EFEITO DE MICROONDAS NA SECAGEM DO TRIGO (T. aestivum, L.) E NA QUALIDADE REOLÓGICA DA FARINHA*

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1 EFEITO DE MICROONDAS NA SECAGEM DO TRIGO (T. aestivum, L.) E NA QUALIDADE REOLÓGICA DA FARINHA* Leandro Fernandes MONKS** Cristina Simões da COSTA*** Germano Jorge Dorneles SOARES **** RESUMO: O trabalho avalia o efeito das microondas na secagem do trigo (T. aestivum L.) e no comportamento reológico da farinha. Trigos colhidos nas umidades de 19-21% e 12%, condicionados a 16-18%, foram tratados com 1, 2 e 3 min de microondas ( W), seguidos ou não, de secagem estacionária (40±5ºC) até 13% de umidade. Os resultados demonstram que a secagem utilizando 3min de microondas diminui a temperatura de pasta (TP) em relação ao tratamento controle, antecipando a gelatinização do amido. A redução de viscosidade (RV) e a retrogradação (RG) diminuem gradativamente com o aumento da temperatura nos tratamentos. A partir de 1 min de microondas aumenta a viscosidade mínima (Vm). Os parâmetros viscosidade final (VF) e máxima inicial (VMI) não diferem entre as secagens, mas há uma tendência de aumento dos mesmos. Na análise alveográfica, a relação P/L e a força de glúten (W) aumentam (P<0,05) com o tempo de aplicação das microondas, enquanto que o volume de sedimentação SDS não diferiu entre os tratamentos. A ação das microondas na secagem dos grãos provoca a diminuição da extensibilidade da massa. PALAVRAS-CHAVE: Trigo; microondas; secagem; reologia. Introdução A farinha de trigo possui inúmeras aplicações; porém, 58% da produção mundial é consumida na forma de produtos cozidos em fornos, principalmente pães e diferentes tipos de massas. No Brasil, o consumo anual de trigo está em torno de 10 milhões de toneladas e aproximadamente 80% deste cereal estão destinadas à panificação e à fabricação de massa alimentícia 6. A qualidade da farinha de trigo depende basicamente de suas proteínas. Entre essas proteínas, destaca-se o glúten, que após o processo fermentativo de açúcares, retém o gás carbônico dentro da massa, produzindo pães com maior volume e melhor textura. Essa condição depende de propriedades reológicas importantes como elasticidade e extensibilidade 11. Outra propriedade reológica importante da farinha de trigo é a sua viscosidade, a qual reflete fundamentalmente o comportamento do amido. Assim, é necessário controlar o dano provocado pelo calor causado pelo processo de secagem porque este pode alterar de forma drástica a viscosidade do amido e o volume do pão 13; 17. Sistemas de aquecimento e resfriamento de solução de amido levam, primeiramente, à formação de géis e, posteriormente, com liberação de água, à retrogradação 10. Em geral, processos que empregam longos períodos de secagem a baixas temperaturas evitam a perda de alguns compostos voláteis e aumentam a qualidade do grão 15. Na secagem por microondas, a profundidade de penetração das microondas e sua taxa de aquecimento dependem de propriedades dielétricas do sistema, as quais podem variar significativamente com a temperatura, conteúdo de umidade e estado físico, incluindo o formato do grão de trigo 19. A estrutura do grão de trigo é porosa, contendo uma malha de subunidades de proteínas e unidades polissacarídicas, as quais podem ligar-se água e a íons por pontes de hidrogênio ou por efeitos de carga superficiais. Essa estrutura, como foi previamente sugerido por Decareau & Peterson 7, pode ser o sítio de um mecanismo incomum de comportamento dielétrico em termos de afastamento molecular, o qual poderia levar a um processo de liberação de água sem grandes danos ao grão inteiro. Neste trabalho as microondas são utilizadas como um tratamento alternativo na secagem dos grãos de trigo mole (T. aestivum, L), avaliando-se o comportamento reológico da farinha em termos de extensibilidade e viscosidade da massa. Material e métodos Foram utilizadas amostras de trigo (Triticum aestivum L.), do cultivar BRS 194, colhidos em lavouras localizadas na região centro-sul do estado do Rio Grande do Sul, na safra 2002, no período de 7 a 27 de novembro, com umidades entre 19-21% (Alta umidade de colheita - AUC) e 12% (Baixa umi- *Trabalho desenvolvido com auxílio financeiro da FAPERGS/RS **Eng. Químico, Msc em Ciências DCTA/FAEM/UFPEL - Pelotas - RS - Brasil ***Engª de Alimentos, Mestranda DCTA/FAEM/UFPEL- Pelotas - RS - Brasil ****Departamento de Ciência e Tecnologia Agroindustrial (DCTA) - Faculdade de Agronomia Eliseu Maciel (FAEM) - Universidade Federal de Pelotas (UFPEL) Pelotas - RS - Brasil. 219

2 dade de colheita - BUC), estes últimos condicionados à umidade de 16-18%. Secagem Os grãos foram secos em forno microondas da marca "LG", modelo TB e potência máxima de W, por 1, 2 e 3 minutos. Complementou-se a secagem dos grãos condicionados em microondas por 1 e 2 minutos com a secagem estacionária (40±5 C), em umidade desejada (aproximadamente 12%). Para o controle da temperatura dos grãos de trigo durante o processo, utilizou-se termopar (Probe - Modelo 50F - Fluke Corporation, USA) e, após a secagem, os grãos foram moídos e armazenados hermeticamente. Determinação de umidade Determinada segundo o método FTWG 008 (Flour testing working group method), adotado por CCFRA 5. Determinação da viscosidade Utilizou-se o analisador rápido de viscosidade RVA-4D (Rapid Visco Analyser, modelo , Newport Scientific Pty. Ltd, Instrument & Engineering, Australia), para amostras de farinha de trigo (4g). Os resultados foram plotados pelo software por meio de curvas chamadas curvas de empaste. Determinação do volume de sedimentação pelo SDS Conforme método FTWG n 10 ((Flour testing working group method), adotado por CCFRA 5. Alveografia Através do alveógrafo de CHOPIN pelo método AACC (1983) 1. Avaliação estatística Foram aplicadas análise de variância e a comparação de médias, com o teste de Tukey, a 5% de significância. Resultados Na secagem do trigo por microondas (Tabela 1) observou-se uma diferença significativa (P < 0,05) entre a mínima e a máxima temperatura do trigo, em cada tempo de tratamento, demonstrando um aquecimento não uniforme na área de base do forno. As secagens que utilizam 1 minuto de microondas (M1) não diminuem significativamente a umidade do trigo, em relação ao controle. Houve reduções de umidade inicial dos grãos de trigo de 6,3 a 7,6% no tratamento M1, de 17,3 a 21,2% após 2 minutos de secagem (M2) e uma redução de 26,7 a 32,8% para M3, constatando-se que o comportamento da umidade em função do tempo de processo é sempre linear (Figuras 1 e 2). Também se observa que a proporção equivalente à redução de 30% da umidade inicial dos grãos de trigo mole, após 3 minutos de processamento por microondas, somente pode ser alcançada após 140 minutos de secagem estacionária. O processo estacionário apresentou uma taxa de remoção de 2 a 8% de água a cada 20 minutos de secagem. Os tratamentos de secagens em que a temperatura atinge rapidamente 70ºC (Tabela 1), induzem danos estruturais às proteínas, alterando propriedades reológicas da massa e parâmetros de qualidade da farinha de trigo (Tabela 3). Nas curvas de empaste verifica-se que há diferença entre RV (redução inicial da viscosidade), Vm (viscosidade mínima) e RG (retrogradação) entre os tratamentos M3 (3 min microondas) e C (controle). Também há um aumento significativo na viscosidade mínima (Vm) de M3 e M2SE (2min microondas + secagem estacionária) em relação ao M1SE (1min microondas + secagem estacionária) e C (controle). O efeito da secagem por microondas na RG (retrogradação) é mostrado nas Figuras 3 e 4. Tabela 1 - Tempo de secagem, umidade e variações de temperatura nos tratamentos de secagem da cultivar de trigo BRS 194, colhida a duas umidades: 19-21% e 12%, condicionada a 16-18%*. Amostra Tratamento Tempo de Umidade (%) Temperatura (ºC) de trigo de secagem 3 secagem (min) Mínima Máxima AUC 1 C 0 19,34a 22Ac 25Ad M1 1 18,03a 46Ab 59Bc M2 2 15,16b 56Aa 68Bb M3 3 12,93c 59Aa 73Ba BUC 2 C 0 17,36a 22Ab 25Ad M1 1 16,03a 40Aa 55Bc M2 2 14,32b 49Aa 70Bb M3 3 12,93c 53Aa 78Ba *Dados expressos em média. Mesma letra minúscula nas colunas e mesma letra maiúscula nas linhas significam que não existe diferença significativa (Teste de Tukey a 5% de probabilidade). 1 AUC = trigo colhido a 19-21% de umidade; 2 BUC = trigo colhido a 12%, condicionado a 16-18% de umidade; 3 C = Controle (grão sem secagem); M1 = 1min; M2 = 2min; M3 = 3min microondas. 220

3 Tabela 2 -Volume de sedimentação e parâmetros alveográficos dos grãos de trigo do cultivar BRS 194, na umidade de colheita entre 19 e 20%, segundo os tratamentos de secagem 1 Tratamentos de SDS Alveografia 3 Secagem 2 (ml) P/L W C 13,0a 0,663c 115c M1SE 13,0a 1,525b 140,6b M2SE 12,6a 5,2a 158,79ª M3 12,6a Médias de repetições, seguidas por letras minúsculas na mesma coluna e maiúsculas na mesma linha (mesma variável), não diferem pelo teste de Tukey a 5% de probabilidade (p < 0.05). 2 C: controle (* tempo zero de secagem) M1SE: tratamento com 1 min. de microondas mais secagem estacionária M2SE: tratamento com 2 min. de microondas mais secagem estacionária M3: tratamento com 3 min. de microondas 3 P/L: relação elasticidade/extensibilidade W: força geral do glúten ou trabalho de deformação da massa medida em 10-4 J Tabela 3 - Parâmetros amilográficos de trigo mole (T. aestivum, L.), cultivar BRS 194, com as umidades de colheita de 19-21% (AUC), 12% (BUC), condicionados a 16-18%, sob diferentes tratamentos de secagem. 1 Tratamentos de secagem 1 Parâmetros Amilográficos 2 * TP P VMI RV Vm RG Vf CA 85,65ac 5,87a 219,75a 72,92ab 147,58de 73,42ae 221,00a SEA 85,05ac 5,89a 219,35a 65,67abc 154,08de 67,42a 221,50a M1SEA 84,50cb 5,89a 221,37a 57,00cde 164,22cbd 57,7cd 222,00a M2SE19 83,72cb 5,78a 220,83a 48,72ef 172,14b 51,64d 223,78a M3A 82,55d 5,78a 222,78a 36,50g 186,36a 39,67b 226,03a CB 86,47a 5,98a 223,42a 59,78ac 162,67cd 61,61a 224,28a SEB 86,42a 5,94a 221,95a 59,78ac 162,17cd 61.90a 224,00a M1SEB 86,18a 5,93a 221,72a 57,89cd 163,75cbd 60,75c 224,00a M2SEB 86.20a 5,89a 222,25 a 48,94ef 173,31b 53,39cd 226,78a M3B 84,83 b 5,80 a 222,00a 45,81f 176,19ab 50,97d 227,17a S 86,45a 5,87a 217,42a 68,92b 149,00e 73,50e 222,00a *Dados expressos como médias. Mesma letra minúscula nas colunas significa que não existe diferença significativa (Teste de Tukey a 5% de probabilidade). 1CA e CB (controle- trigo com AUC e BUC, condicionado a 16-18%, sem secagem); SEA e SEB (secagem estacionária do grão de trigo AUC e BUC, condicionado a 16-18%, respectivamente); M1SEA e M1SEB (1min microondas + secagem estacionária); M2SEA e M2SEB (2min microondas + secagem estacionária); M3A e M3B (3 min secagem por microondas); S (trigo seco no campo sob um clima de baixa umidade). 2TP (temperatura de pasta em graus Celsius); P (tempo até atingir a máxima); VMI (viscosidade inicial máxima em RVU); Vm (viscosidade mínima em RVU); Vf (viscosidade final);rv (redução da viscosidade em RVU); RG (viscosidade da retrogradação do amido em RVU). 221

4 FIGURA 1 - Curva de umidade do trigo mole (cultivar BRS 194) em função do tempo de secagem por microondas. FIGURA 4 - Curva de viscosidade RVU em função do tempo de secagem de farinha de trigo mole (cultivar BRS 194) colhido com 12% de umidade, condicionado a 16-18% de umidade, em diferentes tratamentos de secagem. Lista de Abreviações AUC -alta umidade inicial BAC- baixa umidade inicial RVA - Rapid Viscosity Analyser TP - temperatura de pasta em graus Celsius P- tempo gasto apara atingir a viscosidade máxima VMI - viscosidade inicial máxima em RVU Vm - viscosidade inicial mínima em RVU FIGURA 2 - Curva de umidade do trigo mole (cultivar BRS 194) em função do tempo de secagem estacionária. ( =secagem estacionária; =1 min microondas + secagem estacionária ; =2 min microondas + secagem estacionária). Vf -viscosidade final em RVU RV - redução de viscosidade em RVU RG -viscosidade de retrogradação do amido em RVU P/L - relação elasticidade/extensibilidade W - poder geral do glúten ou trabalho de deformaçao da massa medida em 10-4J. C - controle (grão sem secagem) M1-1 min de secagem por microondas. M2-2 min de secagem por microondas. M3-3 min de secagem por microondas. SE - secagem estacionária. FIGURA 3 - Curva de viscosidade RVU em função do tempo de secagem de farinha de trigo mole (cultivar BRS 194) colhido com 19-21% de umidade, sob diferentes tratamentos de secagem. A - grão AUC B - grão BUC S - trigo seco no campo sob clima de baixa umidade. 222

5 Discussão Condições de secagem de grãos de trigo que alteram propriedades importantes do amido, como viscosidade, modificam posteriormente o volume do pão, de modo que o controle deste processo é de grande importância. O efeito das microondas na secagem do trigo foi dependente da energia e do tempo de microondas, o que também foi observado por Campaña et al. 4 em trigo duro. O maior aumento de temperatura ocorreu na fase inicial da secagem por microondas com aumento da absorção de energia, mas sem intensa remoção de umidade, porque a maior parte dessa energia é gasta na orientação da molécula de água no campo elétrico 7. Shivhare et al. 16 relataram um aumento na taxa de secagem na fase inicial do processo, quando as sementes tiveram um aumento drástico de temperatura e uma absorção máxima de onda eletromagnética. Conseqüentemente, não há um período de remoção de água constante na secagem por microondas. Não obstante, nesse experimento o comportamento da umidade em função do tempo foi uma curva linear. No tratamento de secagem por 3 min em microondas, a temperatura atingida de 70 C, provoca danos estruturais na proteína apresentando efeito na reologia da massa. O aquecimento induz aumentos de pontes dissulfídicas agregadas à cadeias beta-ramificada 14, explicando o aumento de força de tensão. A boa panificação admite uma relação P/L em torno de 0,6. Os resultados são semelhantes aos observados por Campaña et. al. 4 que secou trigo, com doses de irradiação eletromagnéticas (625W) por 1, 1,5, 2 e 2,5 minutos, confirmando que o dano térmico na secagem diminui drasticamente a extensibilidade da massa. A partir dos 2 minutos (67 C), constata-se uma alteração drástica nos resultados do alveograma, concordando com os dados de Doty & Baker 9 que verificaram a redução da qualidade do glúten, após 3 min de secagem em microondas (625W), em temperatura pouco superior a 66 C. Segundo Dexter et. al. 8, quando o dano do amido aumenta, a massa fica mais rígida e o comprimento na curva do alveograma diminui, a altura e a área sob a curva aumentam. A vantagem da secagem estacionária usando temperaturas entre 40 e 50ºC é a ausência de dano às proteínas do glúten, em outras palavras, não há interferência nos parâmetros alveográficos 17. Com relação ao volume de sedimentação, deve-se ter em mente que o aumento de temperatura causa desnaturação no glúten, que quanto mais intacto mais incha na solução acidificada de SDS, lentamente sedimentando e alterando o volume de precipitado. As temperaturas alcançadas nos diferentes tratamentos foram próximas, não diferindo o suficiente para provocar modificações significativas no volume de sedimentação. Para Veraverbeke et. al. 18, a desnaturação do glúten e o valor do SDS aumentam até um determinado tempo de aquecimento, diminuindo posteriormente, conforme o cultivar. Como é observado na Figura 3, há diferenças no RV, Vm e RG entre M3 e C decorrente do aumento da temperatura de secagem do grão (60-70 C), causando a hidrólise do amido. Amidos mais intactos apresentam maior resistência à tensão de cisalhamento, provocada pelas pás do equipamento, evitando redução excessiva de viscosidade. Não houve diferença significativa nos valores de TP, entretanto nos tratamentos M3 e M2SE as temperaturas durante a secagem foram maiores do que nos tratamentos M1 e C, as quais provavelmente anteciparam a formação do gel, pelo maior número de pontes de hidrogênio no amido e explicando a menor viscosidade mínima (Vm) encontrada. Doty & Baker 9, não encontraram diferença significativa na TP em grãos secos por microondas (625W) em até 4,5 minutos. Lewandowicz et. al. 12, verificaram aumento na TP do amido de trigo seco por microondas. Os parâmetros Vf e VMI não apresentam diferenças significativas entre as secagens, mas há uma tendência de aumento nos seus valores com o aumento de temperatura. O efeito na RG do M3 é menos acentuado (Figura 1) porque a cadeia de amilose se mantém intacta e não absorve grandes quantidades de água quando a temperatura atinge 95ºC (RV) mantendo sua viscosidade (Vm). As ramificações da amilopectina dificultam a aproximação e associação com as cadeias de amilose. Mas ocorre pequena retrogradação durante o resfriamento da solução de amido, devido à liberação das moléculas de água ligadas às cadeias de amilose (sinérese) e à formação de cristais decorrentes de suas ligações intermoleculares. Diferentemente do que ocorre em M3, as temperaturas nos processos M1SE (60 C) e M2SE (67 C) permitem que as -amilases hidrolisem as regiões mais ramificadas e protegidas da amilopectina, com formação de dextrinas 2. As interações intermoleculares voltam a se restabelecer rapidamente, aumentando a viscosidade final (Vf). Conclusão O condicionamento por microondas impinge dano ao glúten, alterando propriedades reológicas importantes como a extensibilidade e induz relações de P/L incompatíveis com a boa panificação. A intensidade das microondas, medida pela relação tempo e temperatura, não altera significativamente a viscosidade máxima e final do amido de trigo, com umidades de secagem em torno de 12%, aumentando gradativamente a viscosidade mínima na secagem. Agradecimentos Os autores gostariam de agradecer à FAPERGS pelo financiamento do trabalho MONKS, L.F.; COSTA, C.S.; SOARES, G.J.D. Microwave effects on wheat drying (T. aestivum, L.) and flour quality. Alim. Nutr., Araraquara, v. 14, n.2, p , ABSTRACT: The effect of microwave drying of soft wheat (T. aestivum, L.) on the flour rheological behaviour was performed. Harvested wheat at the humidity of 19-21% and 12%, conditioned to 16-18%, were treated with 1, 2 and 3min of microwave, followed or not by stationary drying (40±5ºC) up to 13% of humidity. The microwave drying treatments with 3min, which reaches temperatures of 73-78ºC and decreases the pasting temperature (TP), determinated by the RVA Analyzer, in relation to the control treatment, previous to the gelling starch. The 223

6 viscosity reduction (VR) and retrogradation (RG) decreased gradually with the time/temperature increasing. The minimum viscosity (Vm) increases after 1min microwave conditioning. In all drying process have no significant difference between the final viscosity (VF) and inicial maximum viscosity (VF). The P/L relationship and the gluten power (W) increase (P<0,05) with the microwave conditioning time increase. The SDS sedimentation volume doesn't differ among the treatments. Microwave impingement leads to a decrease in the paste extensibility. KEYWORDS: Wheat; microwave; drying; reology. Referências bibliográficas 1. AMERICAN ASSOCIATION OF CEREAL CHEMISTS. Approved methods. St. Paul, p BOBBIO, F.O.; BOBBIO, P. A. Introdução à química de alimentos. São Paulo: Varela, p. 3. BRASIL. Ministério da Agricultura. Regras para análise de sementes. Brasilia:DF, p. 4. CAMPAÑA, L.E.; SEMPÉ, M.E.; FILGUEIRA, R.R. Physical, chemical, and baking properties of wheat dried with microwave energy, Cereal Chem., v. 70, n. 6, p , CCFRA. Campden & Chorleywood Food Research Association. Manual of methods for wheat and flour testing. Ed. Salmon, second edition, London, p. 6. CONAB. Indicadores de agropecuária, estimativa de safras. Disponível em: Acesso: nov/ DECAREAU, R.V.; PETERSON, R.A. Microwave processing and engineering. Chichester:Ellis Horwood, p. 8. DEXTER, J.E. et al. The effects os protein content and starch damage on the physical dough properties and bread-making quality of canadian durum wheat. J. Cereal Sci, v. 20, p , DOTY, N.C.; BAKER, C.W. Microwave conditioning of hard red spring wheat. I. Effects of wide power range on flour and bread quality. Cereal Chem., v. 54, n. 4, p , HOLMES, Z.A.; SOELDNER, A. Effect of heating rate and freezing and reheating of corn and wheat starch-water dispersions. J. Am. Diet. Assoc., v. 78, n. 4, p , KOLSTER, P.; VEREIJKEN, J. M. Evaluating HMW glutenin subunits to improve bread making quality of wheat. Cereal Food World, v. 38, p , LEWANDOWICZ, G.; JANKOWSKI, T.; FORNAL, J. Effect of microwave radiation on physico-chemical properties and structure of cereal starches. NewPort, v. 60, p , MANDARINO, J.M.G. Aspectos importantes para a qualidade do trigo. Londrina: CNP, p. 14. MANGAVEL, C. et al. Evolution of wheat gliadins conformation during film formation: a fourier transform infrared study. J. Agr. Food. Chem., v. 49, n. 2, p , RAGASITIS, I. Effect of drying on the baking quality of wheat. Cereal Res. Commun., v. 21, n1, p.87-92, SHIVHARE, U.S.; RAGHAVAN, G.S.; BOSISIO, R.G. Modelling the drying kinetics of maize in a microwave environment. J. Agric. Engin. Res., v.57, p , VASQUEZ, L. et al. Effect of treatment on the industrial quality of two varieties of Mexican wheat. Int. J. Food Prop., v. 4, n. 3, p , VERAVERBEKE, W.S.; ROELS, S.P.; DELCOUR, J.A. Heat-induced changes in sodium dodecyl sulphatesedimentation volume and functionality of vital wheat gluten. J. Cereal Sci., Heverles, v. 26, p , WANG, D; DOWELL, F.E.; CHUNG, D.S. Assessment of heat-damage wheat kernels using near-infrared spectroscopy. Cereal Chem., v. 78, n. 5, p ,