INSTITUTO FEDERAL DE EDUCAÇÃO, CIÊNCIA E TECNOLOGIA GOIANO – IF GOIANO - CAMPUS RIO VERDE PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM CIÊNCIAS AGRÁRIAS
AGRONOMIA
Rodovia Sul Goiana, km 01, Zona Rural – Rio Verde - GO CEP: 75.901-970. Fones: (64) 3620-5641. Fax: (64) 3620-5640
CINÉTICA DE SECAGEM E PROPRIEDADES TERMODINÂMICAS DA BATATA DOCE (Ipomea batatas) BIOFORTIFICADA E AVALIAÇÃO DA
QUALIDADE NUTRICIONAL E FUNCIONAL DA FARINHA DURANTE O ARMAZENAMENTO
Candidata: Diene Gonçalves Souza
RIO VERDE - GO Janeiro - 2017
1.0 INTRODUÇÃO
A batata-doce [Ipomoea batatas (L.) Lam.] é uma hortaliça tuberosa rústica, de ampla adaptabilidade, cultivada em praticamente todo o território brasileiro (Silva et al., 2004). Cultura de grande importância econômica e social, apresenta custo de produção relativamente baixo e alto retorno (Leonel et al.,1998).
A planta oferece um amplo diferencial em relação a outras variedades de batata- doce a polpa alaranjada sendo indicadora de betacaroteno (Embrapa, 2013). Produtos biofortificados estão sendo desenvolvidos no Brasil e em países da América Central, da África e da Ásia para combater o que é denominado “fome oculta”, que é a carência de micronutrientes (vitamina A, ferro e zinco), que são essenciais para a saúde (NESTEL et al., 2006).
A utilização de batata-doce de polpa alaranjada pode ser uma alternativa viável para a suplementação alimentar, visando suprir a carência de vitamina A devido à presença e fonte barata e abundante de β-caroteno presente nesse alimento (RODRIGUEZ-AMAYA 2004).
A secagem é um processo utilizado para preservar a qualidade dos alimentos que consiste na retirada do máximo de água contida no produto, de modo a desfavorecer o desenvolvimento de micro-organismos e eliminar quase totalmente as atividades metabólicas (PALACIN et al., 2005). É também o processo comercial mais utilizado para preservar o alimento e, comparado com outros métodos preservativos para períodos longos, com baixo custo e de operação mais simples (ALEXANDRE et al., 2013).
São de fundamental importância as informações contidas nas curvas de secagem para o desenvolvimento de processos e para o dimensionamento de equipamentos, com estas, pode-se estimar o tempo de secagem de certa quantidade de produtos e, com o tempo necessário para a produção, estima-se o gasto energético que refletirá no custo de processamento e, por sua vez, influenciará no preço final do produto (VILELA & ARTUR 2008).
Segundo Rodrigues-Amaya et al., (2011) a produção de farinha a partir de batata-doce aumenta a vida útil do produto e facilita sua incorporação em diversos produtos, podendo substituir parcialmente a farinha de trigo na confecção de pães, bolos, biscoitos e outros produtos.
2.0 JUSTIFICATIVA E RELEVÂNCIA
No Brasil, a batata-doce (Ipomoea batatas) é uma das hortaliças mais cultivadas, ocupando o quinto lugar, com 43.879 hectares de área cultivada, produção de 544.820 mil toneladas por ano, e produtividade média de 12.427 kg ha-1 (IBGE, 2011). A cultura é de suma importância, como atividade geradora de emprego no meio rural e que ocupa durante o ano inteiro o homem no campo (Melo et al. 2009).
Algumas pesquisas têm demonstrado que frutos e hortaliças são de extrema importância na nutrição humana por serem fonte de micronutrientes (vitaminas e minerais), se apresentando como fontes de fitoquímicos que previnem doenças (SHAHIDI, 2009).
A batata doce (Ipomea batatas) de polpa alaranjada é considerada um dos alimentos com as maiores contribuições de carotenoides na dieta, especialmente carotenoides provitamínicos A.
Segundo Welch (2002) o melhoramento genético ou tradicional de cultivos com enfoque na biofortificaçao tem promovido o desenvolvimento de cultivares de batata doce com altos teores de carotenoides como aliado na solução de deficiência de vitamina A em países em desenvolvimento.
A batata doce é considerada boa fonte de fibras, carboidratos, minerais (cálcio, ferro, magnésio e potássio), vitaminas (B1, B2, C e E) e antioxidantes (SUDA et al, 1999).
Desta forma, estudos que visem avaliar a cinética de secagem batata doce (Ipomea batatas) biofortificada, e suas propriedades serão de suma importância para o conhecimento prévio do comportamento batata doce nos processos de pós-colheita e armazenamento, assim como seu potencial para indústria. Desta forma, o armazenamento assume importante papel, o que torna necessário os estudos relativos ao processo de deterioração.
A redução no potencial de armazenamento está diretamente relacionada ao processo complexo e inevitável da deterioração, porém, passível de ser minimizado com técnicas adequadas de secagem e conservação. Dessa maneira, estudar o comportamento batata doce durante a secagem e o armazenamento, bem como as mudanças bioquímicas e as concentrações de compostos, torna-se necessário para a manutenção da qualidade de derivados potenciais como a farinha.
3.0 OBJETIVOS
3.1 Geral
Caracterização da cinética de secagem, propriedades termodinâmicas da batata doce biofortificada submetida a diferentes temperaturas de secagem, assim como estudar a higroscopicidade e a qualidade nutricional e funcional da farinha durante o armazenamento.
3.2 Específicos
Avaliar a cinética de secagem da batata doce bifortificada nas temperaturas de 45, 55, 65 e 75 ºC;
Calcular as propriedades termodinâmicas da batata doce bifortificada;
Obtenção das farinhas da batata doce bifortificada a partir das diferentes temperaturas de secagem;
Determinação das propriedades higroscópicas da farinha;
Caracterização da composição química quanto ao teor de água, cinzas, proteína, extrato etéreo, carboidratos totais, valor calórico, fibra total e fração glicídica das farinhas;
Avaliar as características físico-químicas das farinhas;
Determinar os índices de absorção (IA) e índices de solubilidade (IS) das farinhas;
Determinação da atividade antioxidante total e fenólicos totais das farinhas;
Determinação de carotenoides totais e β-caroteno
Caracterizar as coordenadas colorimétricas L*, a* e b* das farinhas;
Determinar o perfil de macro e micro minerais das farinhas;
Armazenar as farinhas por 6 meses e realizar as análises de cor, sólidos totais, proteína, extrato etéreo, teor de água e cinzas, determinação de carotenoides totais e β-caroteno e fenóis e antioxidantes.
4.0 MATERIAL E MÉTODOS
O trabalho será desenvolvido no Laboratório de Pós-Colheita de Produtos Vegetais, Laboratório de Frutas e Hortaliças e Laboratório de Produtos de Origem Animal do Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia Goiano (IF Goiano - Campus Rio Verde), situado no município de Rio Verde-GO.
As batatas doces biofortificadas (Ipomoea batatas (L.) Lam.) serão colhidas manualmente depois da maturação, e posteriormente serão encaminhados para o processo de secagem em estufa com ventilação de ar forçada. Os teores de água dos grãos serão determinados por gravimetria utilizando-se estufa a 105 °C ±1 °C, durante 24h (BRASIL, 2009).
4.1 Secagem
A secagem será realizada em estufa, com ventilação forçada, nas temperaturas de 45, 55, 65 e 75 °C. A temperatura e a umidade relativa do ar de secagem serão monitoradas por meio de um psicrômetro instalado no interior do secador.
Durante o processo de secagem as bandejas contendo as amostras, com quatro repetições por temperatura, serão acompanhadas pelo método gravimétrico (perda de massa), conhecendo-se o teor de água inicial do produto até atingir massa constante.
4.1.1 Modelagem Matemática da secagem
Aos dados experimentais da secagem da batata doce biofortificada serão ajustados modelos matemáticos utilizados por diferentes pesquisadores para representação da secagem de produtos agrícolas, por meio de análise de regressão não linear pelo método Gauss-Newton e, para o grau de ajuste, será considerado a magnitude do coeficiente de determinação (R2), do teste de Qui-quadrado (χ2), do erro médio relativo (P) e do desvio padrão da estimativa (SE).
4.1.2 Coeficiente de Difusão Efetivo e Energia de Ativação
O coeficiente de difusão efetivo para as diversas condições de secagem será determinado conforme modelo baseado na teoria de difusão líquida, segunda lei de Fick, com a solução analítica para a forma geométrica esférica, com aproximação de oito termos.
A relação entre o coeficiente de difusão efetivo e a elevação da temperatura do ar de secagem será descrita por meio da equação de Arrhenius.
4.1.3 Propriedades Termodinâmicas da Secagem
As propriedades termodinâmicas do processo de secagem da batata doce biofortificada serão obtidas pelo método descrito por Jideani & Mpotokwana (2009):
T R E
H a (1)
abs p
B ln T
h ln k k ln R
S
(2)
S T H
G abs (3)
Em que: H = entalpia, J mol-1;S = entropia, J mol-1;G = energia livre de Gibbs, J mol-1;kB = constante de Boltzmann, 1,38 x 10-23 J K-1; ehp = constante de Planck, 6,626 x 10-34 J s-1.
4.1.4 Obtenção da Farinha
Após a secagem das batatas doce biofortificada as amostras serão submetidas ao processo de moagem. As farinhas serão peneiradas em peneira de tela de inox de diâmetro de 1 mm, embaladas em sacos plásticos de polipropileno e armazenadas em B.O.D., até a realização das análises.
4.1.5 Composição Centesimal
O teor de água será determinado pelo método de secagem em estufa (130°C ±1
°C) de acordo com método AACC, (2000).
As cinzas (matéria mineral) serão determinadas pelo método gravimétrico de incineração em mufla, a 550 ºC, por 5 horas, conforme método nº 923.03 (AOAC, 2000). O resultado será expresso em g/100 g de matéria seca.
O teor de proteína bruta será determinado segundo método quantitativo nº 920.87 em destilador micro-Kjeldahl a partir do teor de nitrogênio total, com fator de conversão de 5,75 para proteínas vegetais (AOAC, 2000). O resultado será expresso em g/100 g de matéria seca.
Para a determinação do extrato etéreo, será utilizada metodologia de extração contínua em aparelho tipo Soxhlet, com uso de solvente orgânico hexano P.A., durante o período de 8 horas de extração, segundo método nº 925.38 (AOAC, 2000). O resultado será expresso em g/100g de matéria seca.
Os carboidratos totais serão calculados pelo método da diferença da composição centesimal, subtraindo de 100% os teores de cinzas, proteína bruta e extrato etéreo, expresso em g/100 g de matéria seca (FAO, 2003).
O valor calórico será determinado utilizando-se dos seguintes fatores de conversão de Atwater: proteínas, 4 kcal g–1; carboidratos, 4 kcal g–1 ;lipídios, 9 kcal g–1 (MERRIL e WATT, 1973; DE ANGELIS, 1977)
O teor de fibra alimentar total será determinado de acordo com método AOAC 985.29 (enzimático-gravimétrico) descrito por PROSKY et al., (1985).
A fração glicídica (glicídios ou carboidratos metabolizáveis) será calculada pelo método da diferença da composição centesimal, subtraindo de 100% os teores de cinzas, proteína bruta, extrato etéreo e fibra alimentar total, expressa em 100 g de matéria seca (AOAC, 2000).
4.1.6 Análises Físico-Químicas
O pH (potencial hidrogeniônico) será aferido em pHmetro digital com compensação de temperatura, previamente calibrado em soluções tamponantes de pH 4,0 e 7,0, a partir da imersão do eletrodo em solução aquosa da farinha (1:10), após dez minutos de agitação. (AOAC, 2000).
Para determinação da acidez será utilizada a solução previamente preparada para a leitura do pH, a titulação será realizada com solução de hidróxido de sódio 0,1N sob agitação constante, até a solução atingir pH de 8,1, durante a titulação o pH será controlado por meio de um pHmetro (CECCHI, 2003).
O teor de sólidos solúveis será determinado por refratômetro digital, após diluição prévia da farinha da batata doce biofortificada em água destilada na proporção 1:100. Após a leitura do filtrado, será efetuada a correção pelo fator de multiplicação 100, o resultado será expresso em ºBrix (IAL, 2005).
A massa específica aparente (densidade) será determinada pelo ensaio da proveta, através da relação entre a massa e a leitura direta do volume ocupado, expressa em g/mL (AACC, 2000).
4.1.7 Índices de absorção (IA) e Índices de solubilidade (IS)
Serão avaliados os índices de absorção em água, leite, e óleo, e índices de solubilidade em água e em leite, de acordo com ANDERSON et al. (1969), com adaptações.
4.1.8 Atividade Antioxidante Total e Fenólicos Totais
A avaliação da atividade antioxidante total será segundo método da captura do radical livre DPPH (2,2-difenil-1-picril-hidrazil) (BRAND-WILLIANS et al., 1995).
A determinação do teor de fenólicos totais presentes no extrato etanólico será realizado através de espectrofotômetro na região visível (Spectro S-2.000/BEL), a 750 nm, utilizando o método de Folin-Ciocalteu (SINGLETON et al., 1999).
4.1.9 Determinações Colorimétricas
A cor será determinada por meio de colorímetro, que avalia os atributos da cor pelo sistema da Comissão Internacional de Iluminação (CIELAB). O resultado será expresso em L* luminosidade; a* mede a intensidade do verde/vermelho e b* mede a intensidade azul/amarelo (AACC, 2000).
4.1.10 Macro e Micro Minerais
O perfil mineral será descrito quanto aos macro e micronutrientes pelo método de digestão ácida nitro-perclórica nº 965.9 (AOAC, 2000). Teores de Ca, Mg, Cu, Fe, Mn e Zn serão analisados em espectrofotômetro de absorção atômica, as leituras de B, S e P serão realizadas em espectrofotômetro ultravioleta visível e de K em fotômetro de chama.
4.1.11 Carotenoides totais e β-caroteno
A determinação de carotenoides totais e β-caroteno será realizada pela pesagem de 1 a 2 g de farinha de batata doce, macerados com celite e os carotenoides extraídos com acetona, e o extrato cetônico particionado em éter de petróleo, conforme descrito por RODRIGUES-AMAYA (2001). A quantificação de carotenoides totais será por meio de leitura de absorbância a 450 nm em espectrofotômetro.
4.1.12 Delineamento Experimental e Análise Estatística
As análises serão realizadas em triplicata, tendo como tratamento as temperaturas de secagem 45, 55, 65 e 75 °C. Será realizado delineamento experimental inteiramente casualizado, por análise de variância e teste de médias Tukey a 5% de probabilidade, utilizando software estatístico SISVAR® (FERREIRA, 2011).
4.2 Armazenamento das Farinhas
As amostras das farinhas das batatas doces biofortificada obtidas a partir da secagem a 65ºC, serão armazenadas à temperatura 25, 30, 35 °C, em embalagens de polietileno de baixa densidade com vedação a vácuo contendo 200 g da amostra, em B.O.D. Para estudar a estabilidade ao armazenamento serão analisadas a cor, pH, sólidos totais, proteína, extrato etéreo, teor de água e cinzas determinação de carotenoides totais e β-caroteno e fenóis e antioxidantes. O tempo de armazenamento será de 6 meses, e as avaliações a cada 2 meses, totalizando quatro épocas de avaliações (0, 2, 4 e 6 meses).
4.2.1 Delineamento Experimental e Análise Estatística
As análises serão realizadas em triplicata, e avaliadas em esquema de parcela subdividida, tendo como tratamentos as temperaturas de armazenamento (25, 30, 35
°C) e as épocas de armazenamento (0, 2, 4 e 6 meses). Será realizado delineamento experimental inteiramente casualizado, por análise de variância e teste de médias Tukey a 5% de probabilidade, utilizando software estatístico SISVAR® (FERREIRA, 2011).
4.3 Determinações das Isotermas de sorção da farinha
As batatas doce serão colhidos com teor de água de aproximadamente 5,8%
(b.s.), e posteriormente serão encaminhados para o processo de secagem em estufa com ventilação de ar forçada a 40 °C até atingir os teores de água de aproximadamente 0,25; 0,20; 0,15; 0,10 e 0,5 decimal (b.s.). Os teores de água da batata doce biofortificada serão determinados pelo método de estufa (BRASIL, 2009).
Após a secagem da batata doce biofortificada as amostras serão submetidas ao processo de moagem. As farinhas serão peneiradas em peneira de tela de inox de diâmetro de 1 mm, embaladas em sacos plásticos de polipropileno, e armazenadas em B.O.D., até a realização das análises.
Os dados de modelagem da dessorção das farinhas, será obtidos pelo método estático indireto, a determinação da atividade de água (Aw) será feita por meio do equipamento Hygropalm Model Aw.
No método estático indireto, utilizam-se valores pré estabelecidos de teores de água do produto e obtém-se a Aw em condições controladas de temperatura. Para o controle da temperatura, será utilizada câmara tipo B.O.D., regulada nas temperaturas de 10; 20; 30 e 40 °C, e as leituras da Aw serão realizadas quando a temperatura das amostras se estabilizarem.
Para o ajuste dos modelos matemáticos será realizada análise de regressão não linear, pelo método Gauss Newton. Para verificar o grau de ajuste de cada modelo será considerado significância do coeficiente de regressão pelo teste t adotando-se o nível de 0,01 de significância, a magnitude do coeficiente de determinação (R2), os valores do erro médio relativo (P), erro médio estimado (SE) e Qui-quadrado (χ2).
5.0 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
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7.0 VIABILIDADE FINANCEIRA
As análises serão executadas utilizando a infraestrutura, materiais e equipamentos do Laboratório de Pós-colheita de Produtos Vegetais do Instituto Federal Goiano - Campus Rio Verde. O projeto será submetido a órgãos de fomento, para a aquisição de materiais de consumo, participação em eventos científicos e submissão de trabalhos em periódicos.
8.0 CRONOGRAMA DE EXECUÇÃO
ATIVIDADES 2017 2018 2019
J F M A M J J A S O N D J F M A M J J A S O N D J F M A M J J A S O N D Revisão de
Literatura X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X Cumprimento
dos Créditos X X X X X X X X X X X X Instalação e
Condução do Experimento
X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X Coleta de
dados
Experimentais
X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X Tabulação e
Análise dos Dados
X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X Escrever a
Tese X X X X X X X
Publicações dos
Resultados em Congressos
X X X X X X X X X X X X
Publicações dos
Resultados em Periódicos
X X X X X
Previsão de Defesa da Tese
X X
