Braz. J. Food Technol., v. 12, n. 2, p. 145-154, abr./jun. 2009
DOI: 10.4260/BJFT20097108
Efeito do teor de farelo de maracujá e da umidade e temperatura de
extrusão no desenvolvimento de cereal matinal funcional orgânico
Effect of added passion fruit fiber and of extrusion moisture and
temperature on the development of an organic functional breakfast cereal
Autores | Authors
Maria Gabriela VERNAZA
Yoon Kil CHANG
Universidade Estadual de Campinas
(UNICAMP)
Faculdade de Engenharia de Alimentos
(FEA)
Departamento de Tecnologia de Alimentos
e-mail: [email protected]
[email protected]
Caroline Joy STEEL
Universidade Estadual de Campinas
(UNICAMP)
Faculdade de Engenharia de Alimentos
(FEA)
Departamento de Tecnologia de Alimentos
Caixa Postal: 6121
CEP: 13083-862
Campinas/SP - Brasil
e-mail: [email protected]
Autor Correspondente | Corresponding Author
Recebido | Received: 03/10/2008
Aprovado | Approved: 30/05/2009
Resumo
O objetivo deste trabalho foi estudar o efeito de parâmetros da extrusão
termoplástica (umidade da mistura e temperatura do processo) e da adição de
farelo de maracujá sobre propriedades tecnológicas no desenvolvimento de
cereal matinal funcional orgânico à base de farinha de milho. Utilizou-se um
delineamento composto central rotacional 23, permitindo a análise dos resultados
pela Metodologia de Superfície de Resposta. Os efeitos do teor de farelo de
maracujá adicionado (0-30%), da umidade da mistura (18-28%) e da temperatura
da segunda e terceira zonas do extrusor monorrosca Brabender (L/D 20)
(120-160 °C) sobre o índice de expansão radial (IE), a dureza e a luminosidade
(L*) dos extrusados foram estudados. As superfícies de resposta mostraram que
em valores baixos das variáveis estudadas foi obtida a maior expansão radial. O
efeito mais importante sobre a dureza foi o da umidade. Ao aumentar a umidade,
a dureza dos extrusados aumentou significativamente. Quanto à luminosidade,
altos teores de farelo de maracujá diminuíram os valores de L*, produzindo
extrusados mais escuros, ao contrário do efeito da temperatura, em que altas
temperaturas aumentaram o valor de L*, produzindo extrusados mais claros. O
extrusado considerado como produto ótimo apresentou uma porcentagem de
fibra alimentar elevada (aproximadamente 11%), 4,1 de IE, 12,92 N de dureza e
55,93 de L*.
Palavras-chave: Cereal matinal extrusado; Farelo de maracujá;
Índice de expansão radial; Dureza; Luminosidade; Fibra.
Summary
The aim of this work was to study the effect of thermoplastic extrusion
parameters (raw material moisture content and process temperature) and of
the addition of passion fruit fiber on the technological properties involved in the
development of an organic functional breakfast cereal containing corn flour and
passion fruit fiber. A 23 central composite rotational design was used, permitting
the analysis of the results using the Response Surface Methodology. The effects of
the percentage of added passion fruit fiber (0-30%), raw material moisture content
(18-28%) and the second and third extruder (single screw Brabender, L/D 20)
zone temperatures (120-160 °C) on the radial expansion index (EI), hardness and
luminosity (L*) of the extrudates were studied. The response surfaces showed that
the lowest values of the variables studied resulted in the greatest radial expansion.
The most important effect on hardness was that of moisture, and increasing the
moisture content led to a significant increase in the hardness of the extrudates.
With respect to luminosity, high levels of passion fruit fiber reduced the L* values,
producing darker extrudates, contrary to the effect of temperature, for which
high temperatures increased L*, producing lighter extrudates. The extrudate
considered to be an optimum product presented a high percentage of dietary fiber
(approximately 11%), an EI of 4.1, hardness of 12.92 N and L* of 55.93.
Key words: Extruded breakfast cereal; Passion fruit fiber; Expansion index;
Hardness; Luminosity; Fiber.
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Efeito do teor de farelo de maracujá e da umidade e temperatura de
extrusão no desenvolvimento de cereal matinal funcional orgânico
VERNAZA, M. G. et al.
1 Introdução
Cereais matinais são “grãos processados para
o consumo humano” considerados alimentos de
conveniência. Segundo a AC Nielsen (2004), a taxa de
crescimento destes produtos no Brasil entre os anos 1994
e 2003 foi de 272,3%. Atualmente, o segmento com maior
participação de mercado são os cereais matinais açucarados, com uma participação de 40,7% (em volume) e
um faturamento de 34,3% do valor total. Os cereais com
fibras possuem uma participação de mercado de 3,4%
em volume, com tendência de crescimento (AC NIELSEN,
2004), pois existem novas motivações de compra por
parte dos consumidores mais preocupados com a saúde.
Entre os produtos que satisfazem estes consumidores,
encontramos os alimentos funcionais e os produtos
orgânicos.
Alimentos funcionais são aqueles que desempenham funções no organismo, além das funções
nutricionais básicas. Possuem substâncias que atuam
modulando funções bioquímicas e fisiológicas, ajudam na
prevenção de determinadas doenças e na manutenção da
saúde (SGARBIERI e PACHECO, 1999). As fibras podem
ser consideradas ingredientes funcionais uma vez que
seu consumo tem um papel importante na prevenção de
alguns males como constipação, diabetes, obesidade e
doenças cardiovasculares (THEBAUDIN et al., 1997).
Produtos orgânicos são aqueles em que é proibido o uso de pesticidas e outros agro-químicos. Além
disto, não são submetidos a modificações genéticas ou
processos de irradiação (ASAMI et al., 2003; DANDY e
DOBRASZCZYK, 2001). A produção orgânica no Brasil,
nos últimos anos, cresceu a uma taxa entre 30 e 50%
ao ano (DAROLT, 2002). No entanto, a quantidade total
produzida de produtos orgânicos ainda é insuficiente
para garantir uma alimentação livre de contaminação
por defensivos agrícolas e adubos químicos para toda a
população (HAMERSCHMIDT, 2003).
O farelo de maracujá é obtido da casca do maracujá após os processos de trituração, desidratação e
moagem, sendo considerado uma fonte interessante de
fibra alimentar. A composição química das cascas do
maracujá desidratadas, conforme relatada por vários
autores, revela que possuem teor elevado de fibra
alimentar (60-70%, b.s.), sendo fontes atrativas de pectina
(20-27%, b.s.), baixo teor de extrato etéreo (0,4-0,6%,
b.s.) e teores consideráveis de proteína (5-7%, b.s.) e
matéria mineral (6-7%, b.s.) (OTAGAKI e MATSUMOTO,
1958; ITAL, 1980; MATSUURA, 2005).
A extrusão termoplástica é uma tecnologia de
cocção alternativa que opera em sistema contínuo para
a conversão de formulações densas, à base de grãos,
em produtos leves e crocantes (FAST e CALDWELL,
2000). No processo de extrusão termoplástica, ocorrem
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simultaneamente diversas operações, como mistura,
cisalhamento, cozimento e modelamento. Sendo assim,
a matéria-prima processada é submetida a uma série de
mudanças, entre as quais se destacam: hidratação de
amidos e proteínas, homogeneização, gelatinização do
amido, liquefação de gorduras, desnaturação de proteínas, destruição de fatores antinutricionais, inativação de
enzimas, redução da carga microbiana, plastificação e
expansão do material processado para criar novas formas
e texturas (MERCIER e CANTARELLI, 1986; FELLOWS,
2000). A tecnologia de cozimento por extrusão tem sido
amplamente utilizada na produção de cereais prontos
para o consumo, produtos expandidos, snacks e cereais
matinais (BAIK et al., 2004).
Propriedades tecnológicas importantes para a aceitação de produtos extrusados são sua expansão, textura
e cor. Os produtos extrusados são caracterizados quanto
à sua expansão e normalmente uma expansão máxima
é desejada para snacks extrusados expandidos. Para
cereais matinais extrusados expandidos, uma estrutura
diferente é desejada. É preciso obter produtos com uma
densidade aparente maior, porosidade menor e paredes
de estrutura mais espessas, já que estes produtos serão
submetidos à imersão em um meio aquoso, como, por
exemplo, o leite, e deverão manter a sua textura durante
o maior tempo possível, absorvendo menos umidade
(MERCIER et al., 1998).
A textura de produtos extrusados relaciona-se diretamente à sua expansão, sendo que produtos com grande
expansão geralmente apresentam menor dureza, devido
ao fato da estrutura interna apresentar células maiores
com paredes mais finas (MERCIER et al., 1998).
A cor é uma qualidade visual importante em
produtos alimentícios. Em produtos extrusados, é influenciada pela temperatura, composição da matéria-prima,
tempo de residência, pressão e força de cisalhamento
(GUY, 2001; MERCIER et al., 1998). Existem diversas
reações que afetam a cor durante a extrusão. Dentre
elas, as mais comuns são as reações de escurecimento
não enzimático (reação de Maillard e caramelização)
e a degradação de pigmentos. As mudanças de cor
durante o processo de extrusão podem ser um indicador
para avaliar a intensidade do processo em relação às
mudanças químicas e nutricionais (ILO e BERGHOFER,
1999).
Considerando-se que é cada vez maior o número
de pessoas que procura uma alimentação mais saudável,
segmento em que se situam os produtos orgânicos e os
produtos ricos em fibras, neste trabalho optou-se pelo
uso de farelo de maracujá orgânico, resíduo da extração
do suco e da polpa de maracujá, para enriquecer um
cereal matinal extrusado com fibras. Estudou-se o efeito
de condições operacionais do processo de extrusão
(umidade da mistura e temperatura da 2a e 3a zonas do
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Efeito do teor de farelo de maracujá e da umidade e temperatura de
extrusão no desenvolvimento de cereal matinal funcional orgânico
VERNAZA, M. G. et al.
extrusor) e do teor de farelo de maracujá adicionado sobre
propriedades tecnológicas (expansão radial, dureza e
luminosidade) de produtos extrusados, visando o desenvolvimento de cereal matinal funcional orgânico à base
de farinha de milho, também proveniente de sistema de
cultivo orgânico.
2 Material e métodos
2.1 Material
As matérias-primas utilizadas neste estudo foram:
farinha de milho orgânica, fornecida pela Cooperativa
Agropecuária Alto Uruguai Ltda., Cotrimaio, Três de
Maio, RS; e farelo de maracujá orgânico, fornecido pelo
Sítio Boa Esperança, Guaratinguetá, SP. A composição
centesimal e a distribuição de tamanho de partícula das
matérias-primas (VERNAZA, 2007), encontram-se apresentadas nas Tabelas 1 e 2.
2.2 Métodos
Foi utilizado um delineamento experimental
composto central rotacional 23 para verificar o efeito do
processo de extrusão termoplástica sobre as propriedades tecnológicas dos produtos extrusados. Os efeitos
da umidade da mistura (18-28%), da temperatura da
segunda e terceira zonas do extrusor (120-160 °C) e
do teor de farelo de maracujá (0-30%) sobre o índice
de expansão radial (IE), a dureza e a luminosidade (L*)
foram estudados.
Tabela 1. Composição centesimal das matérias-primas.
Componente
Farinha de
Farelo de
milho (%)
maracujá (%)
Umidade
9,55 ± 0,06
6,74 ± 0,06
Gordura
2,61 ± 0,02
0,60 ± 0,07
Proteína
8,55 ± 0,08
7,63 ± 0,14
Cinzas
0,52 ± 0,01
6,17 ± 0,03
Carboidratos*
78,77
78,86
Fibra alimentar total
3,68 ± 0,01
64,11 ± 0,06
Insolúvel
3,37 ± 0,02
50,16 ± 0,08
Solúvel
0,31 ± 0,01
13,96 ± 0,02
*Incluem a fração de fibra alimentar.
Tabela 2. Distribuição de tamanho de partícula das matériasprimas.
Mesh Abertura Farinha de milho Farelo de maracujá
(mm)
(% retida)
(% retida)
20
0,840
0,72 ± 0,30
4,73 ± 0,27
32
0,500
0,94 ± 0,68
29,38 ± 0,68
60
0,250
85,21 ± 2,40
31,98 ± 0,80
80
0,177
8,65 ± 1,39
8,48 ± 0,55
100
0,149
0,97 ± 0,59
3,00 ± 0,10
fundo
3,54 ± 1,88
22,45 ± 0,95
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Os níveis das variáveis independentes, tanto codificados, como reais, encontram-se na Tabela 3. A faixa
de variação foi estabelecida com base no trabalho de
Ferreira (2006), que trabalhou com a adição de farelo de
trigo em uma base para snacks expandidos de milho, utilizando o mesmo equipamento, e em testes preliminares.
Para a análise dos resultados experimentais, foi
utilizada a Metodologia de Superfície de Resposta. Os
cálculos estatísticos foram feitos pelo erro padrão e as
superfícies foram construídas utilizando-se o software
STATISTICA, versão 5.5 (StatSoft, EUA). Na construção
das superfícies, duas variáveis independentes variaram
dentro das regiões estudadas e a terceira foi mantida fixa
no ponto central.
Após a definição dos níveis das variáveis no delineamento experimental, o condicionamento das amostras
foi realizado pela adição de água destilada utilizando-se
uma bureta e uma batedeira planetária, modelo K45SS
(KitchenAid, EUA), agitando-se durante 5 min. O material condicionado foi colocado em sacos de polietileno,
permanecendo estocado por 24 h, a 4 °C, antes de ser
processado, para uniformização da umidade.
O processamento foi realizado em um extrusor
de laboratório monorrosca, modelo 20 DN-GNF 1014/2
(Brabender, Alemanha), sendo a taxa de alimentação
(70 g.min–1), a temperatura da primeira zona do extrusor
(80 °C), a velocidade do parafuso (130 rpm), a taxa de
compressão do parafuso (3:1) e o diâmetro da matriz
(3,4 mm) mantidos constantes.
Após a extrusão, as amostras foram secas em
estufa com circulação e renovação de ar, modelo TE
394/2 (Tecnal, Brasil), a 80 °C, por 1 h e armazenadas
em sacos de polietileno para as análises.
Os produtos extrusados foram caracterizados
quanto a suas propriedades tecnológicas. Trinta minutos
após a saída do extrusor, quando as amostras resfriaram
até a temperatura ambiente, e antes da secagem em
estufa, mediu-se o diâmetro dos extrusados com paquímetro Modelo n° 40257 Craftsman (Itália). O índice de
expansão radial (IE) foi calculado dividindo-se a área
da seção transversal do produto extrusado pela área da
seção transversal da matriz do extrusor, segundo a metodologia descrita por Mercier et al. (1998). Os resultados
são a média aritmética de 10 repetições.
A análise da textura instrumental foi realizada nos
extrusados secos. Foi medida a dureza utilizando-se
Tabela 3. Níveis das variáveis independentes.
Variável independente –α
–1
0
Farelo de maracujá (%)
0
6
15
Umidade (%)
18
20
23
Temperatura (°C)
120
128
140
+1
24
26
152
+α
30
28
160
α = ± (2n)1/4 = ± 1,68, onde n: no de variáveis independentes (n = 3).
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VERNAZA, M. G. et al.
texturômetro TA-XT2i (Stable Micro Systems, Inglaterra),
com célula de carga de 50 kg, equipado com o software
Texture Expert® para a análise dos dados. Amostras com
5 cm de comprimento foram cortadas uniaxialmente com
probe tipo faca retangular Warner Bratzler (HDP/BS),
usando a metodologia descrita por Chang et al. (2001). As
condições utilizadas neste experimento foram: velocidade
pré-teste: 4,0 mm.s–1; velocidade de teste: 1 mm.s–1; velocidade pós-teste: 5,0 mm.s–1; distância de calibração do
“probe”: 20 mm; limiar de força: 10 g e medida em força
de cisalhamento. Os resultados são a média aritmética
de 18 repetições.
A luminosidade (L*) dos produtos extrusados
secos foi avaliada instrumentalmente utilizando-se um
colorímetro Color Quest II (HunterLab, EUA). Os produtos
extrusados secos foram dispostos na forma de um feixe
com 20 extrusados de 15 cm de comprimento para as
leituras.
A partir dos resultados obtidos, foram definidas
as condições ótimas de processo e o produto resultante
foi caracterizado quanto à sua composição centesimal,
através de análises de umidade (método AACC 44-15),
proteínas (método AACC 46-13), lipídeos (método AACC
30-10), cinzas (método AACC 08-01) (AACC, 1995),
carboidratos (calculados por diferença), fibra alimentar
total, insolúvel e solúvel (métodos AOAC 985.29 e
991.43) (AOAC, 1995), e suas propriedades tecnológicas, determinando-se experimentalmente o índice de
expansão radial, a dureza e a luminosidade, segundo a
metodologia já descrita.
Tabela 4. Propriedades tecnológicas dos produtos extrusados.
Ensaio
X1 (%)
X2 (%)
X3 (ºC)
vc
vr
vc
vr
vc
vr
1
–1
6
–1
20
–1
128
2
+1
24
–1
20
–1
128
3
–1
6
+1
26
–1
128
4
+1
24
+1
26
–1
128
5
–1
6
–1
20
+1
152
6
+1
24
–1
20
+1
152
7
–1
6
+1
26
+1
152
8
+1
24
+1
26
+1
152
9
–α
0
0
23
0
140
10
+α
30
0
23
0
140
11
0
15
-α
18
0
140
12
0
15
+α
28
0
140
13
0
15
0
23
–α
120
14
0
15
0
23
+α
160
15 (C)
0
15
0
23
0
140
16 (C)
0
15
0
23
0
140
17 (C)
0
15
0
23
0
140
18 (C)
0
15
0
23
0
140
3 Resultados e discussão
Os resultados obtidos na avaliação das propriedades tecnológicas dos produtos extrusados estão
apresentados na Tabela 4 (índice de expansão radial,
dureza e luminosidade).
3.1 Índice de expansão radial (IE)
Os extrusados apresentaram valores de IE entre
1,02 e 4,11, como valores mínimo e máximo, respectivamente, para os 18 ensaios.
Na análise de variância (ANOVA) obteve-se um
coeficiente de variação (R2) igual a 0,86 e um valor de
Fcalculado 8,68 vezes maior que o Ftabelado, a 5% de significância.
Em vista dos resultados obtidos na análise de
variância, é possível apresentar o modelo para uso com
os valores codificados (–α a +α) das variáveis independentes (Equação 1), que mostra a possibilidade do IE
ser estimado em função do teor de farelo de maracujá,
da umidade da mistura e da temperatura do processo,
desde que estas variáveis sejam analisadas nas faixas
de variação utilizadas neste estudo. Observa-se que
a equação que explica estatisticamente o índice
de expansão radial é linear, pois os demais fatores
(quadráticos e de interação) não foram significativos
(Equação 1).
IE = 2,52 − 0, 41* F − 0,69 * U − 0,69 * T IE
3,88 ± 0,76
3,86 ± 0,27
3,63 ± 0,44
1,59 ± 0,28
3,17 ± 0,20
1,63 ± 0,26
1,18 ± 0,17
1,02 ± 0,23
3,06 ± 0,31
1,96 ± 0,23
4,11 ± 0,48
1,58 ± 0,26
3,77 ± 0,39
1,75 ± 0,22
2,06 ± 0,22
2,09 ± 0,25
2,44 ± 0,20
2,62 ± 0,26
Propriedades tecnológicas
Dureza (N)
11,98 ± 3,22
21,31 ± 4,60
17,24 ± 4,37
19,81 ± 6,37
10,16 ± 2,41
9,36 ± 2,98
25,73 ± 7,54
24,35 ± 7,47
17,83 ± 3,87
19,80 ± 4,83
11,54 ± 1,82
21,27 ± 6,58
20,97 ± 4,24
15,92 ± 3,86
16,27 ± 4,38
14,88 ± 3,72
14,86 ± 2,37
17,01 ± 3,09
(1)
L*
58,45
44,15
48,52
50,45
62,55
58,56
59,24
52,38
68,26
51,53
54,02
52,71
48,16
64,03
55,04
55,58
52,97
51,00
X1: teor de farelo de maracujá (%); X2: umidade da mistura (%); X3: temperatura da 2ª e 3ª zonas do extrusor (°C); vc: valor codificado; vr: valor
real; α = ±1,68; (C): ponto central. IE: índice de expansão radial; L*: luminosidade, N: Newtons.
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Efeito do teor de farelo de maracujá e da umidade e temperatura de
extrusão no desenvolvimento de cereal matinal funcional orgânico
VERNAZA, M. G. et al.
onde: F = Farelo de maracujá; U = Umidade da mistura;
T = Temperatura das 2ª e 3ª zonas do extrusor.
Temperatura = 140 °C
a
A queda do índice de expansão radial devido
à adição de farelo de maracujá (Figura 1) poderia ser
explicada por diferentes mecanismos de ação: i) materiais fibrosos encontrados em formulações de produtos
extrusados incluem materiais compostos de hemicelulose,
celulose e lignina. Estes materiais tendem a permanecer
firmes e estáveis durante o processamento, sem ter seu
tamanho reduzido durante a extrusão. A presença física
das fibras nas paredes das células de ar reduz o potencial
de expansão do filme amiláceo (GUY, 2001); partículas
maiores, como o farelo de maracujá, tendem a romper
as paredes das células de ar do produto extrusado,
causando uma redução no IE (RIAZ, 2000); ii) segundo
Mercier et al. (1998), o grau de expansão máxima está
estreitamente relacionado com o conteúdo de amido,
sendo a expansão máxima obtida com amidos puros. O
farelo de maracujá, por conter alto teor de fibra, diminui
o teor de amido das formulações; iii) os polissacarídeos
não amiláceos, como a fibra, poderiam ligar água mais
fortemente que as proteínas e o amido durante a extrusão.
Esta ligação de água inibe a perda de água na matriz, ou
seja, na saída do extrusor, reduzindo a expansão (CAMIRE
e KING, 1991); iv) o amido presente não pode ser gelatinizado totalmente na presença da fibra e por isso não
é mais capaz de suportar a expansão (CAMIRE e KING,
1991); e v) a estrutura porosa do extrusado depende da
plasticidade da massa atrás da matriz do extrusor, cujo
principal responsável é o amido. A porosidade, definida
pela existência de poros finos e uma estrutura macia, é
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1,015
1,35
1,685
2,02
2,355
2,69
3,025
3,359
3,694
4,029
Above
3
2
30
1
28
24
15
26
23
Umidade (%)
20
Farelo (%)
6
18 0
Umidade = 23%
b
1,016
1,35
1,685
2,02
2,355
2,69
3,024
3,359
3,694
4,029
Above
5
IE
4
3
2
1
30
24
160
152
15
140
Temperatura (°C)
128
Farelo (%)
6
120 0
Farelo = 15%
c
5
4
IE
Ao se aumentar o teor de farelo de maracujá,
a umidade da mistura e a temperatura do processo,
dentro das faixas estudadas, o IE diminuiu, sendo que
os maiores efeitos foram observados com o aumento da
umidade e da temperatura (Equação 1). As superfícies
de resposta indicam que com valores baixos de temperatura do processo, umidade da mistura e teor de farelo
de maracujá, foi obtida a maior expansão radial. Ferreira
(2006), na produção de snacks extrusados com farelo de
trigo, ao aumentar a umidade da mistura de 16,3 a 29,7%,
a temperatura do processo de 104,8 a 155,2 °C e o teor
de farelo de trigo de 16,3 a 29,7%, também reportou
uma queda no IE. Mendonça et al. (2000) investigaram
o efeito da umidade (160 a 220 g.kg–1), da temperatura
de extrusão termoplástica (150 a 190°C) e da adição de
farelo de milho (180 a 320 g.kg–1) na produção de snacks
e também reportaram que o IE diminuiu linearmente com o
aumento do teor de umidade, da temperatura e da adição
de farelo de milho.
IE
A partir do modelo obtido, foi possível construir
as superfícies de resposta para o IE, apresentadas na
Figura 1, que permitem visualizar as melhores condições
para esta propriedade tecnológica estudada.
3
2
1
28
26
23
Umidade (%)
128
20
18 160
152
120
0,637
1,056
1,475
1,894
2,313
2,732
3,15
3,369
3,988
4,407
Above
140
Temperatura (°C)
Figura 1. Superfícies de resposta para o índice de expansão
radial (IE) como função a) do teor de farelo de maracujá e da
umidade da mistura, b) do teor de farelo de maracujá e da
temperatura do processo e c) da umidade da mistura e da
temperatura do processo. (A terceira variável foi mantida fixa
no ponto central.)
149
www.ital.sp.gov.br/bj
Efeito do teor de farelo de maracujá e da umidade e temperatura de
extrusão no desenvolvimento de cereal matinal funcional orgânico
VERNAZA, M. G. et al.
influenciada por alterações na plasticidade da massa,
afetada pela composição da mistura. A formulação
pode ser enriquecida por substâncias plastificantes ou,
por outro lado, por substâncias não plastificantes que
retardam a expansão pela diluição do amido, como é
o caso do farelo de maracujá neste estudo (MERCIER
et al., 1998).
A expansão depende do crescimento das bolhas,
causado pela diferença de pressão entre o interior da
bolha em crescimento (criada no interior do extrusor)
e a pressão atmosférica, resistida principalmente pela
viscosidade da parede da bolha (PADMANABHAN e
BHATTACHARYA, 1989).
Os produtos não expandem se a temperatura não
alcança 100 °C. A expansão aumenta com o aumento da
temperatura quando o conteúdo de umidade do material é menor que aproximadamente 19,5% (umidades
baixas), seja pela queda da viscosidade, permitindo uma
expansão mais rápida da massa fundida, ou pelo aumento
na pressão de vapor (MERCIER et al., 1998). Segundo
Ding et al. (2005), seria esperado que um aumento na
temperatura reduzisse a viscosidade do material fundido,
o que favoreceria o crescimento das bolhas e produziria
extrusados de baixa densidade, com células mais finas
e com maior crocância. O grau de expansão radial é
diretamente proporcional ao aumento da temperatura
até certo valor, para depois decrescer em temperaturas
elevadas (acima de 170 °C). A diminuição da expansão
em temperaturas muito altas é atribuída ao aumento da
dextrinização do amido e ao enfraquecimento da estrutura
(MERCIER et al., 1998). Neste estudo, a adição do farelo
de maracujá pode ter reduzido esta temperatura devido
ao enfraquecimento da estrutura.
A expansão é inversamente proporcional à umidade
do material a ser extrusado. O aumento da quantidade
de água reduz a viscosidade de misturas com materiais
amiláceos, diminuindo a dissipação da energia mecânica
no extrusor, comprimindo o crescimento de bo­lhas e
produzindo produtos mais densos (MERCIER et al., 1998).
Este mesmo fenômeno foi observado neste trabalho, pois
quanto maior a umidade da mistura, menor foi o valor
encontrado para o índice de expansão radial.
3.2 Dureza
Os produtos extrusados apresentaram valores
de dureza entre 9,36 e 25,73 N, como valores mínimo e
máximo, respectivamente, para os 18 ensaios. Observa-se que os desvios padrão para a dureza são elevados
(Tabela 4), provavelmente devido à heterogeneidade
do material extrusado (superfície irregular e estrutura
porosa), quando analisado com “probe” tipo guilhotina.
Apesar dos desvios padrão serem altos, na análise
de variância (ANOVA) obteve-se um coeficiente de
Braz. J. Food Technol., v. 12, n. 2, p. 145-154, abr./jun. 2009
variação (R2) igual a 0,85 e um valor de Fcalculado 7,8 vezes
maior que o Ftabelado, a 10% de significância.
Em vista dos resultados obtidos na análise de
variância, é possível apresentar o modelo para uso com
os valores codificados (–α a +α) das variáveis independentes (Equação 2), indicando a possibilidade da dureza
ser estimada em função do teor de farelo de maracujá,
da umidade da mistura e da temperatura do processo,
desde que estas variáveis sejam analisadas nas faixas
de variação utilizadas neste estudo. Observa-se que a
equação que explica estatisticamente a dureza é linear,
sendo os fatores temperatura linear, todos os quadráticos
e a interação entre farelo e umidade não significativos e
eliminados após o ajuste.
Dureza = 17,24 + 0,95 * F + 3,71* U − 1,76 * F * T + 3,35 * U * T
(2)
onde: F = Farelo de maracujá; U = Umidade da mistura;
T = Temperatura das 2ª e 3ª zonas do extrusor.
A partir do modelo obtido, foi possível construir as
superfícies de resposta para a dureza, apresentadas na
Figura 2, que permitem visualizar as melhores condições
para esta propriedade tecnológica estudada.
As superfícies de resposta, de forma geral, indicam
que em baixos teores de umidade e de farelo de maracujá
se obtém a menor dureza. Já, a temperatura apresentou
duas regiões de menor dureza: uma, a baixas temperaturas e baixos teores de farelo, com umidade fixa em
23%, e outra, a altas temperaturas e baixas umidades,
com teor de farelo de maracujá fixo em 15%.
Segundo a Equação 2, o efeito mais importante sobre a dureza foi a umidade e a sua interação
com a temperatura. Observando-se as superfícies
(Figuras 1 e 2), é possível visualizar o efeito contrário dos
parâmetros estudados sobre o IE e a dureza.
Ao se aumentar a umidade, a dureza dos produtos
extrusados aumentou significativamente. Ding et al.
(2005) também encontraram que a umidade foi o fator
mais significativo sobre a dureza de extrusados expandidos à base de arroz, e que um aumento no teor de
umidade resultou em um aumento da dureza.
A água atua como plastificante para o material amiláceo que é deslocado no interior do extrusor,
sendo que o aumento de seu teor reduz a viscosidade
e a energia mecânica. Segundo Ding et al. (2005), com
maior umidade, a conversão do amido é reduzida e o
crescimento das bolhas é comprimido, resultando em um
produto final mais denso e de baixa crocância.
Quanto maior a adição de água, menor a energia
dentro do extrusor e, acima de determinado teor de
umidade da mistura, a massa é apenas misturada e transportada. Ultrapassado este limite, a massa não é mais
plastificada, pois, mesmo em temperaturas elevadas, o
150
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Efeito do teor de farelo de maracujá e da umidade e temperatura de
extrusão no desenvolvimento de cereal matinal funcional orgânico
VERNAZA, M. G. et al.
tempo de residência é insuficiente para uma transferência
de calor adequada (MERCIER et al., 1998).
Temperatura = 140 °C
a
10,824
12,249
13,675
15,101
16,526
17,952
19,378
20,803
22,229
23,655
Above
35
Dureza (N)
30
25
20
15
10
5
28
26
23
Umidade (%)
24
15
20
18 0
6
30
Farelo (%)
Umidade = 23%
11,089
12,456
13,822
15,189
16,556
17,923
19,289
20,656
22,023
23,39
Above
35
Dureza (N)
30
25
20
15
10
5
24
140
Temperatura (°C) 128
120
0
6
30
15
Farelo (%)
Farelo = 15%
c
35
Dureza (N)
30
25
20
15
10
5
160
152
26
140
Temperatura (°C) 128
120
18
20
Os resultados também estão de acordo com o
proposto por Mercier et al. (1998) e Riaz (2000), já que
estes autores relacionaram a presença de fibra alimentar à
redução da expansão de snacks, indicando como consequência um aumento na dureza, e afirmaram também que
as fibras geralmente reduzem a expansão do produto
devido à ruptura das paredes das células antes que as
bolhas de gás expandam até o tamanho máximo, resultando em produtos duros, compactos, não crocantes e
com textura indesejável sensorialmente.
3.3 Luminosidade
b
160
152
A redução da expansão e o aumento da dureza são
características de produtos com a adição de fibras, resultados de uma queda na elasticidade devido à presença
das fibras (ONWULATA et al., 2001).
28
4,397
7,251
10,105
12,959
15,812
18,666
21,52
24,373
27,227
30,081
Above
23
Umidade (%)
Figura 2. Superfícies de resposta para a dureza como função
a) do teor de farelo de maracujá e da umidade da mistura, b)
do teor de farelo de maracujá e da temperatura do processo
e c) da umidade da mistura e da temperatura do processo.
(A terceira variável foi mantida fixa no ponto central.)
Braz. J. Food Technol., v. 12, n. 2, p. 145-154, abr./jun. 2009
Os produtos extrusados apresentaram valores de
luminosidade (L*) entre 44,15 e 68,26 (Tabela 4).
Na análise de variância (ANOVA) obteve-se um
coeficiente de variação (R2) igual a 0,76 e um valor de
Fcalculado 8,91 vezes maior que o Ftabelado, a 10% de significância.
Em vista dos resultados obtidos na análise de
variância, é possível apresentar o modelo para uso com
os valores codificados (-α a +α) das variáveis independentes (Equação 3), que mostra a possibilidade da
luminosidade ser estimada em função do teor de farelo
de maracujá e da temperatura do processo, desde que
estas variáveis sejam analisadas nas faixas de variação
utilizadas neste estudo. Observa-se que a equação que
explica estatisticamente a luminosidade é quadrática,
sendo os fatores umidade linear, temperatura e umidade
quadráticos e todos os de interação não significativos e
eliminados após o ajuste.
L* = 53,54 − 3,76 * F + 1,75 * F2 + 4,24 * T (3)
onde: F = Farelo de maracujá; T = Temperatura da 2ª e
3ª zonas do extrusor.
A partir do modelo obtido, foi possível construir as superfícies de resposta para a luminosidade,
apresentadas na Figura 3, que permitem visualizar as
melhores condições para esta propriedade tecnológica
estudada.
Na Figura 3, que apresenta as superfícies de
resposta para a luminosidade, observa-se claramente
que a umidade não teve efeito significativo sobre esta
resposta. Já, altos níveis de farelo de maracujá diminuíram
o valor de L*, produzindo extrusados mais escuros. Isto
pode ser atribuído à cor mais escura do farelo in natura
(L = 72,33), antes de entrar no extrusor, quando compa151
www.ital.sp.gov.br/bj
Efeito do teor de farelo de maracujá e da umidade e temperatura de
extrusão no desenvolvimento de cereal matinal funcional orgânico
VERNAZA, M. G. et al.
rado com a cor mais clara da farinha de milho (L = 86,31)
(VERNAZA, 2007).
Temperatura = 140 °C
a
52,745
53,949
55,154
56,358
57,562
58,766
59,97
61,175
62,379
63,583
Above
75
70
L*
65
60
55
50
45
28
26
23
Umidade (%)
24
20
15
Farelo (%)
6
18
30
0
As condições de processo utilizadas na extrusão
termoplástica, ou seja, altas temperaturas e baixas
umidades, são favoráveis para a reação de Maillard.
(MERCIER et al., 1998). No entanto, neste trabalho observou-se um aumento no valor de L*, ou seja, a produção de
extrusados mais claros, com o aumento da temperatura,
indicando uma possível degradação dos pigmentos.
Ferreira (2006) reportou valores de L* entre 42,77 e
64,41 para extrusados de farinha de milho com farelo de
trigo, valores parecidos aos encontrados neste estudo.
Ele também concluiu que a umidade teve pouco efeito
sobre esta resposta e que em temperaturas maiores e
menores teores de farelo de trigo adicionados foram
obtidos produtos mais claros.
Umidade = 23%
3.4 Definição das condições ótimas de
processo e caracterização do produto
b
46,923
49,421
51,919
54,417
56,915
59,413
61,911
64,409
66,908
69,406
Above
75
70
L*
65
60
55
50
45
160
152
24
140
Temperatura (°C)
128
120
6
30
15
Farelo (%)
0
Farelo = 15%
c
47,719
49,013
50,307
51,601
52,895
54,189
55,483
56,777
58,071
59,365
Above
75
70
L*
65
60
55
50
45
160
152
26
140
Temperatura (°C)
128
120
20
28
23
Umidade (%)
18
Com base nos resultados obtidos para as propriedades tecnológicas estudadas, foi possível desenvolver
uma base para cereal matinal extrusado com parâmetros físicos aceitáveis (IE de 4,1 ± 0,24, dureza de
12,92 ± 2,57 N e luminosidade (L*) de 55,93) utilizando-se
12% de farelo de maracujá, 20% de umidade inicial e
135 °C na 2ª e 3ª zonas do extrusor.
O produto resultante foi caracterizado quanto à
sua composição centesimal, apresentando 3,74% de
umidade, 8,91% de proteínas, 0,54% de lipídeos, 1,45%
de cinzas, 85,37% de carboidratos e 11,37% de fibra
alimentar total (incluídas nos carboidratos).
O teor de farelo de maracujá poderia ser reduzido
até aproximadamente 4% da formulação inicial para
garantir as 6 g de fibra alimentar em cada 100 g de
produto, requeridas pela Agência Nacional de Vigilância
Sanitária (BRASIL, 1998) para que o produto possa
ser considerado como de “alto teor de fibras”. Porém,
considerando-se que uma porção de cereal matinal equivale a 30 g de produto (BRASIL, 2003), o seu consumo
garantiria a ingestão de apenas 1,8 g de fibra alimentar
(7,2% da recomendação diária de 25 g). Para uma maior
contribuição no aumento do consumo de fibra alimentar,
decidiu-se sugerir o uso de mais fibra (12% de farelo de
maracujá = 11,37% de fibra alimentar no produto final),
para que em cada 30 g de cereal matinal sejam consumidos aproximadamente 3,4 g de fibra alimentar (13,6%
da recomendação diária de 25 g).
4 Conclusões
Figura 3. Superfícies de resposta para a luminosidade (L*) como
função a) do teor de farelo de maracujá e da umidade da mistura,
b) do teor de farelo de maracujá e da temperatura do processo
e c) da umidade da mistura e da temperatura do processo.
(A terceira variável foi mantida fixa no ponto central.)
Braz. J. Food Technol., v. 12, n. 2, p. 145-154, abr./jun. 2009
Os resultados deste trabalho mostraram que em
valores baixos das variáveis estudadas (teor de farelo
de maracujá, umidade e temperatura) foi obtida a maior
expansão radial. O efeito mais importante sobre a dureza
152
www.ital.sp.gov.br/bj
Efeito do teor de farelo de maracujá e da umidade e temperatura de
extrusão no desenvolvimento de cereal matinal funcional orgânico
VERNAZA, M. G. et al.
foi o da umidade. Ao aumentar a umidade, a dureza dos
extrusados aumentou significativamente. Quanto à luminosidade, altos teores de farelo de maracujá diminuíram
os valores de L*, produzindo extrusados mais escuros, ao
contrário do efeito da temperatura, em que altas temperaturas aumentaram o valor de L*, produzindo extrusados
mais claros.
of extrusion conditions on cassava starch and soybean protein
concentrate blend. Acta Alimentaria, Budapeste, v. 30, n. 2,
p. 189-203, 2001.
Foi possível desenvolver uma base para cereal
matinal extrusado de boa qualidade com aproximadamente 11% de fibra alimentar total e parâmetros físicos
aceitáveis utilizando 12% de farelo de maracujá, 20% de
umidade inicial e 135 °C na 2ª e 3ª zonas do extrusor.
DANDY, D. A. V.; DOBRASZCZYK, B. J. Cereals and Cereal
Products: Chemistry and Technology. Maryland: Aspen
Publishers, 2001. 409 p.
Agradecimentos
Ao CNPq (Conselho Nacional de Desenvolvimento
Científico e Tecnológico) e à CAPES (Coordenação de
Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior) pelas
bolsas de Mestrado e ProDoc das autoras Maria Gabriela
Vernaza e Caroline Joy Steel, respectivamente. À Cooperativa Agropecuária Alto Uruguai Ltda. Cotrimaio e ao Sítio
Boa Esperança pela doação das matérias-primas.
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