Influência dos parâmetros do processo de extrusão nas propriedades químicas e físicas de produto á base de farinha de aveia e arroz

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro de Ciências Agrárias, Programa de Pós-Graduação em Ciência dos Alimentos, Florianópolis, 2018.

A extrusão por meio de pressão, temperatura e cisalhamento tem a capacidade de modificar completamente as matérias-primas tornando-as produtos de alta aceitação pelo consumidor. No entanto, constitui-se em processo complexo. A operação inter-relaciona diversas variáveis que atuam no material em processamento dando diferentes características aos produtos finais. Desta forma, a melhor maneira de entender o processo é alterando variáveis e observando as suas respostas. A utilização da aveia em diferentes produtos é devido principalmente às suas características de saudabilidade, às propriedades hipocolesterolêmicas e de prevenção de doenças cardiovasculares atribuídas às ß-glucanas. Desta forma, tem seu consumo motivado, e novos produtos à base deste cereal, tais como aqueles desenvolvidos através da tecnologia de extrusão, são bastante procurados. Contudo, a aveia apresenta alto teor de lipídios e de fibras, que dificultam o processamento por extrusão. Como forma de minimizar estes problemas, farinhas de outros cereais como arroz ou milho tem sido misturadas para melhorar o desempenho e a aceitabilidade do produto final. Assim, estudou-se o desempenho de uma farinha extrusada à base de farinha de aveia integral (60 %) e farinha de arroz refinada (40 %), com características de mingau quando preparado. Como ferramenta de estudo, foi utilizado delineamento composto central rotacional (CCR), tendo como variáveis independentes temperatura de processo e rotação da rosca (73-186 °C; 109-391 rpm). O equipamento teve a sua configuração de rosca alterada, previamente estudada, de forma que fornecesse ao material em processo as condições necessárias para a transformação da matéria-prima. Dentre as principais características buscadas para a farinha extrusada, utilizada para o preparo de mingau, podem ser incluídas a baixa densidade, a característica de floquinhos e o fácil preparo com a simples adição de um líquido, desta forma, com a presença de amido gelatinizado. As propriedades físicas do produto extrusado (composição química, taxa de expansão, densidade aparente, índice de absorção de água, índice de solubilidade em água, perda de óleo) foram analisadas assim como do processo (energia mecânica específica), sendo avaliadas através de gráficos de superfície de resposta. Além das propriedades de pasta, foram avaliados amido total, fibras dietéticas totais, fibras dietéticas solúveis e insolúveis, ß-glucana e amido resistente. A estrutura foi analisada através de microscopia eletrônica de varredura. Acompanhamento e avaliação da estabilidade oxidativa de todos os produtos extrusados, de acordo com cada etapa da oxidação (perfil de ácidos graxos, acidez, ácidos graxos livres, peróxidos, ácido tiobarbitúrico, índice de p-anisidina), foram realizados. Tanto a temperatura quanto a rotação da rosca afetaram as variáveis resposta em estudo, de formas diferentes. Produtos processados à maiores temperaturas e rotações (170 °C, 350 rpm) apresentaram os melhores resultados. Isso, devido principalmente à modificações reológicas ocasionadas pelo teor de lipídios e de fibras da aveia, notadamente os extrusados tiveram sua expansão reduzida, contudo, os grânulos de amido foram protegidos de maiores danos mecânicos. Foi possível observar a presença de amido gelatinizado, mas também ocorreu presença de amido não gelatinizado confirmado pela análise das propriedades de pasta. As fibras totais e solúveis tiveram seu teor aumentado e as insolúveis diminuído. O conteúdo de ß-glucanas continuou o mesmo. Com o passar do tempo, ocorreu maior degradação oxidativa dos produtos extrusados a temperaturas superiores a 130 °C. Logo, pode-se concluir que o processamento com alto teor de aveia é possível, contudo, diversas modificações devem ser realizadas para otimizar o processo.

Abstract : The extrusion by means of pressure, temperature and shear has the capacity to modify completely the raw materials making them products of high acceptance by the consumer. However, it is a complex process. The operation interrelates several variables that act on the material under processing giving different characteristics to the final products. In this way, the best way to understand the process is by changing variables and looking at their responses. The use of oats in different products is mainly due to their healthiness characteristics, the hypocholesterolemic properties and to prevent cardiovascular diseases attributed to ß-glucans. In this way, its consumption is motivated, and new products based on this cereal, such as those developed through extrusion technology, are highly sought after. However, oats have a high content of lipids and fibers, which make extrusion processing difficult. As a way to minimize these problems, flours from other cereals such as rice or corn have been mixed to improve the performance and acceptability of the final product. Thus, the performance of an extruded flour based on whole oat flour (60%) and refined rice flour (40%), with porridge characteristics when prepared, was studied. As a study tool, a rotational central composite (CCR) design was used, having as independent variables process temperature and thread rotation (73-186 ° C, 109-391 rpm). The equipment had its altered thread configuration, previously studied, in order to provide the material in process with the necessary conditions for the transformation of the raw material. Among the main characteristics sought for the extruded flour, used for the preparation of porridge, can be included the low density, the characteristic of \"little flakes\" and the easy preparation with the simple addition of a liquid, in this way, with the presence of starch gelatinized. The physical properties of the extruded product (chemical composition, expansion rate, bulk density, water absorption index, water solubility index, oil loss) were analyzed as well as the process (specific mechanical energy) being evaluated through surface response graphs. In addition to paste properties, total starch, total dietary fibers, soluble and insoluble dietary fibers, ß-glucan and starch resistant were evaluated. The structure was analyzed by scanning electron microscopy. Monitoring and evaluation of the oxidative stability of all the extruded products according to each step of the oxidation (profile of fatty acids, acidity, free fatty acids, peroxides, thiobarbituric acid, p-anisidine index) were performed. Both the temperature and the screw speed rotation affected the study response variables, in different ways. Products processed at higher temperatures and rotations (170 ° C, 350 rpm) showed the best results. This, due mainly to the rheological changes caused by the content of lipids and oat fibers, notably the extrudates had their expansion reduced, however, the starch granules were protected from further mechanical damage. It was possible to observe the presence of gelatinized starch, but also the presence of ungelatinized starch confirmed by the analysis of the paste properties. The total and soluble dietary fibers had their content increased and the insolubles decreased. The content of ß-glucans remained the same. Over time, more oxidative degradation of the extruded products occurred at temperatures above 130 ° C. Therefore, it can be concluded that the processing with high content of oats is possible, however, several modifications must be made to optimize the process.