficiente para reconhecer as variações do material analisado (SALMAN et al., 2010). A amostra é colocada em uma célula, esta é colocada no equipamento que fará sua análise buscando as informações de seu banco de dados. Assim obteve-se o valor da proteína bruta. 3 RESULTADOS E DISCUSSÕES Tabela 1 resultados das análises de urease e solubilidade. Informações min min 12+10min 11+10min Média de urease (ph) Desvio padrão de urease (ph) Valor máximo de urease (ph) Valor mínimo de urease (ph) Média de solubilidade (%) Desvio padrão de solubilidade (%) Valor máximo de solubilidade (%) Valor mínimo de solubilidade (%) Média da temperatura de tostagem(⁰c) Fonte: Autoria do artigo. 0,03 0,02 0,03 0,11 0,02 0,02 0,02 0,08 0,06 0,05 0,10 0,25 0,01 0,01 0,01 0,02 83,73 83,40 85,07 88,57 4,38 4,94 2,44 3,26 90,64 90,73 87,80 92,66 77,20 76,9 80,2 78,

8 10 Na tabela 1 estão representados os valores médios, máximo e mínimo e o desvio padrão encontrados em cada tempo testado e também o tempo utilizado (14 min). Valores estes das análises de urease e solubilidade (proteína solúvel) e ainda a média das temperaturas de tostagem. Como pode-se observar nos Gráficos 1 e 2 reduzindo o tempo de tostagem para 13 minutos os padrões de solubilidade e urease foram alcançados, porém a solubilidade é mais baixa, próxima ao limite e a urease muito próximo a zero, indicando que pode haver uma tostagem excessiva. O que não apresentou grandes mudanças se comparados os valores ao tempo atual de 14 minutos que estão representados na tabela 1. Quando a urease chega a zero, há perdas nutricionais. Em 12 minutos de tostagem os resultados foram satisfatórios, pois a solubilidade ficou dentro do padrão e a urease também. No tempo de 11 minutos a solubilidade aumenta, com a urease ocorre o mesmo o que acaba deixando a soja processada fora dos padrões. O grão de soja cru apresenta urease de 2,0 a 2,5 (BUTOLO, 2002 apud LIMA et al., 2011). Segundo Anfar (1998), a soja utilizada em rações de monogástricos deve ter valor máximo de uréase de 0,20 (ΔpH). A Indústria Americana da Soja recomenda urease de 0,05 a 0,20 (BELLAVER e SNIZEK, 1999). Para o Brasil as indústrias estabelecem em média valores entre 0,03 e 0,16 (GOLDFLUS, 2001 apud LIMA et al., 2011). Mas na legislação federal (portaria n 7, de 09 de novembro de 1988) encontra-se valores de urease entre 0,05 e 0,30 para utilização do farelo de soja na alimentação animal. Quanto a valores de solubilidade, segundo Brumano (2004) apud Lima et al. (2011), para um adequado processamento da soja os valores devem ficar entre 75 e 90%. Na literatura de Butolo (2002) apud Lima et al. (2011), a solubilidade proteica mínima para a soja processada deve ser 77%. Segundo a portaria n 7, de 09 de novembro de 1988 a solubilidade proteica mínima deve ser de 80% para a utilização do farelo de soja na alimentação animal. Na unidade fabril onde foi desenvolvido o trabalho, o padrão para a urease utilizado é de 0,00 a 0,10 e a solubilidade dever estar acima de 80%.

9 11 Gráfico 1 Variações da proteína solúvel em função dos tempos de tostagens % Fonte: Autoria do artigo. Gráfico 2 Variações da urease em função dos tempos de tostagens Fonte: Autoria do artigo. Nos Gráficos 3 e 4 temos as variações de temperatura de tostagem com os valores de urease e solubilidade encontrados. A temperatura diminui devido a menor entrada de vapor no digestor, onde o vapor diminui a cada tempo de tostagem. Esta condição não se mostrou adequada, pois a urease mostrou tendência a ser mais alta em temperaturas mais baixas e a solubilidade mostrou tendência a aumentar. Em relação ao monitoramento de entrada de vapores, libras do digestor e pressão da caldeira não foram observados resultados influentes.

10 12 Gráfico 3 Oscilações de temperatura e proteína solúvel % Fonte: Autoria do artigo. Gráfico 4 Oscilações de temperatura e urease Fonte: Autoria do artigo. Segundo Marsman et al. (1995) apud Lima et al. (2011), o adequado processo de extrusão aumenta a quebra das proteínas, com maior ação de enzimas digestivas, e o super processamento diminui o valor nutricional. A falta de aquecimento também é prejudicial, pois a soja contém fatores antinutricionais que interferem no processo digestivo de aves e suínos (SWICK, 1996 apud BELLAVER e SNIZEK, 1998).

11 13 4 CONSIDERAÇÕES FINAIS Com os resultados dos testes realizados sugere-se mudar o padrão de tempo de tostagem atual para 12 minutos de aquecimento mais 10 em alívio, gerando uma matériaprima de melhor qualidade para fabricação de rações animais. Essa redução do processo terá um ganho de 8,33% em relação ao tempo atual de 14 minutos mais 10 em alívio. Nos dias de hoje é de fundamental importância qualquer ganho de tempo nos processos fabris, isso tende a gerar maior produtividade e, consequentemente, lucratividade. Quanto a ganhos financeiros não é possível mensurar no momento. A empresa poderá obter ganhos com economia de vapor (redução do tempo) e com a qualidade da soja, mas isso em um período mais longo e com estudos mais aprofundados. 5 REFERÊNCIAS BELLAVER C.; SNIZEK J. P. N. Processamento da Soja e Suas Implicações na Alimentação de Suínos e Aves. Embrapa Suínos e Aves. Concórdia, Santa Catarina, Brasil, Disponível em: < Acesso em: 11 ago ANFAR Associacao Nacional dos Fabricantes de Racoes. Matérias-primas para a alimentação animal. Sao Paulo, BRASIL. Ministério da Agricultura e do Abastecimento. Sindicato Nacional da Indústria de Alimentação Animal. Associação Brasileira da Indústria de Alimentação Animal. Colégio Brasileiro de Nutrição Animal. Métodos analíticos. In: Compêndio Brasileiro de Alimentação Animal. São Paulo: Sindirações, BRUMANO G.; GATTÀS G. Soja Integral Extrusada na Alimentação de Aves e Suínos. Revista Eletrônica Nutritime, v.1, n 3, p , Departamento de Ciencias Animais. UFERSA, Mossoro, RN; Universidade Federal da Paraiba, CCA/UFPB. Areia, PB, Brasil, novembro/dezembro de Disponível em: < internosartigos014v1n3p134_146_nov2004.pdf>. Acesso em: 10 out PATTO R. Avanços Tecnológicos para Destilação Kjedal e Extração de Gordura e Espectroscopia no Infravermelho Próximo NIR. Serviços e Soluções do Produto Büqui. Manual Técnico Pensalab, 2008.

12 14 BRASIL. Ministério da Agricultura. Secretaria de Fiscalização Agropecuária. Portaria n 7, de 09 de novembro de RUNHO R. C. Farelo de Soja: Processamento e Qualidade. Departamento Técnico de Nutrição e Formulação, Poli Nutri Alimentos, Disponível em: < Acesso em: 02 ago SALMAN A. K. D.; et al. Metodologias para avaliação de alimentos para ruminantes domésticos. Porto Velho, Rondônia, Brasil, maio de Disponível em: < df>. Acesso em: 23 out LIMA M.R.; et al. Atividade Ureática. Revista Eletrônica Nutritime, artigo 145, vol. 08, número 05. p , Setembro/Outubro Disponível em: < Acesso em: 01 out SILVEIRA, C.O.; SOUZA, C.F. Variações do método de quantificação da proteína solúvel em soja desativada utilizada na alimentação animal. v.1, n.2, p Arroio do Meio, Rio Grande do Sul, Brasil, Disponível em: < Acesso em: 07 jun