DETERMINAÇÃO DOS PARÂMETROS DE CONGELAMENTO DO PÃO FRANCÊS PRÉ-ASSADO COM AMIDO RESISTENTE

VII Congresso Brasileiro de Engenharia Química em Iniciação Científica DEQ/UFSCar - São Carlos-SP

29/07 a 01/08/2007

* Bolsista PIBIC/CNPq

DETERMINAÇÃO DOS PARÂMETROS DE CONGELAMENTO DO PÃO FRANCÊS PRÉ-ASSADO COM AMIDO RESISTENTE

*GRIPP1, V. S.; MATSUDA2, L. Y.; TADINI3, C. C.; GUT3, J. A. W.

1

Aluno de graduação EPUSP 2 Aluna de mestrado EPUSP 3 Professor(a) EPUSP Dep. de Engenharia Química – Escola Politécnica – Universidade de São Paulo

Caixa Postal 61548 05424-970 – São Paulo – SP

e-mail: [email protected]

RESUMO - Este estudo aplicou-se à produção de pão Francês pré-assado congelado (PFPAC) contendo amido resistente de milho (ARM), especificamente a etapa de congelamento, visando a determinação de parâmetros de processo como tempo de congelamento ou temperatura inicial de congelamento. Análises de conteúdo de água, atividade de água e de densidade aparente dos pães, além de curvas de tempo-temperatura no centro do pão durante o processo foram utilizadas para estudar o comportamento do PFPAC durante o congelamento. Resultados experimentais foram comparados com os preditos por um modelo de congelamento para alimentos sólidos. O efeito do nível de substituição de farinha de trigo por ARM foi testado entre 0 e 15 % e não foi observada influência significativa sobre os parâmetros do processo.

Palavras Chaves: pão congelado, panificação, alimento funcional.

INTRODUÇÃO

Há no mercado uma tendência à uti-lização de alimentos semiprontos e prontos para consumo, que também é evidenciada no setor de panificação. Nos Estados Uni-dos e Europa, esta tendência é evidenciada pela expansão na produção de pães semi-assados e congelados. Há diversas vanta-gens relacionadas à introdução deste novo conceito no mercado brasileiro, observá-veis na alta qualidade e padronização do produto industrializado, pela redução de custos com perdas e estoque de matéria-prima, e pela disponibilidade do produto no ponto de venda, limitado apenas pela capacidade das instalações locais (Nutri-news, 1999).

Em panificação, os pães congelados ou semicongelados representam 40% do

total de pães produzidos na Europa, en-quanto que no Brasil, este mercado é restrito a 1,6% dos pães totais produzidos (Nutrinews, 1999). Através da tecnologia de congelamento ou pré-assamento com posterior congelamento, é possível aumen-tar a produtividade através da eliminação da etapa de mistura ou das etapas de mistu-ra e fermentação no estabelecimento de venda, respectivamente (Bonatto, 1999; Resk, 1998). Dentre outras vantagens, massa de pão Francês congelada não fer-mentada e o pão Francês pré-assado con-gelado (PFPAC) permitem redução de até 70% na área ocupada por equipamentos e estoque de matérias-primas. O tempo de preparo do pão Francês a partir da massa congelada e do PFPAC é reduzido quando comparado ao tempo de preparo tradicio-nal de pão Francês, garantindo agilidade e

flexibilidade para a produção de padarias e pontos quentes, além da qualidade cons-tante do produto oferecido (Bonatto, 1999).

Além disso, há uma crescente ten-dência quanto ao consumo de alimentos saudáveis e que tragam benefícios para a saúde do consumidor. Os alimentos amilá-ceos têm sido fonte de estudo no que se re-fere ao teor de amido resistente (AR), fra-ção de amido que é resistente à digestão. Diversas publicações sobre AR no campo nutricional e médico referem-se à busca de alimentos que promovam menor índice glicêmico na corrente sangüínea após sua ingestão ou ainda outros benefícios rela-cionados ao consumo de fibras, como o e-feito pré-biótico e redução na incidência de câncer de cólon (Åkerberg et al., 1998; Goñi et al., 1996; Queiroz-Monici et al., 2005).

Existem trabalhos relacionados à tec-nologia de produção de PFPACs (Le Bail

et al., 1999; Carr e Tadini, 2003; Carr et al., 2006) e também trabalhos relacionados

à tecnologia de produção de pão como ali-mento funcional com maior teor de AR (Morita et al., 2002; Hung e Morita, 2004). Também há estudos mostrando que o teor de amido hidrolisável em alimentos amilá-ceos, dentre eles o pão Francês, decaiu a-pós 30 dias sob armazenamento a –20 °C, enquanto que o teor de amido resistente nesses alimentos aumentou (Rosin et al., 2002). Em contrapartida, estudos realiza-dos sobre o efeito do congelamento e ar-mazenamento a –18 °C no PFPAC mos-tram significativo aumento no endureci-mento do miolo e conseqüente decréscimo na qualidade deste (Bárcenas et al., 2003). Atualmente, não se encontram publicações relacionadas à aceitação de pão Francês pré-assado congelado enriquecido com fi-bras pelos consumidores, nem trabalhos re-lacionando perdas nutricionais a etapas de processo de modo concomitante.

O objetivo do presente trabalho foi estudar a etapa de congelamento na produ-ção de PFPAC, com substituiprodu-ção parcial da farinha de trigo (FT) por amido resistente

de milho (ARM) visando obter um alimen-to funcional fonte suplementar de fibras. Foram determinados experimentalmente os principais parâmetros do processo e inves-tigada a influência do nível de substituição de 0 a 15 % de FT por ARM. Resultados experimentais e teóricos foram compara-dos para avaliação do uso do modelo ma-temático para predição do tempo de conge-lamento, ferramenta útil para o projeto de instalações industriais.

MATERIAIS E MÉTODOS Parte Experimental

A massa do pão foi preparada em uma masseira espiral (Supremax, modelo AL-25 IM, Brasil). Primeiro misturava-se FT, ARM, sal, gordura vegetal hidrogena-da, ácido ascórbico, emulsificantes, α-amilase e água a 7 ºC em batimento de ve-locidade baixa por 5 min. Em seguida foi adicionado o fermento biológico

(Saccha-romyces cerevisiae) e o batimento em

ve-locidade alta por 8-12 min. Os PFPAC fo-ram produzidos de formulações com qua-tro níveis de substituição da FT por ARM (0%, 5%, 10% e 15%) e os ensaios foram realizados em duplicata.

Após 20 min de descanso, a massa foi dividida manualmente e modelada em uma modeladora de coluna (Supremax, modelo MC, Brasil). Durante 105 min as peças modeladas permaneceram na câmara de fermentação (Degânia, Brasil), à tempe-ratura média de 33 °C e em seguida colo-cadas no forno (Degânia, modelo Turbo 4, Brasil) para o pré-assamento a 200 ºC por 9 min (Ferreira et al., 1999).

Assim que retirados do forno, os pães foram colocados em uma câmara de congelamento (TIRA Unweltsimulation GmbH, modelo TCC 7034, Alemanha) a – 30 °C com convecção forçada, sendo a ve-locidade do ar aproximadamente igual a 1,5 m/s (Carr et al., 2006).

O congelamento do PFPAC foi mo-nitorado através de registros da temperatu-ra por meio de termopares inseridos no centro geométrico, na superfície do pão,

bem como no interior da câmara, com au-xílio do sistema de aquisição de dados (National Instruments, modelo DAQ AT E, EUA) e software LabView (National Ins-truments, EUA). O tratamento de dados foi posteriormente realizado com o software Excel (Microsoft, EUA).

O PFPAC foi também submetido às seguintes análises: teor de umidade do pão pré-assado pelo método 44-15A (AACC, 1995), volume específico do pão pelo mé-todo 72-10 (AACC, 1995) com medidor de volume CHOPIN (modelo VPP, França), atividade de água com medidor AquaLab (modelo Series 3 TE, EUA), e medida das dimensões com paquímetro.

Modelo Matemático

O modelo teórico testado para a de-terminação do tempo de congelamento foi o proposto por Michelis e Calvelo (1983). Para a aplicação desse modelo as amostras de PFPAC foram aproximadas por cilin-dros finitos e foi utilizada a Equação 1 pa-ra o cálculo do tempo de congelamento te-órico, Δtteo, na região de mudança de fase.

⎥ ⎦ ⎤ ⎢ ⎣ ⎡ + ⋅ ⋅ − ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ = Δ R Bi P k T T D Y t m m f e f teo ) ( 2 0 0 0 λ ω ρ (1)

Na Equação 1, ρ0 e Y0 são a

densida-de (kg/m³) e a umidadensida-de do produto densida- des-congelado (base úmida), respectivamente,

= 334,4 kJ/kg é o calor latente de soli-dificação da água a 0 0 f λ o C, ω é a média das frações de gelo nas temperaturas Tf e Tr,

Bim = h.D/km é o número de Biot onde h é

o coeficiente convectivo na superfície, D é o diâmetro do cilindro e km é a

condutivi-dade térmica avaliada a uma temperatura

Tm = (Te+Tf)/2, sendo Te a temperatura

ini-cial de congelamento e Tf a temperatura do

meio refrigerante (no caso –30 ºC). A tem-peratura ao final do congelamento é Tr = –

18 ºC. As variáveis P e R são parâmetros geométricos obtidos graficamente de Mi-chelis e Calvelo (1983).

O valor de km = 0,07 W/m.K foi

ba-seado no trabalho de Hamdami et al. (2004). Já a fração de gelo ω(T) foi obtida pelas Equações 2 a 4 de Chen (1985) a par-tir de valores de atividade de água aw e da

temperatura inicial de congelamento Te.

w w w S SO a M a Y M X ⋅ − ⋅ = 0 (1 ) ₍₂₎

(

) (

)

a relação entre o conteúdo inicial de sóli-dos da amostra e massa molecular efetiva da amostra, XI é a fração de gelo em

kg-gelo/kg-amostra, ω é a fração de gelo em kg-gelo/kg-água), Rg é a constante univer-sal dos gases e T0 = 273 K é a temperatura

absoluta de fusão da água.

RESULTADOS E DISCUSSÃO

As curvas de tempo-temperatura du-rante o congelamento para as formulações com os quatro diferentes níveis de substi-tuição de FT por ARM (0, 5, 10 e 15 %), estão apresentadas nas Figuras 1 a 4. Em cada curva, foram aproximadas três retas médias para representar as etapas de resfri-amento, congelamento e sub-resfriamento. A partir da intersecção dessas retas pode-se obter a duração de cada etapa e suas temperaturas de início e fim. Estes resulta-dos são apresentaresulta-dos na Tabela 1, onde não pode ser observada correlação clara entre o nível de substituição e a duração da etapa de congelamento (Δtexp) e ainda a

temperatura inicial de congelamento (Te).

Na Tabela 2 são apresentados os va-lores obtidos de ρ0 e Y0. Um pequeno

au-mento na densidade pode ser observado com o aumento do nível de substituição, enquanto que para a umidade não é obser-vada nenhuma tendência.

y = -0.1639x + 0.3971 R2 _{= 0.9397} y = -0.8828x + 32.485 R2 _{= 0.9992} y = -2.1875x + 48.236 R2 _{= 0.9918} -30 -20 -10 0 10 20 30 40 0 20 40 60 8 tempo (min) T emper atur a ( °C ) Resfriamento Congelamento Sub-resfriamento 0

Figura 1 Curva de congelamento com 0 % de substituição de FT por ARM

y = -0.1548x - 1.9433 R2 _{= 0.7632} y = -1.3211x + 52.395 R2 _{= 0.9986} y = -1.7598x + 35.291 R2 = 0.991 -30 -20 -10 0 10 20 30 40 0 20 40 60 8 tempo (min) Temperatura (° C) Resfriamento Congelamento Sub-resfriamento 0

Figura 3 Curva de congelamento com 10 % de substituição de FT por ARM

y = -0.0545x - 4.5582 R2 = 0.9598 y = -1.1987x + 60.745 R2 _{= 0.9947} y = -1.5701x + 37.536 R2 _{= 0.9874} -30 -20 -10 0 10 20 30 40 0 20 40 60 8 tempo (min) Temperatura (°C) Resfriamento Congelamento Sub-resfriamento 0

Figura 2 Curva de congelamento com 5 % de substituição de FT por ARM

y = -0.1388x + 2.3453 R2 _{= 0.9704} y = -0.9817x + 60.867 R2 = 0.9976 y = -1.4936x + 56.708 R2 _{= 0.9931} -30 -20 -10 0 10 20 30 40 0 20 40 60 80 10 tempo (min) Temperatura (°C) Resfriamento Congelamento Sub-resfriamento 0

Figura 4 Curva de congelamento com 15 % de substituição de FT por ARM

Tabela 1: Duração e temperatura inicial da etapa de congelamento (Figuras 1-4)

Nível de substituição (%) Δtexp (min) Te (ºC) 0 21,0 –3,5 5 27,3 –6,1 10 23,4 –5,5 15 29,3 –3,2

Tabela 2: Densidade e conteúdo de água (base úmida) do pão

Nível de substituição (%) ρ0 (kg/m3) Y0 0 209 0,397 5 220 0,359 10 234 0,376 15 236 0,398

Na Tabela 3, estão apresentados os parametros geométricos D, P e R que fo-ram determinados através das dimensões das amostras de PFPAC aproximadas por cilindros finitos. A partir do diâmetro D e da altura H dos cilindros foram obtidos os valores de P utilizando a Equação 5, e os valores de R através do gráfico da Figura 1 de Michelis e Calvelo (1983). 2) 4 ( ⋅ + = D H D H P (5)

Tabela 3: Parâmetros geométricos

Nível de substituição (%) D (m) P R 0 0,0575 0,207 0,053 5 0,0574 0,205 0,053 10 0,0500 0,212 0,055 15 0,0593 0,202 0,052 Uma das dificuldades para se

inves-tigar isoladamente o efeito do nível de substituição foi manter constante alguns parâmetros do processo como, por exem-plo, os geométricos. Entretanto os dados apresentados na Tabela 3 mostram que a variação desses parâmetros não foi signifi-cativa.

A Tabela 4 mostra os valores de fração de gelo média, da diferença entre as temperaturas inicial de congelamento e do meio refrigerante, além do número de Biot.

Tabela 4: Fração de gelo e Biot

Nível de subst. (%) a w ω (Te–Tf) (ºC) Bim 0 0,973 0,686 26,5 13,7 5 0,972 0,361 23,9 13,7 10 0,971 0,425 24,5 12,6 15 0,974 0,732 26,8 14,0 A partir dos dados das Tabelas 1 a 4 e da Equação 1 foi construída a Tabela 5 que mostra os tempos de congelamento te-órico e experimental para cada nível de substituição e o desvio percentual entre e-les.

Tabela 5: Tempos de congelamento

Nível de substituição (%) Δtexp (min) Δtteo (min) ε (%) 0 21,0 38,5 84 5 27,3 21,2 23 10 23,4 21,8 7 15 29,3 47,7 63

Os dados apresentados na Tabela 5 mostram que o modelo teórico superesti-mou o tempo de congelamento para os ní-veis de substituição de 0 e 15 %, enquanto que subestimou, embora com um desvio significativamente menor, os tempos de congelamento para os níveis de substitui-ção de 5 e 10 %. Isso mostra que o modelo não foi eficiente na estimativa do tempo de congelamento e que precisaria de ajustes para ser utilizado no projeto de instalações industriais. Além disso, também na predi-ção dos tempos de congelamento por meio do modelo teórico não foi observada efeito da substituição de FT de ARM, reforçando a hipótese de que essa substituição de até 15 % não traz significativa para o processo de congelamento do PFPAC.

CONCLUSÕES

Não foi verificada influência significativa do nível de substituição da FT por ARM nos parâmetros de congelamento do PFPAC. Isso indica que o nível de substituição não é uma variável significativa para o projeto de uma instalação industrial para congelamento.

O modelo utilizado (Michelis e Cal-velo, 1983) não pôde ser considerado satis-fatório para a determinação dos tempos de congelamento. Acredita-se que os erros envolvidos na determinação da fração de gelo no produto congelado e na obtenção dos parâmetros da curva de congelamento tenham afetado a predição do modelo.

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