DIGESTIBILIDADE IN VITRO DE FARINHA DE ARROZ PRETO SUBMETIDA A CONDIÇÕES PRÉVIAS DE TRATAMENTOS DE SECAGEM

Capítulo de livro publicado no livro PROCESSAMENTO DE ALIMENTOS: PESQUISAS E INOVAÇÕES PARA NOVOS PRODUTOS. Para acessa-lo  clique aqui.

DOI: https://doi.org/10.53934/202311-08

Este trabalho foi escrito por:

Virgínia Mirtes de Alcântara Silva , Newton Carlos Santos ,

Mailson Gregório Gonçalves , Michael Marcos de Aquino Gomes , Vitória Régia do Nascimento Lima ,Sara Morgana Félix de Sousa ,

Dauany de Sousa Oliveira

Introdução

O arroz (Oryza sativa) é uma das três principais culturas alimentares do mundo e alimenta quase 20% da população global, desempenhando um papel crítico na segurança alimentar (Wu et al., 2023). É um alimento amiláceo, sendo considerado o cereal mais importante nos países em desenvolvimento (CHIMA & FASUAN, 2021). Segundo Silva et al. (2023), o elevado consumo deste cereal está ligado não só ao seu valor nutricional, mas também devido a algumas particularidades deste grão, como não ser um alimento alergênico e não ser tóxico para celíacos, tornando-o apto para a produção de produtos sem glúten.  

Além do arroz branco, outras variedades de arroz, como o arroz preto estão expandindo seu uso na indústria alimentícia por apresentar boas características sensoriais e elevado valor nutricional (ALMEIDA et al., 2023a). O arroz preto é rico em proteínas, amido, lipídios, aminoácidos, vitaminas, fibras alimentares, minerais e outros nutrientes, bem como certos componentes funcionais, como pigmentos de antocianina (CHEN et al., 2022). De acordo com Qadir & Wani (2023), esses pigmentos são responsáveis ​​por propriedades antioxidantes, anticancerígenas, cardioprotetoras e de liberação de insulina.

Devido à sazonalidade e seus efeitos nas lavouras, as etapas pós-colheita são essenciais para a preservação e disponibilidade do produto (MALDANER et al., 2021). Segundo Santos et al. (2020), a secagem é um método de operação pós-colheita que visa reduzir o teor de água dos grãos para armazenamento e conservação seguros, assim como, para obtenção de farinhas (BUREŠOVÁ et al., 2023).

Segundo Jan et al. (2022) a farinha de arroz pode ser utilizada como um dos principais componentes para a fabricação de cereais matinais e lanches prontos para consumo, além disso, a falta de glúten na farinha de arroz oferece uma vantagem adicional, tornando-a uma alternativa promissora à farinha de trigo em produtos de panificação, especificamente para aqueles associados à doença celíaca (SANTOS et al., 2020).

O pré-tratamento com HMT é considerado um método térmico que envolve a exposição do material com um teor de umidade de 10 a 30% a altas temperaturas de 90 a 120 °C por um período de tempo (YANG et al., 2019). O pré-tratamento com etanol consiste na adição de etanol ao material para facilitar a evaporação da água, a rápida evaporação abre canais que facilitam o deslocamento de água pura de dentro do material para o ar de secagem (MACÊDO et al., 2023).

E por fim, o pré-tratamento com HHP é um método não térmico, no qual, a pressão é transmitida uniforme e instantaneamente em todo o sistema alimentar, independentemente de sua geometria e tamanho (SANTOS et al., 2023). Nossas hipóteses, são que essas condições de pré-tratamentos melhorem a qualidade do produto final, além de aumentar a eficiência do processo, tornando-o mais rápido e menos oneroso.

Nesse contexto, o presente estudo tem como objetivo avaliar a influência de diferentes pré-tratamentos de secagem (HMT, BRE e HHP) na digestibilidade in vitro do amido. Ao investigar a digestibilidade da farinha de arroz preto submetida a diferentes condições prévias de tratamento de secagem, podemos entender como essas condições afetam a estrutura do amido e a disponibilidade de nutrientes no produto final.

Materiais e Métodos

Aplicação dos pré-tratamentos e obtenção da farinha

Os grãos de arroz preto foram divididos em três lote para aplicação dos pré-tratamentos, em triplicata. 1) O primeiro lote foi submetido ao tratamento de calor e umidade (HMT) conforme descrito por Kunyanee & Luangsakul (2022) com modificações. Para isso, grãos de arroz preto (100g) foi colocado em um frasco cônico com uma quantidade de água para obter amostras com umidade final de 30%. 

Os frascos foram então selados e as misturas aquecidas em forno elétrico (FR-09 Mondial, Brazil) à 110 °C por 2 h. Para aplicação dos demais pré-tratamentos os grãos de arroz preto inicialmente foram submetidos a uma etapa de umidificação em temperatura ambiente (25 °C) para estabilização do teor de água seguindo o procedimento experimental proposto por Botelho et al. (2010). O teor de umidade dos grãos atingiu 30%, constituindo-se esta, o teor de umidade inicial dos grãos (Controle); 2) O segundo lote foi submetido a etapa de pré-tratamento com etanol (BRE) seguindo o protocolo experimental propostos por Santos et al. (2022). Para isso, grãos de arroz preto (100g) previamente umidificados à 25 °C foram imersos em um recipiente com etanol 99.5% (Dinâmica Química Contemporânea, Indaiatuba, Brazil) na proporção 1:1 (w/w) durante 5 min/25 °C, e em seguida os grãos foram colocados em papel toalha para retirar o excesso de etanol superficial.

E por fim, 3) o terceiro lote foi submetido ao pré-tratamento de alta pressão hidrostática (HHP) seguindo a metodologia proposta por Almeida et al. (2023b). No qual, grãos de arroz preto (100g) previamente umidificados à 25 °C foram acondicionados em sacos de polietileno de baixa densidade e foram colocados na câmara de 1 L de um equipamento de alta pressão hidrostática (Hiperbaric SA, Burgos) nas condições de 200 MPa durante 10 min/25 °C.

Para obtenção das farinhas, os grãos de arroz preto sem pré-tratamento (controle) e pré-tratados (HMT, BRE e HHP) foram submetidos ao processo de secagem utilizando um secador convectivo na temperatura de 60 °C e velocidade do ar de 1.5 m s^-1.

 Digestão in vitro

A digestão salivar-gastrointestinal simulada in vitro das farinhas nas diferentes condições foi realizada usando um método proposto por Tian et al. (2018) e Wei et al. (2023). Para a digestão da saliva, uma solução de α-amilase (10 mg de α-amilase dissolvida em 10 mL de tampão de acetato de sódio 100 mmol/L com pH 6,8) foi adicionada à FBR (2g) e a amostra foi agitada por 2 min a 37 °C. 

Após a digestão da saliva, o trato gastrointestinal foi digerido, em seguida, os sobrenadantes da digestão simulada (0,5 mL) foram coletados em diferentes pontos de tempo ao longo dos processos de digestão do intestino delgado (5, 30, 60, 90, 120, 150, 170, 200 min) e imediatamente diluídos com 2.5 mL de etanol 95% para inativar as enzimas. As concentrações de glicose foram medidas usando a metodologia de açúcar redutor proposta por Miller (1959).

A curva padrão para a digestão do amido em diferentes concentrações de glicose foi construída, seguindo a Equação 1.

Onde C_∞ é a porcentagem estimada de digestão final do amido, C_t é a digestibilidade do amido em t (min) e k é o coeficiente da taxa de digestão do amido. Em seguida, calculou-se a área sob a curva (AUC) (Equação 2). A Equação 3 foi fornecida para calcular o índice glicêmico (IG) de acordo com a metodologia experimental de Wei et al. (2023).

Onde: AUC é área da curva; C_∞ é a porcentagem estimada de digestão final; k é o coeficiente da taxa de digestão; t_f é o tempo final (min) e t₀ é p tempo inicial (min).

O índice de hidrólise (HI) foi calculado dividindo-se a área sob a curva da amostra pela área correspondente para um alimento de referência (arroz parboilizado). E o índice glicémico (GI) foi calculado através da Equação 3.

Equações no livro

Resultados e Discussões

O amido é o principal componente do arroz e é hidrolisado em glicose no corpo humano para fornecer energia, e sua digestibilidade é importante para a saúde humana (Almeida et al., 2023).  A reação catalítica da α-amilase de todas as FBR (controle, HMT, BRE e HHP) foi avaliada e a curva de progressão em função do tempo é mostrada na Figura 1.

Pode-se observar que digestibilidade do amido de todas as amostras de FBR aumentou rapidamente no início, depois atingiu gradualmente o valor máximo e, finalmente, tendeu a ser estável. Wei et al. (2023) relataram comportamento semelhante para digestibilidade in vitro de arroz integral pré-tratado com ácido ascórbico e por Almeida et al. (2022) para amido de arroz vermelho pré-tratado hidrotermicamente. Um modelo geral de primeira ordem, foi ajustado aos dados experimentais e os parâmetros cinéticos de digestão são apresentados na Tabela 1.

Este modelo forneceu uma descrição precisa com valores do coeficiente de determinação (R²) maior que 0.95 (R²>0.95) para todas as condições de pré-tratamento e a função qui-quadrado apresentou () valores variando de 0.438 a 1.121. Aos avaliar os parâmetros cinéticos C_∞ e k das farinhas de arroz preto, uma diferença (p<0.05) pode ser facilmente percebida entre as amostras controle e pré-tratadas, destaque para HHP e HMT que apresentaram as maiores porcentagens de hidrólise com taxa de (6,13 ± 0,10)×10^-2 min^-1 e (4,81 ± 0,12)×10^-2 min^-1, respectivamente. Segundo Park et al. (2022) a taxa de hidrólise pode aumentar significativamente após aplicação de pré-tratamentos.

De fato, nossos resultados evidenciam que os pré-tratamentos aplicados aos grãos de arroz preto resultaram em maiores taxa de reação enzimática. Uma vez que os pré-tratamentos modificam a estrutura do material e a digestibilidade do amido é influenciada pela morfologia granular, cristalinidade e estrutura molecular da amilopectina (Heberle et al., 2022).

De acordo com Yao et al. (2023) as modificações estruturais promovidas pelos pré-tratamentos, podem facilitar a reação com α-amilase em decorrência da maior área. Efetivamente, nossos achados atuais sustentam essa afirmação, visto na Tabela 2, que as maiores áreas foram para as condições utilizando HHP (5775,11), HMT (4926,52) e BRE (4224,65) que apresentaram índice de hidrólise (HI) de 84,93%, 72,44% e 62,12%, respectivamente (p<0,05). Thuengtung et al. (2023) observaram em seus estudos que HMT moderado com maior tempo de aquecimento promoveu menos hidrólise do amido. Leong et al. (2022) obtiveram maiores HI para as amostras pré-tratadas com campo elétrico pulsado. Os valores de HI foram usados para estimar o índice glicêmico (GI) das FBR sem (controle) e com aplicação de pré-tratamentos (HMT, BRE e HHP), os resultados são expressos na Tabela 2.

Tabela 2: Área da curva (AUC), índice de hidrólise (HI) e índice glicêmico (GI) obtidos para farinha de arroz preto submetida a diferentes condições de pré-tratamento.

Nota: Letras minúsculas na mesma coluna indicam diferença estatística pelo teste post hoc de Tukey HSD (p<0,05) entre as diferentes condições de pré-tratamento; AUC: área da curva; HI: índice de hidrólise; GI: índice glicêmico; HMT: Arroz preto pré-tratado com calor e umidade; BRE: Arroz preto pré-tratado com etanol; HHP: Arroz preto pré-tratado com alta pressão hidrostática.

A amostra controle apresentou GI de 63,85, no entanto, observou-se que os valores de GI das amostras pré-tratadas foram significativamente maiores (p<0.05) e superiores a 70. Segundo Eyinla et al. (2021) os valores de GI podem ser classificados em baixo (<55), médio (56–70) e alto (>70). Kanyanne et al. (2022) obtiveram valores de GI na faixa de 57,75 a 72,2 para arroz branco pré-tratado com recozimento assistido por ultrassom. De modo geral, o pré-tratamento não térmico com HHP foi mais eficiente em comparação ao pré-tratamento térmico (HMT) e do que utilizando imersão em etanol (BRE).

Considerações finais

Em conclusão, o presente estudo investigou a digestibilidade in vitro da farinha de arroz preto submetida a diferentes condições prévias de tratamento. Os resultados demonstraram que os pré-tratamentos, incluindo o uso de calor e umidade (HMT), etanol (BRE) e alta pressão hidrostática (HHP), promoveram modificações estruturais no amido da farinha de arroz preto, resultando em maior reatividade com a α-amilase e, consequentemente, aumentando a digestibilidade do amido. Além disso, os índices glicêmicos das amostras pré-tratadas foram significativamente maiores em comparação com a amostra controle, sugerindo uma maior disponibilidade de glicose após o consumo desses produtos. Esses achados contribuem para a compreensão da influência dos pré-tratamentos na digestibilidade da farinha de arroz preto, fornecendo informações importantes para o desenvolvimento de alimentos com propriedades funcionais aprimoradas e benefícios à saúde.

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