CEREAL MATINAL GLÚTEN FREE A BASE DE FARINHAS
DE SORGO, ARROZ E CHIA
G.F.B. Gibelato
1, W.S Oliveira
2, E.C.A. Neves
1,3, H.T. Godoy
2, Y.K. Chang
1, M. Schmiele
1,4*1-Departamento de Tecnologia de Alimentos – Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia de Alimentos – CEP: 13083-862 - Campinas - SP - Brasil, Telefone: +55 (19) 3521-4004 – Fax: +55 (19) 3289-3617 - *e-mail: (marcio.ufpel@gmail.com);
2-Departamento de Ciência de Alimentos – Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia de Alimentos – CEP: 13083-862 - Campinas - SP - Brasil, Telefone: +55 (19) 4023 – Fax: +55 (19) 3521-2153.
3-Instituto de Tecnologia, Universidade Federal do Pará, Faculdade de Engenharia de Alimentos. CEP: 66.075-110 – Belém – PA – Brasil, Telefone/Fax: +55 (91) 3201-7000.
4-Instituto de Ciência e Tecnologia, Universidade Federal dos Vales do Jequitinhonha e Mucuri. CEP: 39.100-000 – Diamantina – MG – Brasil, Telefone: +55 (38) 3532-1200.
RESUMO – O objetivo deste trabalho foi desenvolver um cereal matinal isento de glúten através da extrusão termoplástica e a partir de farinhas integrais de sorgo vermelho, arroz e farinha desengordura de chia. A Metodologia de Superfície de Resposta foi utilizada por meio de um delineamento de misturas simplex-centroide. Os resultados tecnológicos (índice de expansão, densidade aparente, textura instrumental e índices de absorção e solubilidade em água) indicam que a mistura de 63% de farinha integral de sorgo, 27% de farinha integral de arroz e 10% de farinha desengordurada de chia apresentou o melhor desempenho. No ponto otimizado foi possível obter um produto com moderado índice glicêmico (58,21), baixa carga glicêmica por porção (9,20), digestibilidade de proteína de 71,61% e com excelentes teores de ácidos graxos essenciais, principalmente ácido oleico - ω-9 (47,02%). ABSTRACT – the aim of this work was to develop breakfast cereal gluten free from red sorghum wholemeal, brown rice wholemeal and defatted chia flour by thermoplastic extrusion. The Response Surface Methodology was used through a simplex-centroid mixture design. The technological results (expansion index, apparent density, instrumental texture, and water absorption and solubility indexes) indicate a mixture of 61% red sorghum wholemeal, 27% brown rice wholemeal and 10% defatted chia flour with the best performance. The optimal point showed a product with moderate glycemic index (58.21), low glycemic load (9.20), protein digestibility of 71.61% and with good levels of essential fatty acids, mainly oleic acid - ω-9 (47.09%).
PALAVRAS-CHAVE: extrusão, índice glicêmico, digestibilidade de proteína, ácidos graxos. KEYWORDS: extrusion, glycemic index, protein digestibility, fatty acids.
1. INTRODUÇÃO
A ingestão de derivados do trigo, aveia, cevada e centeio não é possível por uma parte da população que apresenta intolerância ao glúten, enfermidade conhecida como doença celíaca (Godoy et al., 2015). Os cereais matinais são produzidos com farinha de trigo e/ou milho e apresentam grande quantidade de carboidratos digeríveis, principalmente amido, resultando em um produto com alto índice glicêmico, baixos teores de fibras alimentares, vitaminas, minerais e fitoquímicos.
O consumo de farinhas integrais de cereais e pseudocereais, como o arroz, o sorgo e a chia apresenta-se como uma opção para ingestão desses compostos, uma vez que o aumento da ingestão de
fibras resulta em benefícios à saúde, como a redução do risco de doenças cardiovasculares, diabetes tipo 2, a obesidade bem como na prevenção de doenças carcinogênicas. Além disso, a ingestão de fibras ajuda a manter o peso corporal por conta do baixo índice glicêmico desses compostos (Borneo e León, 2012).
Estes grãos são compostos por uma grande quantidade de amido (componente mais importante para a extrusão), fibras alimentares, proteínas, vitaminas e minerais. A chia apresenta grande quantidade de lipídeos, sendo vantajoso o uso da farinha parcialmente desengordurada (Masuzaki et al., 2015). Em relação aos teores de fibras, podem são encontrados teores de 6% no sorgo integral (Althwab et al., 2015), de 5% no arroz integral (TACO, 2011) e de 50% na farinha de chia desengordurada (Masuzaki et al., 2015).
Por fim, o objetivo deste trabalho foi elaborar um cereal matinal glúten free utilizando farinhas integrais de sorgo vermelho e arroz e farinha desengordurada de chia. O produto desenvolvido foi avaliado em relação às características físicas, físico-químicas e nutricionais.
2. MATERIAIS E MÉTODOS
2.1 Materiais
As matérias-primas utilizadas foram a farinha integral de sorgo vermelho (FISV), a farinha integral de arroz (FIA) - adquiridos no comércio local - e a farinha desengordurada de chia (FDC) - R&S Blumos, Campinas, BRA.
2.2 Métodos
As matérias-primas foram caracterizadas em relação à composição centesimal, determinando-se os teores de lipídeos, proteínas, cinzas, amido total e fibra alimentar total através dos métodos 30-25.01, 46-13.01, 08-01.01, 76-13.01 e 32-05.01 (AACCI, 2010), respectivamente.
Um delineamento de misturas simplex-centroide de três variáveis independentes foi utilizado, sendo x1 – FISV, x2 – FIA, e x3 – FDC. Os ensaios foram condicionados com 18% de
umidade e a extrusão ocorreu em extrusor mono rosca 20 D/N-GNF 1014/2 (Brabender, Duisburg, DEU), com temperatura de 1ª, 2ª e 3ª zonas de 70, 120 e 150°C, respectivamente. Os demais parâmetros fixos foram: taxa de compressão da rosca (3:1), velocidade de rotação da rosca (120rpm), taxa de alimentação (6,36kg.h-1) e diâmetro da matriz (2,7mm). O produto extrusado foi submetido à
secagem em estufa a 85,0±0,5ºC até umidade final <6,0%.
As variáveis dependentes analisadas foram o índice de expansão (IE) (Schmiele, 2009), a densidade aparente (ρ) (Chávez-Jáuregui et al., 2000), a textura instrumental avaliando-se a força de compressão (FC) (Schmiele, 2009), o índice de absorção de água (IAA) e o índice de solubilidade em água (ISA) (Schmiele, 2009). Além disso, no ponto otimizado (em triplicata) foi determinado o índice glicêmico in vitro – IG – (Goñi et al., 1997), a carga glicêmica por porção – CG – (Capriles et al., 2009), a digestibilidade in vitro de proteínas (Rizzello et al., 2016) e os níveis de ácidos graxos (Ballus et al., 2014).
Os resultados da composição centesimal foram avaliados através da análise de variância e comparação de médias pelo teste de Scott e Knott. As variáveis dependentes foram avaliadas pela Metodologia de Superfície de Resposta, com nível de significância de 10%. O coeficiente de regressão mínimo (R2) adotado foi de 0,80 para garantir a validade das predições efetuadas pelos modelos
matemáticos (elaborados nos níveis codificados) e a elaboração das curvas de contorno. O ponto otimizado foi determinado através da metodologia proposta por Derringer e Suich (1980).
3. RESULTADOS E DISCUSSÃO
A Figura 1 apresenta os resultados da composição centesimal das matérias-primas. Observou-se que a FDC apresentou os maiores valores de lipídeos, proteínas, cinzas e fibra alimentar
total (p≤0,05). A FISV e a FIA apresentaram diferenças entre si para os teores de proteínas, amido total e fibra alimentar, sendo semelhantes para lipídeos e cinzas.
Das variáveis dependentes, somente o IAA não foi influenciado pelas variáveis independentes. Conforme apresentado na Tabela 1, o IE variou entre 1,08 e 2,33, sendo que a maior influência foi observada pelo uso da FISV, seguido pela FIA e pela FDC (Fig. 2). O modelo matemático (Eq. 1) explica 96,34% dos valores preditos. O melhor desempenho do sorgo e do arroz é atribuído ao maior teor de amido presente. Além disso, a chia apresenta grande teor de fibra alimentar e de lipídeos, responsáveis pela diminuição do IE pela maior retenção de água da fibra, diminuindo o flash up e o efeito lubrificante dos lipídeos (Steel et al., 2012). A diminuição da expansão do produto resultou no aumento da densidade aparente, com valores que variaram entre 0,15 e 0,88mg.mm3,
sendo que 93,55% dos valores observados foram explicados pelo modelo matemático (Eq. 2). Possivelmente, a presença das fibras provoca o rompimento prematuro das células de ar durante a expansão.
Figura 1 – Composição centesimal para a farinha integral de sorgo vermelho, farinha integral de arroz e farinha desengordurada de chia
Tabela 1 – Níveis reais para o delineamento de mistura simplex-centroide dos ensaios submetidos ao processo de extrusão e resultados do índice de expansão (IE), densidade aparente (ρ), força de compressão (FC), índice de absorção de água (IAA) e índice de solubilidade em água (ISA)
Ensaio X1 (%) X2 (%) X3 (%) IE* ρ (mg/mm3)* FC (N)* IAA (%)** ISA (%)** 1 100 0 0 2,33±0,17 0,15±0,02 11,88±1,59 692±42 16,06±0,18 2 0 100 0 2,26±0,09 0,22±0,01 18,35±1,53 699±70 3,46±0,08 3 0 0 100 1,12±0,04 0,88±0,04 28,14±2,77 714±46 10,33±0,29 4 50 50 0 2,10±0,19 0,27±0,04 13,88±1,95 638±69 6,94±0,09 5 50 0 50 1,08±0,02 0,82±0,05 18,10±1,88 852±51 11,09±0,34 6 0 50 50 1,38±0,05 0,54±0,07 30,13±3,28 980±21 7,61±0,06 7 66,7 16,7 16,7 1,66±0,07 0,33±0,04 13,34±1,74 667±21 9,92±0,07 8 16,7 66,7 16,7 1,73±0,06 0,43±0,07 21,51±2,60 667±16 6,17±0,10 9 16,7 16,7 66,7 1,23±0,05 0,72±0,09 30,58±4,45 1074±29 9,37±0,15 10 33,3 33,3 33,3 1,56±0,04 0,58±0,03 15,67±1,26 823±18 8,07±0,11 11 33,3 33,3 33,3 1,47±0,14 0,41±0,06 15,35±2,76 794±37 8,57±0,22 12 33,3 33,3 33,3 1,54±0,06 0,57±0,04 15,59±2,11 839±41 8,30±0,16
X1 = farinha integral de sorgo vermelho; X2 = farinha integral de arroz; X3 = farinha desengordurada de chia.
A FC dos ensaios apresentou variação entre 11,88 e 30,58N, sendo que 89,37% dos dados observados foram explicados pelo modelo matemático (Eq. 3). Ficou evidenciado (Fig. 2) que o maior IE e a menor DA tem efeito direto na textura instrumental, resultando em produtos com menor dureza, o que proporciona maior crocância (Schmiele, 2009). O ISA variou entre 3,46 e 16,06%, sendo que 97,92% dos resultados foram explicados pelo modelo matemático (Eq. 4). A maior influencia no ISA foi observado com o uso de FISV, possivelmente pela maior expansão proporcionada ao produto. Maiores valores de IE são obtidos com maior força de cisalhamento dentro do extrusor como resultado da dextrinização das moléculas de amilopectina, a qual é lixiviada durante a análise dos sólidos solúveis (Steel et al., 2012). O efeito da FDC ocorre por causa do grande teor de fibra solúvel e da mucilagem presente (Masuzaki et al., 2015).
Índice de expansão = 2,23x1 + 2,17x2 + 1,15x3 – 2,29x1x3 – 0,97x2x3 (Eq. 1)
Densidade aparente (mg.mm3) = 0,16x
1 + 0,26x2 + 0,87x3 + 1,01x1x3 (Eq. 2)
Força de compressão (N) = 10,80x1 + 18,24x2 + 29,20x3 + 32,46x2x3 – 165,01x1x2x3 (Eq. 3)
Índice de solubilidade em água (%) = 15,69x1 + 3,98x2 + 10,72x3 – 10,71x1x2 – 8,14x1x3 (Eq. 4)
O ponto otimizado foi definido objetivando-se um produto com pelo menos 10% de incorporação de FDC, mas que apresente mínima FC e máximo ISA. Deste modo, com uma desejabilidade de 0,61 obteve-se a combinação de 67% de FISV, 23% de FIA e 10% de FDC. Os valores experimentais obtidos para o ponto ótimo foi de 2,33±0,08 (IE), 0,29±0,02mg.mm3 (DA),
13,33±0,08 (FC) e 7,70±0,28 (ISA). Os valores de desvios relativos obtidos foram de 18,45% (IE) -13,79% (DA), 1,65% (FC) e -33,12% (ISA). Verificou-se que os modelos matemáticos para IE e ISA não foram validados, pois apresentaram desvios relativos muito superiores a 10%. No entanto, mesmo acima de 10%, o modelo matemático da DA pode ser considerado válidos, pois a média é extremamente baixa, onde qualquer variação torna-se extremamente diferente.
A porcentagem de hidrólise do amido (Fig. 3-A) do ponto otimizado (Fig. 3-B) apresentou IG de 58,21±1,50, resultando em um produto com IG moderado (entre 56-69), e está relacionado com a velocidade de liberação dos substratos de lenta digestão e não digeríveis, promovendo lenta e gradual resposta glicêmica. No entanto, o IG é criticado sob a justificativa de que apresenta pouca utilidade clínica, pois se trata de um parâmetro que avalia cada alimento individualmente. Neste sentido, a CG considera o teor de carboidratos digeríveis na porção (30g para cereal matinal), o que resultou em CG de 9,20±0,24, o que indica que o produto elaborado neste estudo apresenta baixa CG (<10) (Capriles et al., 2009). Este efeito está relacionado, principalmente, com o teor de fibras do PO, que foi de 3,69g/porção, indicando que o produto é fonte de fibra alimentar (Masuzaki et al., 2015).
Além disso, a porção do cereal matinal apresenta 3,90g de proteína (13,00g/100g), sendo que 71,61±1,11% desta proteína apresentou-se digerível no sistema in vitro. Como o teor de FISV é alto no PO (61%), a digestibilidade de proteína pode ser considerada alta. A digestibilidade de proteínas provenientes do sorgo normalmente é baixa (~60% para sorgo vermelho) por conta da presença dos taninos, os quais inibem a atividade enzimática das enzimas proteolíticas (Mkandawire et al., 2015). O aumento da digestibilidade das proteínas pode ser devido ao processo de extrusão, um tratamento térmico que pode inativar compostos antinutricionais (Steel et al., 2012).
Os teores de ácidos graxos foram expressos em porcentagem de área. Foram identificados 6 ácidos graxos com teores de 16,49±0,21% para ácido palmítico (C16:0), 0,48±0,03% para ácido palmitoleico (C16:1), 1,02±0,07% para ácido esteárico (C18:0), 21,14±0,59% para ácido oleico (C18:1), 47,02±0,59% para ácido linoleico (C18:2) e de 13,85±0,26% para ácido linolênico (C18:3). Estes resultados demonstram que o cereal matinal apresenta-se como uma boa fonte de ácidos graxos essenciais, ω-3, ω-6 e ω-9.
Figura 1. Curvas de contorno para índice de expansão, densidade aparente, força de compressão e índice de solubilidade em água
Figura 2. Curvas do índice de hidrólise do pão branco e do ponto ótimo (A) e extrusados do ponto ótimo (B)
4. CONCLUSÃO
A mistura de 63% de farinha integral de sorgo vermelho, 27% de farinha integral de arroz e 10% de farinha desengordurada de soja resultou em um cereal matinal glúten free com propriedades tecnológicas satisfatórias (baixa força de compressão e alto índice de solubilidade em água), índice glicêmico moderado, baixa carga glicêmica, boa digestibilidade de proteínas e com quantidades consideráveis de ácidos graxos essenciais.
5. AGRADECIMENTOS
Os autores agradecem ao CNPq e à FAPESP pelas bolsas de estudos e à R&S Blumos pela doação da farinha desengordurada de chia.
6. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
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