INFLUÊNCIA DOS PRÉ-TRATAMENTOS HIDROTÉRMICOS E DA TEMPERATURA DE SECAGEM NO RENDIMENTO DE EXTRAÇÃO, COR, VISCOSIDADE APARENTE E PROPRIEDADES TÉRMICAS DO AMIDO DE FEIJÃO VERMELHO

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DOI: https://doi.org/10.53934/9786585062060-07

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: O amido é frequentemente submetido a tratamento de desnaturação para melhorar suas propriedades úteis e eliminar suas deficiências. Este estudo teve como objetivo avaliar a influência dos pré-tratamentos hidrotérmicos (TPH) nos grãos e no amido, e da temperatura de secagem no rendimento de extração, parâmetros de cor, viscosidade aparente e propriedades térmicas. Os TPH escolhidos incluem os processos de cozimento e autoclave e foram aplicados nos grãos e no amido de feijão vermelho. Para obtenção do amido em pó, as pastas de amido foram secas nas temperaturas de 50, 60 e 70 °C em um forno elétrico com 1200W. Os amidos obtidos foram analisados quanto ao rendimento de extração, cor, viscosidade aparente e propriedades térmicas. Foi observado rendimento de extração >30%, e os maiores valores foram encontrados para os tratamentos submetidos a 70 °C, com destaque para o amido submetido ao cozimento (SC). Em relação aos parâmetros de cor, percebeu-se redução na luminosidade quando o TPH foi aplicado no amido (SA e SC). A viscosidade aparente e as propriedades térmicas foram influenciadas positivamente pela aplicação dos TPH. A modificação do amido usando TPH resulta em novas funções e características de valor agregado exigidas pela indústria, e o TPH tem potencial para produzir amido com novas funções.

Palavras–chave: processamento térmico; modificação hidrotermal; propriedades funcionais; Phaseolus vulgaris L.

INTRODUÇÃO

O feijão (Phaseolus vulgaris L.) é um alimento básico muito consumido em países em desenvolvimento, sendo bastante utilizado como alternativa à proteína animal (1). O Brasil é um dos maiores países produtores dessa leguminosa no mundo, atrás apenas do Myanmar e da Índia (2), tendo como os principais tipos: o feijão carioca, o preto e os de cores, dentre eles o branco, o roxo e o vermelho (3). O grão vermelho é rico em proteínas (22,1%) e carboidratos (64,8%), majoritariamente na forma de amido, sendo uma importante fonte de energia para os seres humanos (4).

Antes do consumo, os grãos de feijão precisam ser processados ​​ sendo de interesse científico saber como diferentes métodos de preparação podem modificar seus componentes nutricionais. Os métodos domésticos mais comuns para o processamento de leguminosas incluem divisão (descasque), imersão, germinação, fervura e cozimento,sob pressão (5). O processamento e as técnicas de cocção podem promover mudanças estruturais e composicionais dentro da matriz do feijão que podem modificar as propriedades de seus componentes (6), especialmente do amido.

O amido é um material útil para vários processos industriais, mas sua aplicação na forma nativa é limitada devido à baixa capacidade de fluxo, baixa transparência da pasta, suscetibilidade à retrogradação, altas temperaturas de gelatinização, rápida degradação enzimática, alta turbidez do gel e teor de água (7). Para superar essas limitações inerentes, o amido deve ser modificado, a fim de melhorar suas propriedades funcionais para fins industriais específicos. Na literatura, métodos químicos, físicos e enzimáticos têm sido usados ​​para modificar amidos (8). Os amidos fisicamente modificados têm diversas aplicações industriais com propriedades específicas; no entanto, o grau de modificação do amido a ser usado em alimentos é limitado pela legislação (9). Os grãos de feijão e amidos secos podem ser usados como ingredientes no desenvolvimento de produtos alimentícios (10).

A secagem é uma forma física de modificação do amido que envolve uma reação entre o material e o agente secante sob condições controladas. Para garantir a estabilidade microbiana e demanda dos consumidores de feijão durante a entressafra, os grãos são secos antes da comercialização. Uma secagem lenta e inadequada dos grãos e do amido pode levar ao crescimento de microrganismos durante o armazenamento de feijão, causando perda econômica (11).

Vários estudos têm se concentrado nos efeitos de diferentes métodos de processamento do amido, porém não foi encontrada na literatura nenhuma ênfase atribuída ao efeito dos métodos de cozimento convencional e por autoclave no amido de grãos vermelhos de Phaseolus vulgaris L. cultivados no Brasil (12). Masato et al. (6) avaliaram o tratamento de secagem ao ar aplicado ao amido gelatinizado, mas não verificaram o efeito nas propriedades termodinâmicas e tecnológica do amido.Portanto, este estudo tem como objetivo avaliar a influência dos tratamentos hidrotérmicos (autoclave e cozimento) nos grãos e no amido, e da temperatura de secagem no rendimento de extração, parâmetros de cor, viscosidade aparente e propriedades térmicas.

MATERIAL E MÉTODOS

Matéria-prima (amostragem)

Os grãos de feijão vermelho foram adquiridos de empresas locais na cidade de Natal (Rio Grande do Norte, Brasil), e posteriormente encaminhados ao Laboratório de Tecnologia de Alimentos da Universidade Federal do Rio Grande do Norte (UFRN) para seleção e remoção de impurezas. As amostras foram armazenadas em temperatura ambiente (25 ± 2 °C) até a etapa de extração.

Pré-tratamentos hidrotérmicos aplicados aos grãos de feijão vermelho

As modificações estruturais do feijão vermelho foram observadas por meio dos pré-tratamentos propostos por Almeida et al. (8). Para isso, os grãos foram submetidos a autoclave à temperatura de 120 °C e pressão de 1.08 bar e ao cozimento em água fervente a 100 °C, sendo identificados como SGA (autoclave). O tempo nominal de cozimento foi definido como o tempo em que a temperatura desejada foi atingida e mantida constante (10 min), sendo identificados como SGC (cozimento). Uma vez que todos os grãos passaram por processos hidrotérmicos, ocorreu a extração alcalina do amido. Os grãos que não foram submetidos ao processo hidrotérmico foram considerados como nativo (NS).

Extração do amido dos grãos de feijão vermelho

O amido foi extraído pelo método descrito por Bento et al. (13) com adaptações de acordo com Almeida et al. (8). O feijão vermelho foi inicialmente imerso em solução de metabissulfito de sódio (0,5%) na proporção 1:2 (p/v) por 72 horas a uma temperatura de 7 °C. Em seguida, os grãos de feijão vermelho foram triturados juntamente com água destilada na proporção de 1:2 (p/v) em liquidificador industrial (modelo KM42A, KOHLBACH) por 5 minutos e posteriormente filtrados em malha de organza para obtenção da suspensão de amido. O resíduo foi novamente triturado e filtrado quatro vezes para aumentar o rendimento da extração. A suspensão de amido passou por peneira de malha 32 e foi decantada cinco vezes com intervalos de 12 horas em refrigerador doméstico a 7 °C para evitar ação enzimática ou fermentativa durante o processo de sedimentação.

Pré-tratamentos hidrotérmicos aplicados após extração do amido

Os pré-tratamentos hidrotérmicos de autoclave e cocção também foram aplicados ao amido de NS, conforme descrito por Almeida et al. (8).  O amido foi submetido a pré-tratamento em autoclave (SA) à temperatura de 120 °C e pressão de 1.08 bar, enquanto o cozimento do amido (SC) foi conduzido a uma temperatura de 100 °C e pressão de 1 bar, ambos com tempo nominal de 10 min.

Secagem das pastas de amido

Os amidos obtidos de feijão vermelho foram colocados em bandejas de aço inoxidável e espalhados uniformemente para obter uma espessura de 5 mm. A secagem foi realizada em forno elétrico de 1200 W (Semp Easy, modelo FO3015PR2) com dimensões 25 x 41,5 x 32,2 cm. As temperaturas de secagem utilizadas foram 50, 60 e 70 °C, sendo a temperatura controlada por termostato. Essas temperaturas foram determinadas de acordo com as condições propostas por Almeida et al. (14). Os amidos em pó foram armazenados em embalagens laminadas com fecho zip lock em temperatura ambiente (25 ± 2 °C).

Rendimento de extração

O rendimento do processo de extração de amido foi calculado de acordo com a Equação 1.

Análise de cor

A cor do amido foi medida usando a escala de cores CIELAB (Delta Vista^®, Brasil) (L*, a*, b*). Os valores de cor foram registrados pela média dos valores de cinco fotografias, onde os parâmetros variam de L* = brilho (0 = preto, 100 = branco), a* (-a* = verde, +a* = vermelho) e b * (-b* = azul, +b* = amarelo).

Determinação da viscosidade aparente

A viscosidade aparente foi determinada usando um viscosímetro Brookfield (RVDV-II + PRO Brookfield, Middleboro, MA). A suspensão de amido (10%) foi acompanhada durante 2 min a 25 °C e, em seguida a viscosidade aparente foi medida a 100 rpm min^-1 por 1 min usando um fuso número 1 (15).

Propriedades térmicas

As propriedades térmicas do feijão vermelho foram determinadas usando um calorímetro de varredura diferencial (2920 Modulated DSC, TA Instruments, New Castle, Del., EUA), seguindo a metodologia de Zhu et al. (16). O amido (12 mg, base seca) e água destilada (28 mg) foram adicionados as panelas de alumínio. As amostras foram seladas e deixadas equilibrar overnight à temperatura ambiente. As amostras foram aquecidas a uma taxa de 10 °C min^-1 a partir de 20 °C até 200 °C. Uma panela vazia foi usada como referência. As temperaturas de início (T0), pico (Tp), conclusão (Tc) e entalpia de transição (ΔH_g) foram medidas a partir dos termogramas.

Análise estatística

Os resultados foram descritos como média ± desvio padrão. As diferenças foram avaliadas por análise de variância (ANOVA) e teste de Tukey a um nível de significância de 5% usando o software Statistic 7.0  (Stasoft, Tulsa, USA). 

RESULTADOS E DISCUSSÃO

A Tabela 1 apresenta os resultados de rendimento de extração do amido de feijão vermelho pré-tratado hidrotermicamente.

O rendimento da extração do amido também é afetado de acordo com o pré-tratamento a que o grão ou amido é submetido (p < 0,05). O maior valor encontrado foi para o amido nativo (NS), seguido pelos tratamentos SC e SGC, o que indica que para o tratamento térmico de cozimento as perdas durante a extração do amido são minimizadas. Para Li et al. (17) o maior rendimento proveniente do amido cozido é causado pela menor lixiviação da amilopectina em comparação com autoclavagem. Além disso, Nascimento et al. (18) afirmam que as condições de temperatura e pressão utilizadas na autoclave para reduzir amido em glicose são severas a ponto de provocar a degradação de parte da glicose.

Temperaturas de secagem mais elevadas contribuíram para obtenção de valores mais altos do rendimento de extração, com destaque para os tratamentos submetidos a 70 °C. Infere-se que a redução no tempo de secagem promove uma menor lixiviação dos componentes do amido, sendo outro fator significativo para o aumento do rendimento observado. Para todos os tratamentos estudados, observa-se que o rendimento da extração do amido foi superior a 30%.

A Tabela 2 apresenta os resultados dos parâmetros cor do amido de feijão vermelho pré-tratado hidrotermicamente.

Quando comparado ao SN, a maior diferença de cor para o parâmetro (L*) foi encontrada para os TPH aplicados aos grãos (SGC e SGA), destaque para 70 °C em SGC que obteve o valor de 63,44. É perceptível a redução na luminosidade quando o TPH foi aplicado no amido (AS e SC). Liu et al. (19) estudaram o amido isolado de inhame chinês e encontraram altos valores de cor (L*) que indicaram que a secagem teve um efeito negativo nas características da cor; brilho reduzido (L*) e coordenadas cromáticas aumentadas (a*) e (b*) de amido. Elias et al. (20) afirmaram que o tratamento com calor úmido e pressão, quando aplicado por muito tempo, pode causar aumento na incidência de grãos danificados e intensificação da coloração escura, como mostrado na Figura 1, onde são apresentados os aspectos visuais dos amidos submetidos aos processos hidrotérmicos e nativo.

Os amidos submetidos aos TPH (AS e SC) apresentaram aumento nos parâmetros (a*) e (b*), o mesmo observado por Ashwar et al. (21) para amido de arroz Jehlum nativo e autoclavado. Almeida et al. (8) observaram que os amidos de arroz vermelho submetidos a autoclave e ao cozimento apresentaram uma cor mais intensa em decorrência do binômio tempo/temperatura durante o pré-tratamento. Isso foi observado por Molavi et al. (22), no qual visualizaram um aumento na vermelhidão dos amidos submetidos a tratamentos térmicos.

Não há muitas informações sobre os efeitos dos tratamentos hidrotérmicos na cor do amido. Andrade et al. (23) mostraram que o tratamento de calor e umidade não alterou visualmente a cor do amido de mandioca, mas com o uso da espectroscopia de refletância, uma ligeira mudança para amarelo (b*) foi observada. A Tabela 3 apresenta os valores da viscosidade aparente das pastas de amido de feijão vermelho pré-tratados hidrotermicamente.

A viscosidade aparente dos amidos aumentou dependendo do método de TPH (autoclave ou cozimento) aplicado, onde a formulação SGA apresentou os maiores valores (17,01 a 17,44 cP), o que indica que a aplicação de calor acima de 100 °C por meio de vapor supersaturado nos grãos de feijão vermelho é mais viável para o aumento da viscosidade, seguido do tratamento de cozimento SGC. Segundo Hagenimana et al. (24), os maiores valores de viscosidade aparente foram associados a uma alta proporção de amido não gelatinizado, enquanto os menores valores foram relacionados à degradação e gelatinização mais consideráveis do amido. Esta degradação é geralmente atribuída à despolimerização e emaranhamento molecular resultante da modificação do amido (25). Kim et al. (15) observaram aumento na viscosidade aparente em decorrência da cross-linked no amido de batata.

A temperatura de secagem não influenciou a viscosidade da pasta, enquanto a aplicação dos TPH modificaram esse parâmetro, como observado na Tabela 3. O que sugere que um aumento na mobilidade das moléculas nos grânulos em alta temperatura tornou possível a formação de estruturas mais estáveis (26). Geralmente, a contribuição para a interação intermolecular na formação final de gel da mistura depende de dois fatores principais: (1) a concentração apropriada e (2) efeito sinérgico intermolecular, que é afetado pela conformação molecular, peso molecular e estrutura do amido (27).

Os resultados da análise de DSC são apresentados na Tabela 4 para os parâmetros: temperatura de início da gelatinização (T0), temperatura de pico (Tp), temperatura de conclusão (Tc) e entalpia de gelatinização (ΔHg).

A temperatura inicial e de conclusão foram maiores para o amido NS em todas as temperaturas quando comparados com os amidos que foram submetidos aos TPH. A alta temperatura de gelatinização do amido está relacionada à estrutura da cadeia do grânulo de amido (28).

O valor de T0 diminuiu significativamente em relação à temperatura de secagem e a aplicação dos TPH, exceto para SGA (50-70 °C), destaque para o menor valor 54,92 °C para 70SGA. A T0 está relacionada principalmente à região amorfa do grânulo de amido, enquanto a região cristalina é o principal fator que modifica o valor de Tp (29). A temperatura inicial (T0) pode ser atribuída à gelatinização dos cristalitos menos estáveis (30). Quando o amido é aquecido na presença de água, a água começa a interromper e criar mobilidade dentro das cadeias de amilopectina que compreendem a fração cristalina. Após a fusão dos cristalitos menos estáveis, as restrições para a penetração de água são removidas e, assim os restantes das cadeias de amilopectina começam a gelatinizar (31).

Foi observado que tanto a temperatura de secagem como a aplicação do TPH modificaram os parâmetros térmicos do amido de feijão vermelho. De acordo com o estudo realizado por Ramos et al. (32), as temperaturas de gelatinização foram modificadas em relação ao método e à temperatura de secagem, onde a elevação da temperatura resultou na diminuição dos valores de Tp, Tc e ΔHg. Uma redução desses parâmetros geralmente significa que menos energia é necessária para que o evento ocorra, onde é frequentemente atribuído ao menor conteúdo de dupla hélice (amilopectina), o que resulta na estrutura do cristalino menos ordenada (7).

A entalpia de gelatinização (ΔH) representa a energia necessária para a separação da estrutura de dupla hélice durante a gelatinização (33). De acordo com os valores de entalpia encontrados, o amido do feijão vermelho nativo (NS) requer pouca energia para o intumescimento do grânulo (5,12 a 5,41 J g^-1) quando comparado aos amidos TPH. Portanto, a redução da entalpia de gelatinização reflete a presença de menos material cristalino para gelatinizar e perdas na ordem molecular. Este parâmetro depende do tamanho e forma dos grânulos, do grau de cristalinidade, da relação amido/água e da disponibilidade de água (34).

CONCLUSÕES

             Os pré-tratamentos hidrotérmicos com autoclave e cozimentos foram utilizados com sucesso para modificar amido de feijão vermelho. A combinação de diferentes temperaturas de secagem com os TPH apresentou redução máxima no tempo de secagem de 480 min para SA a 50 °C. Independente da rota aplicada para modificação do amido, o rendimento de extração foi superior a 30% para todos os casos. Em relação aos parâmetros de cor, percebeu-se que redução na luminosidade quando o TPH foi aplicado no amido (SA e SC). A viscosidade aparente não foi influenciada pelo aumento da temperatura de secagem, e sim pelos pré-tratamentos aplicados, no qual, a formulação SGA apresentou os maiores valores, sendo a condição mais viável para o aumento da viscosidade. O amido nativo apresentou maiores temperaturas de início e de conclusão, no entanto, a entalpia de gelatinização foi maior para as formulações AS. Com a aplicação dos pré-tratamentos foi possível economizar energia, reduzir os danos térmicos e modificar as características térmicas e tecnológicas amido. De acordo com Pérez-Rodriguez, Belščak-Cvitanović e Karlović (2021), a modificação do amido  tem sido uma área de interesse para diversos setores industriais. Os resultados aqui apresentados são consistentes com estudos anteriores, como o trabalho de Sands (1995), que também apontou a importância dos pré-tratamentos térmicos na modificação do amido. Além dos pré-tratamentos hidrotérmicos avaliados, existem outras opções de tratamentos disponíveis, como tratamentos enzimáticos, químicos e físicos. Tais tratamentos podem ser explorados em pesquisas futuras para ampliar as opções de modificação do amido e suas propriedades funcionais (Pérez-Rodriguez et al., 2021). As pesquisas realizadas nesta área têm demonstrado a efetividade dos pré-tratamentos térmicos na obtenção de amido com novas funcionalidades e atributos de valor agregado.

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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