FARINHA DE ARROZ VERMELHO: INFLUÊNCIA DA TEMPERATURA DE SECAGEM NO ACOMPANHAMENTO CINÉTICO E NA QUALIDADE BIOATIVA

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DOI: https://doi.org/10.53934/9786585062060-05

Este trabalho foi escrito por:

Virgínia Mirtes de Alcântara Silva ^*; Raphael Lucas Jacinto Almeida  ; Newton Carlos Santos ; Victor Herbert de Alcântara Ribeiro ;

Raniza de Oliveira Carvalho ; Soraya Alves de Morais 

* Email:[email protected]

Resumo: Nos últimos anos, visando evitar a monotonia das preparações para aqueles que não consomem glúten, novos ingredientes passaram a ser investigados, inclusive, os derivados do arroz. Portanto, esse estudo tem como objetivo desenvolver farinhas de arroz vermelho, com a finalidade de proporcionar ao público celíaco alternativas para a substituição de farinhas convencionais na produção de alimentos livres de glúten. Para a obtenção das farinhas, realizou-se a cinética de secagem dos grãos de arroz vermelho nas temperaturas de 40, 50, 60, 70 e 80 °C e velocidade de ar de 1,5 m/s. Aos dados experimentais obtidos foram ajustados modelos matemáticos (empíricos e difusivos), Posteriormente foi realizada a moagem dos grãos desidratados para obtenção da farinha e realizada e determinado do teor de antocianinas, flavonoides e compostos fenólicos para verificar o impacto das temperaturas aplicadas na qualidade do produto. Verificou-se que o modelo de Page e o modelo de difusão apresentaram confiabilidade na descrição da cinética de secagem do arroz vermelho. Na temperatura de 80°C houve maior taxa de secagem, porém ocorreu fissura nos grãos e maior degradação das antocianinas. Valores inferiores de compostos fenólicos totais foram obtidos nos grãos submetidos a temperatura de 80 °C. Portanto, a temperatura de 40 ºC foi a que garantiu maior conservação de todos os compostos bioativos analisados.

Palavras–chave: Antocianinas; celíacos; gluten-free; processamento; conservação

INTRODUÇÃO

O arroz (Oryza sativa L.) possui diversos tipos de cultivares, é um alimento amplamente consumido no mundo, apresentando-se em diferentes tipos de cores como branco, preto, vermelho e marrom. O arroz-vermelho possui esta denominação em virtude da coloração avermelhada do pericarpo dos grãos, que por sua vez deve-se ao acúmulo de taninos e antocianinas (1). No Brasil, o arroz-vermelho possui grande popularidade, constituindo-se como uma das principais matérias-primas utilizadas na produção de farinhas, devido à ausência do glúten (2).

Atualmente, as variedades de arroz pigmentado receberam maior atenção dos pesquisadores e consumidores, por possuírem elevadas propriedades nutricionais, graças à presença de pigmentos bioativos existentes na camada de revestimento dos grãos. Dentre os quais estão presentes os grupos ácidos fenólicos, flavonoides e antocianinas, que desempenham atividade antioxidante e provocam a diminuição de radicais livres, que são nocivos ao organismo humano devido ao aumento do estresse oxidativo (2).

Estima-se que 1% da população mundial sofre com intolerância ao glúten (doença celíaca) que é caracterizada por ser uma enteropatia autoimune induzida em indivíduos com genes suscetíveis, causada por meio da ingestão de grãos contendo glúten, como trigo, cevada e trigo sarraceno e derivados. Devido às suas causas diversas e complexas, a única maneira viável e eficaz de aliviar seus sintomas é dar aos pacientes uma dieta livre de glúten. Portanto, a demanda por produtos livres de glúten tem crescido substancialmente e são elaborados utilizando amidos puros e farinhas alternativas (3).

Embora os grãos de arroz apresentem reduzidos teores de água em sua constituição, segundo Santos et al. (4) a secagem ainda pode ser aplicada como um processo de conservação, pois a remoção de água, possibilita a obtenção de um material seco (pó) e sua aplicação em pó têm despertado o interesse da indústria de alimentos (5).

Nesse contexto, o presente estudo tem como objetivo elaborar a farinha do arroz vermelho, através da sua cinética de secagem em diferentes temperaturas, assim como, ajustar modelos matemáticos empíricos e difusivos aos dados experimentais. Analisar através dos teores antocianinas, flavonoides e compostos fenólicos, o efeito das temperaturas aplicadas sobre a qualidade da farinha obtida.

MATERIAL E MÉTODOS

Os grãos de arroz vermelho utilizados foram adquiridos em uma feira livre local da cidade de Campina Grande, Paraíba, sendo então selecionados visualmente para uniformidade de amostragem.

Procedimento de secagem

As secagens dos grãos de arroz vermelho foram realizadas em triplicata, utilizando estufa de secagem com circulação de ar forçado ajustado para operar nas temperaturas de 40, 50, 60, 70 e 80 ºC e com velocidade do ar de 1,5 m/s, nas quais as amostras foram distribuídas uniformemente em bandejas de tela de aço, formando uma camada fina.

O teor de água inicial e final do produto, após a secagem foi determinado pelo método gravimétrico de acordo com a metodologia proposta pelo A.O.A.C. (6). Os dados experimentais foram expressos em termos de razão de teor de água (RX), como descrito na Equação (1):

  

em que: RX é a razão do teor de água (adimensional); X é o teor de água (base seca); X_e é o teor de água de equilíbrio (base seca) e X₀ é teor de água inicial (base seca).

Os valores observados para cada temperatura do ar de secagem foram simulados e ajustados aos modelos empíricos para descrever a regressão não linear, pelo método Quasi-Newton dos fenômenos de secagem descritos na Tabela 1, utilizando o software Statistica 7.0.

Onde: X²:qui-quadrado; RX_exp,i é a razão de teor de água obtida experimentalmente; RX_pre,i é a razão de teor de água predita pelo modelo matemático; N = número de observações ao longo da cinética de secagem; n: n: número de coeficientes e constantes do modelo.

Equação de difusão

A Equação de difusão que descreve a secagem de um produto na forma de um cilindro infinito pode ser escrita como:

Solução analítica para condição de contorno convectivo

A condição de contorno do terceiro tipo ou ainda condição de fronteira de Cauchy, é expressa pela imposição de fluxo difusivo interno igual no limite do cilindro infinito e do fluxo convectivo externo próximo a este limite, dado pela Equação (4).

Os parâmetros μ_n são as raízes da seguinte equação transcendental:

Para obtenção dos parâmetros de processo D, h e Bi, a otimização do processo foi feita usando o programa “Convective” (7). O Convective é usado para estudar processos de difusão de água com dados experimentais conhecidos, para as seguintes geometrias: parede infinita, cilindro infinito, esfera, cilindro finito e paralelepípedo.

Processamento dos grãos

Após desidratados, os grãos de arroz vermelho foram triturados em moinho de facas onde ficaram com texturas de farinha com granulometria irregular. Em seguida, foram empacotadas e armazenadas em embalagens laminadas e seladas a vácuo.

Determinação de antocianinas, flavonoides e compostos fenólicos totais

Os grãos de arroz vermelho e as farinhas obtidas ao final de cada secagem foram caracterizadas em relação aos seguintes parâmetros. O teor de antocianinas totais e flavonoides seguiram o método pH único descrito por Francis (8).  O método consiste em uma transferência quantitativa de uma alíquota do extrato concentrado para um recipiente e então essa alíquota é diluída com uma quantidade de solução Etanol – HCl a 1,5 mol.L^-1 tendo assim um volume de extrato diluído. Os compostos fenólicos totais foram quantificados a partir do método de Folin-Ciocalteau descrito por Waterhouse (9), utilizando ácido gálico como padrão. Os cálculos realizados para a determinação dos compostos fenólicos foram baseados em uma curva padrão com ácido gálico, e as leituras realizadas em espectrofotômetro a 765 nm, com os resultados expressos em mg.100g^-1 de ácido gálico.

Análise estatística

Os dados experimentais foram analisados em triplicata e os resultados submetidos à análise de variância de fator único (ANOVA) de 5% de probabilidade e as respostas qualitativas significativas foram submetidas ao teste de Tukey adotando-se o mesmo nível de 5% de significância. Para o desenvolvimento das análises estatísticas foi utilizado o software Assistat 7.7.

RESULTADOS E DISCUSSÃO

Na da Tabela 2, observa-se que todos os modelos matemáticos aplicados na cinética de secagem do arroz vermelho possuem coeficientes de determinação (R²) superiores a 0,99 em todas as temperaturas do ar de secagem. Este comportamento, segundo Melo et al. (10) pode indicar que os modelos se adequam satisfatoriamente aos dados experimentais obtidos, todavia para a seleção de modelos não lineares torna-se necessário também avaliar os valores obtidos para a função qui-quadrado, no qual devem ser os mais baixos possível.

Todos os modelos aplicados apresentam baixos valores para função qui-quadrado, atestando que são capazes de descrever o processo de secagem do arroz vermelho de maneira eficiente. Contudo, dentre os modelos avaliados verificou-se que o modelo de Page apresentou valores inferiores para a função  (0,006527 a 0,014700,) quando comparado aos demais modelos aplicados, demonstrando que o modelo de Page (Figura 1) apresenta maior confiabilidade na descrição do processo de secagem nas condições estudadas.

Silva et al. (11) obtiveram resultados semelhantes ao realizarem cinética de secagem em grãos de sorgo, verificaram que o modelo de Page apresentou melhor ajuste aos dados experimentais. Lang et al. (12) estudaram a cinética de secagem do arroz preto usando o secador de leito fixo com velocidade de ar de 0,5m/s e concluíram que o modelo matemático de Page foi o que melhor se descreveu para a cinética de secagem.

Acerca do coeficiente “n” apresentado no modelo de Page não se observou uma correlação dos seus valores em relação à temperatura utilizada no processo de secagem. Resultados similares foram observados por Sousa et al. (13) na predição da cinética de secagem de grãos de guandu. Porém, apesar dos dados obtidos, os autores afirmaram que o coeficiente n representa o gradiente existente entre a pressão de vapor do ar e do material, o que remete ao fato de que naturalmente a elevação da temperatura empregada no processo, deveria provocar o aumento deste coeficiente que por sua vez, constitui maior taxa de remoção de água.

Na Tabela 2, observa-se que para todos os modelos aplicados a constante de secagem k, teve relação direta com o aumento da temperatura. A proporcionalidade entre estes parâmetros, foi constatada também por Rodovalho et al. (14) na cinética de secagem dos grãos de pimenta bode. Os autores afirmaram que este fato provavelmente indica que a difusividade efetiva controla todo o processo de secagem. Em análise ao modelo de Page, observa-se que a constante k variou de 0,011867 a 0,041006, com o aumento da temperatura do ar de secagem de 40 para 80ºC. 

Os valores da constante k obtidos para o modelo de Page estão expressos em forma de equação (Figura 2), mostrando esta tendência clara do seu aumento com a elevação da temperatura. Onde a partir da linha de tendência linear, obteve-se uma equação capaz de estimar o valor de k para qualquer temperatura de ar de secagem aplicada aos grãos.

Observou-se que na temperatura de 80 ºC houve maior trincamento dos grãos de arroz durante o processo de secagem. Segundo Palamanit et al. (15), isto ocorre porque altas temperaturas aplicadas ao processo de secagem proporcionam maior gradiente de umidade dentro dos grãos, provocando encolhimento dos grânulos de amido, que consequentemente promove maior estresse à superfície do material e o desenvolvimento de fissuras. Smaniotto et al. (16) também observaram trincamentos nos grãos de soja submetidos a secagem na temperatura de 90 ºC. Na Tabela 3 estão expostos os resultados obtidos pelo modelo de difusão para os grãos de arroz vermelho.

Com relação a difusividade efetiva, notou-se um aumento destes valores com elevação da temperatura de secagem, no qual, variaram de 5,25 a 18,40 x 10^-9 m².min^-1 quando se aumentou a temperatura do ar de secagem de 40 para 80 ºC. Fato este também observado por Silva et al. (17) onde o valor da difusividade efetiva das sementes de abóbora aumentou de 1,553 para 2,091 x 10^-10 m².s^-1 para as temperaturas de 35 a 50 ºC.  Silva et al. (18) em estudos com grãos de feijão branco, observaram que a difusividade aumentou de 3,46 a 10,30 x 10^-8 m².min^-1 para faixa de temperatura de 40 a 80 ºC. Quequeto et al. (19) obtiveram para as sementes de noni difusividade efetiva com variação de 8,6968 a 23,7089 x 10^-10 m².min^-1. Segundo Carvalho et al. (20) a difusividade depende da temperatura do ar de secagem, ou seja, quanto maior a temperatura do ar de secagem, menor a resistência do grão à remoção de água, e maior será a difusividade.

Foi observado que o coeficiente convectivo de transferência de calor, apresentou comportamento semelhante à difusividade efetiva de massa, onde houve um aumento de 1,23 x 10^-5 m.min^-1 para 4,98 x 10^-5 m.min^-1 quando a temperatura do ar de secagem variou de 40, 50, 60, 70 e 80 ºC. Indicando que maiores quantidades de calor são transferidas quando os grãos foram submetidos à secagem na temperatura de 80 ºC.

Diferentemente do observado para a difusividade efetiva e para o coeficiente convectivo de transferência de calor, o número de Biot não apresentou tendência de aumento com o aumento da temperatura do ar de secagem, os números de Biot obtidos para os grãos de arroz vermelho foram relativamente baixos e inferiores a 9, indicando que a condição de contorno do terceiro tipo descreveu de forma satisfatória o processo de secagem.

Verifica-se ajuste satisfatório das curvas de secagem preditas pelo modelo de difusão com solução analítica para geometria de cilindro infinito, onde ao se analisar o coeficiente de determinação (R²) na Tabela 3, todos os valores obtidos foram superiores a 0,99, variando de 0,9931 a 0,9977 entre as temperaturas aplicadas.

Na Tabela 4 pode-se observar os efeitos da temperatura do ar de secagem nos compostos bioativos dos grãos e das farinhas elaboradas com arroz vermelho.

Segundo Zhu et al. (21) o arroz apresenta uma grande diversidade genética na cor dos grãos e as antocianinas concentram-se principalmente no farelo de arroz descascado. Houve uma degradação dos pigmentos de antocianinas de até 1,205 mg. 100g^-1, no qual os tratamentos de 40 e 50 ºC não apresentaram diferença significativa. Assim como, os tratamentos de 70 e 80 °C. Sendo na temperatura de 80 ºC obtido o menor valor para esse parâmetro. Diferentes partes de um núcleo de arroz contêm diferentes quantidades de antocianinas (22).

Os flavonoides não apresentaram diferenças significativas entre a temperaturas aplicadas, apenas os grãos in natura diferiram das temperaturas de 60, 70 e 80 °C. Maior teor de flavonoide foi obtido para os grãos que não sofreram tratamento térmico (5,890 mg.100g^-1) Al-Saeedi e Hossain (23), observaram teores de flavonoides totais em sementes de feijão-guandu (0,18 mg. 100g^-1) inferiores aos obtidos no presente trabalho em todos os tratamentos avaliados. Contudo, Shao et al. (24) em estudos com arroz vermelho e preto obtiveram teores de flavonoides totais, respectivamente de 162,86 mg. 100g^-1 e 415,10 mg. 100g^-1.

As concentrações dos compostos fenólicos totais não apresentaram diferença significativa entre as temperaturas de 40, 50 e 60ºC, sendo encontrados os maiores teores para 40°C. As temperaturas de 70 e 80ºC não diferiram entre si, apresentando valores inferiores deste composto. Hu et al. (25) obtiveram teor de compostos fenólicos totais de 15,3 mg GAE/100g pela extração com metanol, em grãos de arroz vermelho. Thuengtung et al. (26) extraíram e quantificaram os compostos fenólicos totais do amido de arroz vermelho em 3 variedades, no qual variou de 20 a 40 mgGAE/100g de amido, é perceptível que na extração do amido muitos compostos fenólicos são perdidos no processamento. Goffman & Bergaman (27) quantificaram os fenólicos solúveis de 320 genótipos de arroz integral de acordo com a cor do pericarpo, onde obtiveram valores que variaram de 29 a 583,0 mgGAE/100g para as linhagens roxa e vermelha, para arroz de coloração marrom esse parâmetro variou de 25 a 286,0 mgGAE/100g e para grãos de pericarpos mais claros foram encontrados valores de 23 a 62 mgGAE/100g. É importante lembrar que os fenólicos totais correspondem a somatória da fração solúvel com a insolúvel, os fenólicos insolúveis representam cerca de 20% dos fenólicos totais (409,74 mgGAE/100g) para o arroz pigmentado.

CONCLUSÕES

            O modelo de Page apresentou melhor ajuste aos dados experimentais obtidos na cinética de secagem do arroz vermelho, e a maior taxa de secagem foi verificada para a temperatura 80°C, contudo provocou fissura nos grãos. O modelo de difusão com solução analítica para geometria de cilindro infinito apresentou ajuste satisfatório das curvas de secagem com coeficiente de determinação (R²) superior a 0,99. Valores inferiores de compostos fenólicos totais e antocianinas foram obtidos nos grãos submetidos as temperaturas de 80°C. No entanto, a temperatura de 40ºC que garantiu maior conservação de todos os compostos bioativos analisados.

AGRADECIMENTOS

Os autores agradecem à CAPES (Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior) pelo apoio a este estudo e pela bolsa de pesquisa.

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