Efeito do teor de farelo de maracujá e da umidade e temperatura de ...

Braz. J. Food Technol., v. 12, n. 2, p. 145-154, abr./jun. 2009

Autor Correspondente | Corresponding Author

Recebido | Received: 03/10/2008Aprovado | 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.

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 Alimentose-mail: [email protected]

[email protected]

Caroline Joy STEELUniversidade Estadual de Campinas

(UNICAMP)Faculdade de Engenharia de Alimentos

(FEA)Departamento de Tecnologia de Alimentos

Caixa Postal: 6121CEP: 13083-862

Campinas/SP - Brasile-mail: [email protected]

DOI: 10.4260/BJFT20097108

Braz. J. Food Technol., v. 12, n. 2, p. 145-154, abr./jun. 2009 146


VERNAZA, M. G. et al.

www.ital.sp.gov.br/bj

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 prote-ínas, 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 acei-tação 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 dire-tamente 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 influen-ciada 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

Introdução1

Cereais matinais são “grãos processados para o consumo humano” considerados al imentos 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 açuca-rados, 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 desem-penham 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 proi-bido 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 mara-cujá 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





Os níveis das variáveis independentes, tanto codi-ficados, 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, utili-zando 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 deli-neamento 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 mate-rial 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 paquí-metro 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 meto-dologia 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

extrusor) e do teor de farelo de maracujá adicionado sobre propriedades tecnológicas (expansão radial, dureza e luminosidade) de produtos extrusados, visando o desen-volvimento de cereal matinal funcional orgânico à base de farinha de milho, também proveniente de sistema de cultivo orgânico.

Material e métodos2

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 apre-sentadas nas Tabelas 1 e 2.

2.2 Métodos

Foi util izado um delineamento experimental composto central rotacional 23 para verificar o efeito do processo de extrusão termoplástica sobre as proprie-dades 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

milho (%)Farelo de

maracujá (%)Umidade 9,55 ± 0,06 6,74 ± 0,06Gordura 2,61 ± 0,02 0,60 ± 0,07Proteína 8,55 ± 0,08 7,63 ± 0,14Cinzas 0,52 ± 0,01 6,17 ± 0,03Carboidratos* 78,77 78,86Fibra alimentar total 3,68 ± 0,01 64,11 ± 0,06Insolúvel 3,37 ± 0,02 50,16 ± 0,08Solúvel 0,31 ± 0,01 13,96 ± 0,02*Incluem a fração de fibra alimentar.

Tabela 2. Distribuição de tamanho de partícula das matérias-primas.

Mesh Abertura (mm)

Farinha de milho (% retida)

Farelo de maracujá (% retida)

20 0,840 0,72 ± 0,30 4,73 ± 0,2732 0,500 0,94 ± 0,68 29,38 ± 0,6860 0,250 85,21 ± 2,40 31,98 ± 0,8080 0,177 8,65 ± 1,39 8,48 ± 0,55

100 0,149 0,97 ± 0,59 3,00 ± 0,10fundo - 3,54 ± 1,88 22,45 ± 0,95

Tabela 3. Níveis das variáveis independentes.Variável independente –α –1 0 +1 +αFarelo de maracujá (%) 0 6 15 24 30Umidade (%) 18 20 23 26 28Temperatura (°C) 120 128 140 152 160α = ± (2n)1/4 = ± 1,68, onde n: no de variáveis independentes (n = 3).





Resultados e discussão3

Os resultados obtidos na avaliação das proprie-dades 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, respectiva-mente, 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 signifi-cância.

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 indepen-dentes (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 (1)

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; velo-cidade 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 tecnoló-gicas, 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) Propriedades tecnológicas

vc vr vc vr vc vr IE Dureza (N) L*1 –1 6 –1 20 –1 128 3,88 ± 0,76 11,98 ± 3,22 58,452 +1 24 –1 20 –1 128 3,86 ± 0,27 21,31 ± 4,60 44,153 –1 6 +1 26 –1 128 3,63 ± 0,44 17,24 ± 4,37 48,524 +1 24 +1 26 –1 128 1,59 ± 0,28 19,81 ± 6,37 50,455 –1 6 –1 20 +1 152 3,17 ± 0,20 10,16 ± 2,41 62,556 +1 24 –1 20 +1 152 1,63 ± 0,26 9,36 ± 2,98 58,567 –1 6 +1 26 +1 152 1,18 ± 0,17 25,73 ± 7,54 59,248 +1 24 +1 26 +1 152 1,02 ± 0,23 24,35 ± 7,47 52,389 –α 0 0 23 0 140 3,06 ± 0,31 17,83 ± 3,87 68,26

10 +α 30 0 23 0 140 1,96 ± 0,23 19,80 ± 4,83 51,5311 0 15 -α 18 0 140 4,11 ± 0,48 11,54 ± 1,82 54,0212 0 15 +α 28 0 140 1,58 ± 0,26 21,27 ± 6,58 52,7113 0 15 0 23 –α 120 3,77 ± 0,39 20,97 ± 4,24 48,1614 0 15 0 23 +α 160 1,75 ± 0,22 15,92 ± 3,86 64,0315 (C) 0 15 0 23 0 140 2,06 ± 0,22 16,27 ± 4,38 55,0416 (C) 0 15 0 23 0 140 2,09 ± 0,25 14,88 ± 3,72 55,5817 (C) 0 15 0 23 0 140 2,44 ± 0,20 14,86 ± 2,37 52,9718 (C) 0 15 0 23 0 140 2,62 ± 0,26 17,01 ± 3,09 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.





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 o IE, apresentadas na Figura 1, que permitem visualizar as melhores condições para esta propriedade tecnológica estudada.

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 tempe-ratura 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.

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) mate-riais 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 gela-tinizado 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

0

6

15

24

30

2826

2320

18

IE

1

2

3

Farelo (%)

1,0151,351,6852,022,3552,693,0253,3593,6944,029Above

Temperatura = 140 °C

Umidade (%)

1,0161,351,6852,022,3552,693,0243,3593,6944,029Above

Umidade = 23%

5

4

321

160152

140

128120 0

6

15

24

30

Farelo (%)

Temperatura (°C)

IE

2826

23

2018

IE

1

2

3

4

5

Umidade (%)

Farelo = 15%

0,6371,0561,4751,8942,3132,7323,153,3693,9884,407Above

160152

140128

120

Temperatura (°C)

a

b

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.)





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 indepen-dentes (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 tempe-raturas 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 impor-tante 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 expan-didos 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 mate-rial 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 trans-portada. Ultrapassado este limite, a massa não é mais plastificada, pois, mesmo em temperaturas elevadas, o

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 mate-rial 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 bo lhas 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. Obser-va-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





tempo de residência é insuficiente para uma transferência de calor adequada (MERCIER et al., 1998).

A redução da expansão e o aumento da dureza são características de produtos com a adição de fibras, resul-tados de uma queda na elasticidade devido à presença das fibras (ONWULATA et al., 2001).

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 conse-quência 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, resul-tando em produtos duros, compactos, não crocantes e com textura indesejável sensorialmente.

3.3 Luminosidade

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 signi-ficância.

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 inde-pendentes (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.

= − + +2L* 53,54 3,76 * F 1,75 * F 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 cons-truir 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 compa-

10,82412,24913,67515,10116,52617,95219,37820,80322,22923,655Above

35

30252015105

Dur

eza

(N)

Umidade (%)

2826

23

2018 0

615

2430

Farelo (%)


11,08912,45613,82215,18916,55617,92319,28920,65622,02323,39Above

35

30252015105

Dur

eza

(N)

06

1524

30

Farelo (%)

Umidade = 23%

160152

140128

120Temperatura (°C)

4,3977,25110,10512,95915,81218,66621,5224,37327,22730,081Above

35

30252015105

Dur

eza

(N)

1820

2326

28

Umidade (%)

Farelo = 15%

160152

140128

120Temperatura (°C)

c

b

a

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.)





rado com a cor mais clara da farinha de milho (L = 86,31) (VERNAZA, 2007).

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 obser-vou-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.

3.4 Definição das condições ótimas de processo e caracterização do produto

Com base nos resultados obtidos para as proprie-dades tecnológicas estudadas, foi possível desenvolver uma base para cereal matinal extrusado com parâ-metros 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 equi-vale 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 consu-midos aproximadamente 3,4 g de fibra alimentar (13,6% da recomendação diária de 25 g).

Conclusões4

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

52,74553,94955,15456,35857,56258,76659,9761,17562,37963,583Above

75

70

65

60

55

50

45

L*

06

15

2430

Umidade (%) Farelo (%)

2826

23

2018


46,92349,42151,91954,41756,91559,41361,91164,40966,90869,406Above

75

70

65

60

55

50

45

L*

06

15

2430

Temperatura (°C) Farelo (%)

160152

140

128

120

Umidade = 23%

47,71949,01350,30751,60152,89554,18955,48356,77758,07159,365Above

75

70

65

60

55

50

45

L*

1820

23

2628

Temperatura (°C) Umidade (%)

160152

140

128

120

Farelo = 15%

a

b

c

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.)





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foi o da umidade. Ao aumentar a umidade, a dureza dos extrusados aumentou significativamente. Quanto à lumi-nosidade, altos teores de farelo de maracujá diminuíram os valores de L*, produzindo extrusados mais escuros, ao contrário do efeito da temperatura, em que altas tempe-raturas aumentaram o valor de L*, produzindo extrusados mais claros.

Foi possível desenvolver uma base para cereal matinal extrusado de boa qualidade com aproximada-mente 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.

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 Coope-rativa Agropecuária Alto Uruguai Ltda. Cotrimaio e ao Sítio Boa Esperança pela doação das matérias-primas.

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