UNIVERSIDADE ESTADUAL DE CAMPINAS FACULDADE DE ENGENHARIA DE ALIMENTOS
JOSÉ RICARDO CREPALDI GANANCIO
AVALIAÇÃO DOS EFEITOS CONJUNTOS DE AMILASE
MALTOGÊNICA, TRANSGLUTAMINASE E XILANASE
BACTERIANA NA REOLOGIA DAS MASSAS E NA QUALIDADE
DE PÃES-DE-FORMA
Campinas 2019
JOSÉ RICARDO CREPALDI GANANCIO
AVALIAÇÃO DOS EFEITOS CONJUNTOS DE AMILASE
MALTOGÊNICA, TRANSGLUTAMINASE E XILANASE
BACTERIANA NA REOLOGIA DAS MASSAS E NA QUALIDADE
DE PÃES-DE-FORMA
Dissertação apresentada à Faculdade de Engenharia de Alimentos da Universidade Estadual de Campinas como parte dos requisitos exigidos para a obtenção do título de Mestre em Tecnologia de Alimentos
Orientadora: Profa. Dra. Caroline Joy Steel
ESTE EXEMPLAR CORRESPONDE À VERSÃO FINAL DA DISSERTAÇÃO DEFENDIDA PELO ALUNO JOSÉ RICARDO CREPALDI GANANCIO E ORIENTADO PELA PROFa. DRa. CAROLINE JOY STEEL
Campinas 2019
COMISSÃO JULGADORA
_____________________________________________ Profa. Dra. Caroline Joy Steel
Universidade Estadual de Campinas – UNICAMP
Orientadora
_____________________________________________ Prof. Dr. Ruann Janser Soares de Castro
Universidade Estadual de Campinas - UNICAMP
Membro Titular
_____________________________________________ Profa. Dra. Vanessa Dias Capriles
Universidade Federal de São Paulo - UNIFESP
Membro Titular
A Ata da defesa com as respectivas assinaturas dos membros encontra-se no
“Na forte luta pela vida, a sobrevivência não é do mais forte, é do mais apto.” Charles Darwin
AGRADECIMENTOS
A Deus, por ter me dado condição física, mental e espiritual, para não me deixar fraquejar nos momentos que pareciam sem saída. Deus sempre abria uma porta. À minha amada esposa Fabiane Astolpho, parceira de todas as horas, obrigado pelo carinho, incentivo constante e cuidado com nossa família. Eu te amo! Aos meus amados filhos Fernanda e Francisco, pelo carinho, pelo apoio, pela paciência e respeito.
Aos meus queridos pais, por todo o amor investido na minha formação, e aos meus queridos irmãos, cunhados e cunhadas, sobrinhos e meus queridos sogros, pelo carinho de sempre, apoio e torcida.
À Profa. Dra. Caroline Joy Steel, por todo o incentivo, pelos ensinamentos
valiosos e por todo o tempo investido.
À Profa. Dra. Maria Teresa Pedrosa Silva Clerici, pelo apoio e conhecimento
compartilhado.
Às minhas queridas estagiárias de iniciação científica, Bruna S. Guimaro e Letícia Cappuccelli Pinto, por todo o apoio e dedicação nas análises laboratoriais.
Ao meu amigo-irmão-camarada Msc. Marcelo Dias Junqueira, pelo incentivo e dicas valiosas.
A todo o querido pessoal do Laboratório de Raízes, Tubérculos e Cereais do DTA/FEA, pessoas incríveis com as quais tive o grande prazer de conviver e passar momentos muito agradáveis, em especial à Michele Scarton, Elisa, Amanda Rios, Amanda Nogueira, Carla, Thaísa Moro, Matheus Avelar, Karina Magna Leão e Flávio Montenegro, obrigado pela força!
À Faculdade de Engenharia de Alimentos da UNICAMP, lugar maravilhoso ao qual pude retornar após 20 anos, por ter disponibilizado uma estrutura incrível para a realização deste estudo.
Aos membros da banca examinadora, pela disponibilidade e presteza.
Ao Moinho Sul Mineiro, que forneceu a farinha de trigo e disponibilizou seu Mixolab para a realização dos experimentos, em especial a André Costa Alves, Mirela A. Machado da Fonseca e Diogo Miranda. Obrigado pelo apoio!
À Sandri Comercial, que forneceu as enzimas, obrigado pela paciência e cooperação.
À Tovani Benzaquen, pela compreensão e valorização deste trabalho científico. Aos técnicos de laboratório, em especial à Izilda Santos e à Juliana Hashimoto, que facilitaram o caminho.
Obrigado ao Jonas do Xerox da FEA. Te devo mais essa, parceiro!
Aos meus amigos queridos, que foram parceiros mesmo quando estive ausente para realizar este trabalho. Obrigado pela compreensão e incentivo!
O presente trabalho foi realizado com apoio da Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior – Brasil (CAPES) – Código de Financiamento 001.
E obrigado a todos que deram sua contribuição direta ou indireta para a realização deste trabalho.
RESUMO
A utilização de enzimas na indústria de panificação brasileira pode ser ampliada, pois há aplicações pouco exploradas, como na substituição total ou parcial de aditivos por enzimas. Aumentam as enzimas disponíveis, exigindo conhecimentos específicos para melhores resultados tecnológicos, aprimoramento das técnicas de produção industrial, e melhoria da qualidade dos pães. Novos equipamentos de análise preditiva, como é o caso do Mixolab, permitem obter informações prévias e rápidas sobre o comportamento reológico de massas de farinha de trigo confome a variação dos ingredientes, aditivos e coadjuvantes utilizados. É necessário correlacionar os efeitos observados em análises reológicas das massas em condições de laboratório com as condições de fabricação em planta-piloto. Este trabalho avaliou o efeito de diferentes combinações das enzimas amilase maltogênica (AM), transglutaminase (TG) e xilanase bacteriana (XIL), as quais atuam sobre o amido, as proteínas e as fibras (principais componentes da farinha de trigo), respectivamente, e comparou os parâmetros obtidos no farinógrafo, extensógrafo, RVA e Mixolab com os observados no processamento e na qualidade de pães-de-forma produzidos em planta-piloto. Seguiu-se delineamento composto central rotacional (DCCR) com três variáveis independentes: dosagens de AM (0 a 100 ppm), de TG (0 a 30 ppm), de XIL (0 a 80 ppm), base farinha (b.f.), e os resultados comparados a um Controle (farinha de trigo sem adição de enzimas) e a uma formulação Padrão de mercado. Variáveis dependentes foram: resultados obtidos no Mixolab, no farinógrafo, no extensógrafo e no RVA, que correspondem a diferentes etapas do processo de fabricação de pães. Parâmetros de qualidade dos pães-de-forma avaliados (também variáveis dependentes) foram: volume específico, coloração do miolo e da casca, umidade do miolo e da casca, atividade de água do miolo e da casca e textura do miolo (estas últimas 3 análises no 1º, 5º e 9º dias após a fabricação). Análises das propriedades reológicas preditivas indicaram que os ensaios E6 (80 ppm b.f. de AM; 6 ppm b.f. de TG; 64 ppm b.f. de XIL) e E8 (80 ppm b.f. de AM; 24 ppm b.f. de TG; 64 ppm b.f. de XIL)apresentariam qualidade satisfatória de estrutura, reologia de massa e maciez dos pães durante estocagem de até 9 dias entre todas as formulações. O Mixolab previu o melhor resultado para o ensaio E6. Análises dos pães-de-forma confirmaram os
melhores resultados para ensaios E6 e E8, que diferiam entre si apenas na dosagem de TG, com melhor maciez do ensaio E6 até o 9º dia da fabricação. Pães do ensaio E6 apresentaram maiores volumes específicos (4,26 cm3/g),
seguidos pelo ensaio E8 (4,19 cm3/g). Volume e maciez compõem o conjunto de
sensações percebidas pelo consumidor durante a compra e degustação dos pães, e são fatores responsáveis pela recompra, ou recusa, e, portanto, sucesso ou fracasso, das marcas de pães no mercado. Concluiu-se ser possível fabricar pães-de-forma clean label com qualidade, facilidade de processo e maciez por até 9 dias para uma combinação de 80 ppm b.f. de amilase maltogênica, 24 ppm b.f. de transglutaminase e 64 ppm b.f. de xilanase bacteriana.
Palavras-chave: alfa-amilase maltogênica; transglutaminases; xilanases bacteriana; enzimas; panificação; rótulo limpo.
ABSTRACT
The usage of enzymes in Brazilian breadmaking industry may be widely expanded, once there are poorly explored applications, like total or partial substitution of additives by enzymes. Availability of enzymes variety grows, and specific knowledge is needed to better technological results, and quality of industrial breads. New equipments for predictive analysis, such as Mixolab, permit obtain rapid previous information about wheat flour dough behavior according to different compositions of ingredients, additives and processing aids used. It is necessary to correlate the effects observed for dough rheology in laboratorial facilities and in pilot-plant breadmaking conditions. The present study evaluated the effects of different combinations of maltogenic amylase (AM), transglutaminase (TG) and bacterial xylanase (XIL) enzymes, which act on starch, proteins and fibers (main components of wheat flour), respectively, and compared the parameters obtained in farinograph, extensograph, RVA and Mixolab with those observed in processing and quality parameters of pan breads produced in pilot-plant conditions. Central composite rotatable experimental design (DCCR) was applied, with three independent variables: AM dosage (0 to 100 ppm), TG dosage (0 to 30 ppm), XIL dosage (0 to 80 ppm), flour basis (f.b.), and the results were compared to a Control (wheat flour without enzyme addition), and to a market Standard. Dependent variables were: results obtained in farinograph, extensograph, RVA and Mixolab, which correspond to different stages of the breadmaking process. Pan bread quality parameters evaluated ( also dependent variables) were: specific volume, crumb and crust color, crumb and crust moisture content, crumb and crust water activity, and crumb firmness (these last three analysis were carried out on the 1st, 5th and 9th days after baking).
Predictive rheological analysis indicated that assays E6 (80 ppm f.b. of AM; 6 ppm f.b. of TG; 64 ppm f.b. of XIL) and E8 (80 ppm f.b. of AM; 24 ppm f.b. of TG; and 64 ppm f.b. of XIL) would present satisfactory structural quality, dough rheology and bread softness during a 9 days-long shelf-life among all enzyme combinations tested. Mixolab results indicated that best result would be of E6 assay. Pan bread analysis confirmed the best results for E6 and E8 assays, which differ only in TG dosage level, with the best softness for E6 assay during evaluated 9 days shelf-life. The highest specific volume was verified for E6 assay
(4.26 cm3/g), followed by E8 assay (4.19 cm3/g). Bread volume and softness
compose the set of sensations realized by consumers during purchase and tasting events, and become the main factors that influence re-buys, or refuse, determining the success or failure of a baking brand in the market. We can conclude that it is possible and feasible to manufacture clean label pan breads with high quality, ease in processing, and with long-lasting softness up to 9 days shelf-life, with the best global results of pan breads using 80 ppm f.b. of maltogenic amylase, 24 ppm f.b. of transglutaminase and 64 ppm f.b. of bacterial xylanase.
Keywords: maltogenic alpha-amylase; transglutaminases; xylanases; bread industry; clean label.
LISTA DE ILUSTRAÇÕES
Figura 1 Esquema da reação catalisada pela enzima transglutaminase... 34
Figura 2 Composição centesimal da farinha de trigo e hidratação da
massa... 36
Figura 3 Curva característica gerada em uma análise farinográfica, com
indicação dos pontos de leitura dos principais parâmetros... 39
Figura 4 Ilustração do gráfico gerado em um ensaio extensográfico, com
indicação das variáveis... 41
Figura 5 Curva característica obtida em uma análise de Rapid Visco
Analyser (RVA), indicando os pontos nos quais são feitas as
leituras das principais variáveis resultantes... 42
Figura 6 Curva característica gerada em uma análise no Rapid Visco
Analyser (RVA) e ilustração do comportamento dos grânulos de
amido em suspensão durante o ciclo de aumento e diminuição de
temperaturas sob agitação... 43
Figura 7 Curva típica obtida em uma análise de farinha de trigo no Mixolab, com indicações dos momentos de atuação das enzimas amilase maltogênica (AM), transglutaminase (TG) e xilanase bacteriana (XIL). Também estão indicados os pontos de controle (C1 a C5)
e as inclinações típicas α, β e γ... 48
Figura 8 Superfícies de resposta e curvas de contorno para a consistência
da massa com 57,9 % de água medido no farinógrafo... 76
Figura 9 Superfícies de resposta e curvas de contorno para o tempo de
desenvolvimento da massa medido no farinógrafo... 80
Figura 10 Superfícies de resposta e curvas de contorno para a Estabilidade
medida em farinógrafo... 82
Figura 11 Superfícies de resposta e curvas de contorno para a energia (A)
aos 90 minutos do ensaio extensográfico... 94
Figura 12 Superfícies de resposta e curvas de contorno para a viscosidade
mínima do ensaio no RVA... 100
Figura 13 Superfícies de resposta e curvas de contorno para a viscosidade
final do ensaio no RVA... 102
Figura 14 Superfícies de resposta e curvas de contorno para a tempo de
Figura 15 Superfícies de resposta e curvas de contorno para a Estabilidade
dos ensaios no Mixolab... 111
Figura 16 Comparativo das superfícies de resposta para a estabilidade dos
ensaios no Farinógrafo e no Mixolab... 113
Figura 17 Superfície de resposta e curvas de contorno para o torque
mínimo (C2) dos ensaios no Mixolab... 114
Figura 18 Superfície de resposta e curvas de contorno para o torque
máximo (C3) dos ensaios no Mixolab... 116
Figura 19 Superfície de resposta e curvas de contorno para o torque
mínimo no aquecimento (C4) dos ensaios no Mixolab... 119
Figura 20 Curva de resposta para o torque máximo no resfriamento (C5)
versus dosagens de XIL nos ensaios no Mixolab... 121
Figura 21 Aspecto externo dos pães-de-forma obtidos para cada ensaio do
delineamento experimental... 129
Figura 22 Aspecto do miolo dos pães-de-forma obtidos para cada ensaio
do delineamento experimental... 132
Figura 23 Superfícies de resposta e curvas de contorno para a umidade da
casca dos pães no dia 1... 145
Figura 24 Superfícies de resposta e curvas de contorno de AM versus XIL
para a atividade de água da casca dos pães no dia 1... 151
Figura 25 Comparativo das superfícies de resposta para a umidade da
casca e para a atividade de água da casca, no dia 1... 152
Figura 26 Curva da firmeza instrumental dos pães-de-forma do
LISTA DE TABELAS
Tabela 1 Parâmetros instrumentais usados no Mixolab para amostras de
massa de farinha de trigo... 46
Tabela 2 Níveis das variáveis independentes amilase maltogênica (AM), transglutaminase (TG) e xilanase bacteriana (XIL) no
planejamento experimental... 59
Tabela 3 Matriz do Planejamento Experimental, controle e padrão... 60
Tabela 4 Formulação base dos pães-de-forma... 62
Tabela 5 Parâmetros de processo fixados e utilizados na fabricação dos
pães-de-forma do delineamento experimental... 63
Tabela 6 Composição centesimal da farinha de trigo refinada (FTR), em
% base úmida (b.u.) e base seca (b.s.)... 67
Tabela 7 Resultados da análise de granulometria da farinha de trigo
refinada... 68
Tabela 8 Caracterização farinográfica da farinha de trigo refinada... 70
Tabela 9 Caracterização extensográfica da farinha de trigo refinada... 71
Tabela 10 Caracterização das propriedades de pasta da farinha de trigo
refinada... 72
Tabela 11 Propriedades termomecânicas da farinha de trigo refinada
avaliada no Mixolab... 73
Tabela 12 Classificação de trigo do Grupo II, segundo IN 38 do
MAPA... 74
Tabela 13 Propriedades farinográficas dos ensaios do delineamento
experimental... 75
Tabela 14 Valores dos parâmetros extensográficos para os ensaios do
delineamento experimental... 85
Tabela 15 Valores dos parâmetros das propriedades de pasta para os
ensaios do delineamento experimental... 97
Tabela 16 Valores dos parâmetros das propriedades termomecânicas
para os ensaios do delineamento experimental... 106
Tabela 17 Valores relativos dos parâmetros das propriedades
Tabela 18 Valores obtidos para o volume específico (VE) dos pães-de-forma fabricados conforme os ensaios do delineamento
experimental... 134
Tabela 19 Valores obtidos para a cor instrumental do miolo dos pães-de-forma fabricados conforme os ensaios do delineamento
experimental após 1 dia da fabricação... 136
Tabela 20 Valores obtidos para a cor instrumental da casca dos pães-de-forma fabricados conforme os ensaios do delineamento
experimental após 1 dia da fabricação... 138
Tabela 21 Valores obtidos para a umidade do miolo dos pães-de-forma fabricados conforme os ensaios do delineamento experimental
após 1, 5 e 9 dias da fabricação... 141
Tabela 22 Valores obtidos para a umidade da casca dos pães-de-forma fabricados conforme os ensaios do delineamento experimental
após 1, 5 e 9 dias da fabricação... 144
Tabela 23 Valores obtidos para a atividade de água do miolo dos pães-de-forma fabricados conforme os ensaios do delineamento
experimental após 1, 5 e 9 dias da fabricação... 148
Tabela 24 Valores obtidos para a atividade de água da casca dos pães-de-forma fabricados conforme os ensaios do delineamento
experimental após 1, 5 e 9 dias da fabricação... 150
Tabela 25 Valores obtidos para a firmeza do miolo dos pães-de-forma fabricados conforme os ensaios do delineamento experimental
SUMÁRIO
1 INTRODUÇÃO ... 20
2 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA ... 25
2.1 Pão-de-forma ... 25
2.2 Farinha de trigo ... 26
2.2.1 Proteínas da farinha de trigo ... 26
2.2.2 Outros componentes da farinha de trigo ... 28
2.2.3 Tratamento de farinhas ... 29
2.3 Enzimas em panificação ... 30
2.4 Amilase maltogênica ... 32
2.5 Transglutaminase ... 34
2.6 Xilanase bacteriana ... 35
2.7 Propriedades reológicas da farinha de trigo ... 37
2.7.1 Farinografia ... 39
2.7.2 Extensografia... 40
2.7.2 Rapid Visco Analyser (RVA) ... 41
2.7.4 Mixolab ... 44
2.8 Qualidade dos pães-de-forma ... 49
2.9 Pães clean label e pães veganos... 51
3 JUSTIFICATIVA ... 53 4 OBJETIVOS ... 54 4.1 Objetivo geral ... 54 4.2 Objetivos específicos ... 54 5 MATERIAIS E MÉTODOS ... 55 5.1 Materiais ... 55 5.2 Métodos ... 56
5.2.1 Caracterização da farinha de trigo ... 56
5.2.3 Caracterização reológica dos ensaios do planejamento
experimental ... 61
5.2.4 Elaboração dos pães-de-forma ... 61
5.2.5 Avaliação das propriedades físico-químicas dos pães-de-forma ... 64
5.2.6 Análise dos resultados ... 65
6 RESULTADOS E DISCUSSÃO ... 67
6.1 Caracterização da farinha de trigo refinada ... 67
6.1.1 Composição centesimal da farinha de trigo refinada ... 67
6.1.2 Granulometria da farinha de trigo refinada ... 68
6.1.3 Teores e índice de glúten da farinha de trigo refinada ... 69
6.1.4 Atividade diastática da farinha de trigo refinada... 69
6.1.5 Propriedades farinográficas da farinha de trigo refinada ... 70
6.1.6 Propriedades extensográficas da farinha de trigo refinada ... 71
6.1.7 Propriedades de pasta da farinha de trigo refinada ... 71
6.1.8 Propriedades termomecânicas da farinha de trigo refinada ... 72
6.1.9 Qualidade geral da farinha de trigo refinada ... 73
6.2 Planejamento experimental ... 74
6.2.1 Propriedades farinográficas ... 75
6.2.1.1 Consistência com 57,9 % de água ... 76
6.2.1.2 Tempo de chegada ... 78
6.2.1.3 Tempo de desenvolvimento ... 79
6.2.1.4 Estabilidade ... 81
6.2.1.5 Índice de Tolerância à Mistura (ITM) ... 83
6.2.2 Propriedades extensográficas ... 84
6.2.2.1 Resistência à extensão ... 86
6.2.2.2 Resistência máxima à extensão (Rm) ... 88
6.2.2.3 Extensibilidade (E) ... 89
6.2.2.4 Número proporcional (D) ... 91
6.2.2.5 Energia (A) ... 92
6.2.3 Propriedades de pasta ... 96
6.2.3.2 Viscosidade mínima ... 99 6.2.3.3 Breakdown... 100 6.2.3.4 Viscosidade final ... 101 6.2.3.5 Setback ... 103 6.2.3.6 Tempo de pico ... 104 6.2.3.7 Temperatura de pasta ... 105 6.2.4 Propriedades termomecânicas ... 105 6.2.4.1 Absorção de água... 106 6.2.4.2. Tempo de desenvolvimento (C1) ... 107 6.2.4.3 Estabilidade ... 110 6.2.4.4 Torque mínimo (C2) ... 113 6.2.4.5 Torque máximo (C3) ... 115
6.2.4.6 Torque mínimo no aquecimento (C4) ... 117
6.2.4.7 Torque máximo no resfriamento (C5) ... 120
6.2.4.8 Índice de gelatinização do amido (C3-C2) ... 123
6.2.4.9 Estabilidade ao cozimento (C3-C4) ... 124
6.2.4.10 Tendência à retrogradação do amido (C5-C4) ... 124
6.2.4.11 Índice de enfraquecimento da massa sob trabalho mecânico e aumento da temperatura (α) ... 125
6.2.4.12 Índice de gelatinização do amido com o aumento da temperatura (β) ... 126
6.2.4.13 Índice de estabilidade da massa ao cozimento (γ) ... 127
6.3 Avaliação das propriedades físico-químicas dos pães-de-forma ... 128
6.3.1 Volume específico (VE) ... 133
6.3.2 Cor instrumental do miolo dos pães-de-forma no dia 1 ... 135
6.3.3 Cor instrumental da casca dos pães-de-forma no dia 1 ... 138
6.3.4 Umidade do miolo ... 140
6.3.5 Umidade da casca ... 143
6.3.6 Atividade de água do miolo... 147
6.3.7 Atividade de água da casca ... 148
6.3.8 Firmeza instrumental do miolo ... 152
7 CONCLUSÕES ... 157
8 CONSIDERAÇÕES PARA TRABALHOS FUTUROS ... 159
9 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ... 160
10 ANEXOS ... 168
ANEXO 1. Formulações completas dos pães-de-forma fabricados, em gramas. ... 168
ANEXO 2. Ficha técnica do produto VERON MAC, fonte da enzima amilase maltogênica (AM), página 1 de 2. ... 169
ANEXO 3. Ficha técnica do produto VERON TG, fonte da enzima transglutaminase (TG), página 1 de 2. ... 171
ANEXO 4. Ficha técnica do produto VERON RL, fonte da enzima xilanase bacteriana (XIL), página 1 de 2. ... 173
ANEXO 5. Tabelas completas dos testes de ANOVA. ... 175
ANEXO 6. Tabela com o ranking da avaliação de resultados entre os pães-de-forma obtidos. ... 179
1 INTRODUÇÃO
Pães são geralmente preparados a partir de farinha de trigo, água, sal e fermento biológico, cuja mistura e amassamento formam uma massa viscoelástica (STAUFFER, 1999), a qual passa por etapas de fermentação e assamento. Estes produtos panificados representam um dos tipos de alimentos mais consumidos ao redor do mundo (SANCHEZ et al., 2014).
No Brasil, o setor de panificação é composto pelas indústrias de panificação (pães embalados e pães congelados) e pelos frabricantes de pães artesanais (padarias tradicionais, com fabricação própria, principalmente de pão francês). Existem ainda as padarias de supermercados, que misturam produção própria e ponto de finalização de preparo dos pães congelados, estes também produzidos industrialmente.
Segundo o SEBRAE/BA (2017), os pães artesanais são responsáveis por 79 % do suprimento de pães para o mercado brasileiro, enquanto que as indústrias de pães embalados suprem 14 % e as padarias de supermercados os 7 % restantes. Em virtude da falta de mão-de-obra capacitada na fabricação de pães de produção própria, as padarias tradicionais passaram a oferecer os pães embalados e pães congelados produzidos industrialmente, fato que contribui para a tendência de crescimento da fatia de mercado suprida pelas panificadoras industriais para os próximos anos. Esta tendência aumenta a importância do presente estudo.
O consumo per capita de pães em geral (artesanais e industrializados) no Brasil é de aproximadamente 22,61 kg/ano (SEBRAE/BA, 2017).
As vendas de pães industrializados no Brasil no ano de 2018 movimentaram R$ 5,216 bilhões, correspondentes a 401 mil toneladas, o que representa um consumo per capita de 1,92 kg/ano, considerando a população brasileira de 208,5 milhões de habitantes. O consumo tende a aumentar, pois segundo dados da Associação Brasileira das Indústrias de Biscoitos, Massas Alimentícias e Pães & Bolos Industrializados (ABIMAPI) (2019), este nível de consumo per capita ainda é bastante baixo se comparado ao consumo nos EUA (17,3 kg/ano), ou na Alemanha (41,2 kg/ano), ou mesmo na Inglaterra (27,4 kg/ano), o que nos deixa no 9º lugar em termos de consumo/habitante/ano somente considerando os pães industriais. A penetração dos pães
industrializados nos lares brasileiros é de 79,8 % segundo a ABIMAPI (2019) com um preço médio de R$ 12,05 por kg.
A indústria de panificação vem sofrendo mudanças em seus processos produtivos em função da crescente mecanização das operações de fabricação, o que tem provocado um aumento na demanda de farinhas de trigo cada vez mais fortes, a fim de se obter massas com maior tolerância à mistura e com maior capacidade de permanecerem estáveis, principalmente durante a etapa de fermentação (CABALLERO et al., 2007a, b).
As propriedades reológicas da massa e da rede de glúten durante a mistura são fortemente afetadas pela composição da farinha (teor e qualidade das proteínas), parâmetros de processo (tempo e energia de mistura, temperatura da massa), ingredientes e aditivos (água, sal, fermento, gorduras, emulsificantes e oxidantes) (SANCHEZ et al., 2014), e também pelas enzimas utilizadas.
Equipamentos usados atualmente para avaliar as propriedades reológicas das massas obtidas de farinha de trigo são vitais para a indústria de panificação, pois ajudam a predizer quais serão as características apresentadas por determinada massa durante o processamento industrial, e até indicam como será a qualidade dos produtos-finais obtidos (GUTKOSKI & JACOBSEN NETO, 2002). Entre os equipamentos considerados tradicionais estão o farinógrafo, o extensógrafo e o Rapid Visco Analyser (RVA), este último sendo mais utilizado para o estudo reológico de suspensões de amidos.
Novas técnicas e equipamentos modernos para determinar a reologia de massas de farinha de trigo utilizando grandes deformações (reologia empírica), que são associadas à qualidade dos pães, vêm ganhando popularidade (ZAIDEL
et al., 2010; SANCHEZ et al., 2014), como é o caso do Mixolab da Chopin Technologies. Este equipamento é capaz de avaliar as propriedades reológicas
e enzimáticas da farinha de trigo, através da medição em tempo real do torque (em Nm) produzido pela passagem da massa entre dois braços de amassamento, permitindo o estudo do seu comportamento físico-químico, a análise da qualidade da rede proteica formada e o comportamento do amido durante seu aquecimento (gelatinização) e resfriamento (retrogradação) (HUANG et al., 2010), utilizando pequenas quantidades (50 g) de amostra.
A utilização de enzimas pela indústria de panificação vem ganhando espaço preferencial, em comparação aos aditivos químicos, em virtude de serem altamente específicas, e não serem mais encontradas na forma ativa no produto-final devido à sua inativação pelo assamento (CABALLERO et al., 2007a; VIALTA, 2010). Por estes atributos, as enzimas enquadram-se na definição da Agência Nacional de Vigilância Sanitária (ANVISA, 2014) como coadjuvantes de tecnologia, e por este fato não precisam ser declaradas nos rótulos dos alimentos prontos para o consumo, como é o caso dos pães-de-forma, permitindo que os rótulos possam ser considerados clean label (rótulo limpo). Isto significa rótulos simples, com menos ingredientes e que estes possam ser encontrados em nossas próprias cozinhas, e livres de aditivos químicos, o que vai de encontro a esta tendência de mercado atual (INGREDION, 2016).
A farinha de trigo é o principal ingrediente dos pães, e as enzimas, adicionadas durante o processo de fabricação dos pães, atuam sobre os seus componentes (proteínas, amido, lipídios e polissacarídeos não-amido). O trigo possui vários tipos de proteínas: albuminas e globulinas, as quais são solúveis em água, e gliadinas e gluteninas, insolúveis em água, sendo estas últimas extremamente importantes para a panificação, pois são as responsáveis pela formação da rede de glúten. Segundo Weiser (2007) e Wang et al. (2017), a rede de glúten é formada por pontes dissulfídricas (ligações covalentes) entre a gliadina e a glutenina e outras interações entre as proteínas (não-covalentes), tais como pontes de hidrogênio, ligações iônicas e interações hidrofóbicas. Todas estas ligações desenvolvem-se durante a mistura de água à farinha de trigo mediante a aplicação de energia mecânica, gerando uma massa coesa, extensível e com propriedades viscoelásticas, a qual pode ser utilizada para a produção de produtos de panificação, biscoitaria e massas alimentícias.
Existem diversos ingredientes alimentícios que podem ser adicionados às formulações que utilizam farinha de trigo, visando à melhoria das características reológicas das massas obtidas, a fim de aprimorar as condições de processo e a qualidade dos produtos panificados. Dentre os principais ingredientes utilizados, podemos citar:
- Agentes oxidantes, tais como a azodicarbonamida (ADA) e o ácido ascórbico, podem ser adicionados com a finalidade de reforçar a rede de glúten, promovendo a formação de um maior número de pontes dissulfídricas;
- Emulsificantes, tais como o estearoil-2-lactilato de cálcio (CSL), ou de sódio (SSL), os ésteres de mono e diglicerídios de ácido tartárico diacetilado (DATEM), podem ser adicionados para a formação de uma massa mais coesa e mais estável, devido à sua ação reforçadora causada pela ligação de moléculas de água e gordura nas extremidades das moléculas dos emulsificantes;
- Glúten vital: ingrediente composto por glúten pré-formado, isolado da farinha e desidratado, que, adicionado às massas de farinha de trigo mais fracas, reidrata-se e incorpora-se à massa reforçando a rede de glúten final, facilitando o processo de panificação e melhorando a qualidade do produto panificado (ORTOLAN & STEEL, 2017).
O tempo de endurecimento é um fator importante para avaliar a qualidade dos pães, e acredita-se que a retrogradação do amido é a responsável por este fenômeno (SANCHEZ et al., 2014). Atualmente, vários agentes anti-envelhecimento são usados na panificação industrial, como é o caso de alguns emulsificantes (mono-, diglicerídios, SSL, CSL) e da enzima amilase maltogênica (AM), a qual retarda o endurecimento do miolo causado pela retrogradação do amido (GOMES-RUFFI et al., 2012), pela hidrólise das ligações glicosídicas α-1,4 da amilopectina do amido gelatinizado. Tal hidrólise reduz o peso molecular das moléculas do amido original resultando em uma menor formação de cristais (retrogradação), devido à menor taxa de reaproximação entre as frações de amilopectina, ou entre estas últimas e as proteínas ao longo da vida-de-prateleira dos pães (WHITEHURST & LAW, 2002; GOMES-RUFFI et al., 2012).
As propriedades estruturais da farinha de trigo utilizada nos processos de panificação também podem ser modificadas pela introdução de novas ligações nas proteínas provocadas pela utilização da enzima transglutaminase (TG) (GERRARD, 2002). Esta enzima aumenta o número de ligações cruzadas entre as proteínas formadoras da rede de glúten, ligando aminas (-NH2) presentes
principalmente nos aminoácidos Glutamina e Lisina, aumentando a capacidade de absorção de água e a força da rede proteica (COLLAR & BOLLAÍN, 2004; SANCHEZ et al., 2014), e tem sido usada para a obtenção de produtos de
qualidade superior em uma ampla variedade de alimentos, e crescentemente em produtos derivados do trigo (YOKOYAMA et al., 2004).
Tem se tornado cada vez mais comum o uso de enzimas xilanases (XIL) na fabricação de pães para a hidrólise das arabinoxilanas presentes na farinha de trigo em virtude das modificações que tais polissacarídeos não-amido provocam na reologia, devido à sua alta afinidade pela água, fazendo com que haja um aumento excessivo da viscosidade das massas (GIOIA et al., 2017).
A aplicação das xilanases libera a água aprisionada nas arabinoxilanas, melhorando a maquinabilidade das massas, facilitando os processos produtivos e aumentando sua tolerância à fermentação pelo aumento do relaxamento das mesmas. Estas alterações na massa são refletidas em um maior salto de forno e no maior volume final dos pães obtidos, em virtude da maior extensibilidade conferida à massa por tais enzimas, além de miolo dos pães mais finos e macios, prolongando o shelf-life além do apresentado pelos pães fabricados sem o uso deste tipo de enzima (POPPER, 1997).
Neste trabalho, foram avaliados os efeitos conjuntos das três enzimas escolhidas (amilase maltogênica (AM), transglutaminase (TG) e xilanase bacteriana (XIL)) nas propriedades reológicas de massas de farinha de trigo em farinógrafo, extensógrafo, RVA e Mixolab e na qualidade dos pães-de-forma, incluindo o volume específico, coloração e a evolução da firmeza, da umidade e da atividade de água do miolo avaliados nos 1º, 5º e 9º dias após a fabricação dos pães.
2 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA
2.1 Pão-de-forma
De acordo com a Associação Brasileira das Indústrias de Biscoitos, Massas Alimentícias e Pães & Bolos Industrializados (ABIMAPI), a produção de pães e bolos industrializados no Brasil foi de 437 mil ton em 2017 e 435 mil ton em 2018, o que gerou faturamentos de R$ 5,962 bilhões e R$ 6,092 bilhões, respectivamente. Destes, R$ 5,134 bilhões foram representados exclusivamente pelos pães industrializados em 2017 e R$ 5,216 bilhões em 2018 (ABIMAPI, 2019). Apesar do ligeiro decréscimo de volume produzido de 2017 para 2018, o faturamento aumentou no mesmo período.
Segundo a ABIMAPI, o consumo per capita de pães industriais teve um ligeiro decréscimo de 1,95 kg/habitante em 2017 para 1,92 kg/habitante em 2018 devido à recessão vivida pelo país, e, ainda assim, o mercado de pães industriais no Brasil permanece com previsão de retomada de crescimento para os próximos anos, uma vez que há sinalização de retomada do crescimento do país.
Os pães-de-forma vêm ganhando importância neste contexto frente ao pão francês por manterem-se frescos por mais tempo, evitando que os consumidores tenham que ir todos os dias à padaria ou ao supermercado para comprar pão, indo de encontro à tendência do consumidor na busca por praticidade.
Além disso, os pães-de-forma vêm ganhando versões com diversas opções de sabores, adição de grãos, níveis de gordura, açúcar e fibras, que aliam o prazer de saboreá-los ao cuidado com uma alimentação prática e saudável (ABIMAPI, 2019).
A farinha de trigo é o principal ingrediente na fabricação de pães e entendê-la é sumamente importante para elaborar produtos de boa qualidade. Os mecanismos de ação das enzimas escolhidas para este estudo, e que utilizam os componentes da farinha de trigo como substrato, também serão descritos.
2.2 Farinha de trigo
A farinha de trigo refinada (FTR) é composta principalmente por amido (70-75 %), água (14 %) e proteínas (10-12 %). Outros polissacarídeos não amiláceos (2-3 %), em especial as arabinoxilanas, e lipídios (cerca de 2 %) estão presentes em menores quantidades, porém apresentam grande relevância, principalmente para a produção de pães com qualidade (GOESAERT et al., 2009).
2.2.1 Proteínas da farinha de trigo
As proteínas do trigo, gliadina (uma prolamina) e glutenina (uma glutelina), correspondem a aproximadamente 80 % do conteúdo de proteínas do grão, e são sintetizadas no endosperma do grão de trigo, sendo responsáveis pela formação da rede de glúten ao serem adicionadas à água sob trabalho mecânico. Esta rede formada durante a mistura, propicia à massa de farinha de trigo propriedades como: extensibilidade, elasticidade e capacidade de retenção de gases (HOSENEY & ROGERS, 1990), que impactam diretamente na qualidade dos pães obtidos.
Os grupos de aminoácidos que compõem a gliadina e a glutenina são bastante similares. O que difere entre elas é a sequência e frequência de aparecimento destes aminoácidos: as gliadinas possuem maior incidência de prolina, glutamina, isoleucina e fenilalanina; já as gluteninas, por sua vez, possuem maior incidência de glicina, lisina e triptofano (EWART, 1967, apud ORTOLAN & STEEL, 2017).
Do ponto de vista da indústria de panificação, uma farinha de boa qualidade para pães-de-forma deve possuir uma alta capacidade de absorção de água (59 a 65 %), ter uma alta porcentagem de proteínas (entre 10 e 12 % base seca), que produzam uma rede de glúten bem balanceada e com uma boa tolerância à mistura e à fermentação, possuindo um equilíbrio em relação à elasticidade e à extensibilidade, um tempo de desenvolvimento da massa entre 6 e 8 minutos e uma estabilidade mínima de 7,5 minutos (GUTKOSKI e JACOBSEN NETO, 2002; MAILHOT & PATTON, 1988).
Em outras palavras, as propriedades funcionais da farinha de trigo dependem em grande parte do tipo e da quantidade de gliadina e glutenina que ela contém. Logo, a qualidade da rede de glúten formada depende de diversos fatores que influenciam a qualidade das proteínas que a formam, tais como condições de cultivo da planta e variedade do trigo (ELPIDIO et al., 2005).
As gliadinas são responsáveis pelo aumento de viscosidade da massa e diminuem a elasticidade conferida a ela pelas gluteninas, ou seja, proporcionam extensibilidade à massa. Há vários tipos de gliadinas, as quais diferem entre si pela sequência primária de aminoácidos:
(i) α/β- e γ-gliadinas: ricas em aminoácidos sulfurados, com peso molecular entre 30.000 e 45.000 Da; apresentam baixa incidência de prolina e glutamina, e os resíduos de cisteína formam as pontes dissulfídricas intramoleculares;
(ii) ω-gliadinas: pobres em aminoácidos sulfurados; possuem alta incidência de prolina e glutamina e poucos resíduos de cisteína, o que impede a formação de pontes dissulfídricas; e
(iii) HMW-gliadinas: gliadinas de alto peso molecular (entre 100.000 e 500.000 Da), as quais podem ser até classificadas como gluteninas de baixo peso molecular, apesar de serem solúveis em álcool. Suas cadeias são unidas por pontes dissulfídricas (WIESER, 2007).
Altas concentrações de gliadina na farinha de trigo reduzem o tempo de mistura e causam a redução da estabilidade da massa devido ao enfraquecimento da rede proteica, o que é mais indicado à produção de biscoitos, que requer massas mais fracas, do que à panificação (SONG & ZHENG, 2007).
As gluteninas são responsáveis pela elasticidade da massa, e por isso geralmente estão relacionadas ao volume dos pães. Podem ser classificadas em dois tipos:
(i) LMW-gluteninas: gluteninas de baixo peso molecular (entre 30.000 e 45.000 Da), são sub-classificadas, de acordo com seus deslocamentos na eletroforese em gel de poliacrilamida, em tipos B, C e D. A principal diferença entre estes sub-tipos são o primeiro
resíduo de aminoácido que forma a sequência primária, que podem ser serina, metionina, ou isoleucina, respectivamente; e
(ii) HMW-gluteninas: gluteninas de alto peso molecular, sub-classificadas em 2 tipos: x-HMW-glutenina, de peso molecular entre 83.000 e 88.000 Da, e γ-HMW-glutenina, de peso molecular entre 67.000 e 74.000 Da. Todas estas HMW-gluteninas apresentam teores de resíduos de cisteína muito maiores do que as demais proteínas formadoras de glúten (gliadinas e LMW-gliadinas), os quais promovem a formação de pontes dissulfídricas inter- e intramoleculares com as LMW-gliadinas (DELCOUR et al., 2012).
Desta forma, apesar das HMW-gluteninas estarem presentes em menor quantidade (cerca de 10 %) em relação a todas as proteínas formadoras de glúten na farinha de trigo, elas são cruciais à formação da rede de glúten (WEISER, 2007). As quantidades de gliadina e glutenina presentes na farinha de trigo devem estar proporcionalmente balanceadas a fim de obter-se uma reologia mais apropriada da rede de glúten ao processo de panificação.
2.2.2 Outros componentes da farinha de trigo
As arabinoxilanas (AX), principais polissacarídios não-amido (NSPS) presentes na farinha de trigo, são encontradas em concentrações que variam de 1,5 a 3 %, e, apesar de estarem presentes em tão pequenas quantidades, afetam fortemente as características das massas em virtude de suas propriedades físico-químicas peculiares e grande capacidade de retenção de água (COURTIN & DELCOUR, 2001; NEUMANN, 2012).
Há dois grupos principais de arabinoxilanas, sendo 35 % delas solúveis em água, e o restante são insolúveis (LEGGIO & PICKERSGILL, 1999), e o comportamento físico-químico e as propriedades funcionais de cada um destes tipos de arabinoxilanas são diferentes entre si em termos de capacidade de ligação com as moléculas de água e a habilidade na formação de gel (COURTIN & DELCOUR, 2001).
As arabinoxilanas solúveis em água (WE-AX) são consideradas benéficas para a qualidade e extensão do shelf-life dos pães por contribuírem para a redução do endurecimento do miolo dos pães e a redução da retrogradação do amido (COURTIN & DELCOUR, 2001), ao passo que as arabinoxilanas insolúveis (WU-AX) foram consideradas por Wang et al. (2003) como tendo efeitos negativos sobre os panificados em função dos obstáculos que elas representam ao desenvolvimento da rede de glúten, desestabilizando a formação dos alvéolos da massa.
O amido compreende entre 68 a 75 % da farinha de trigo e o seu comportamento também afeta a qualidade dos pães (MANDARINO, 1994). A gelatinização do amido é um importante fenômeno que ocorre em várias operações durante o processamento de alimentos, especialmente em pães, porque ela proporciona características de textura e estrutura únicas aos produtos-finais (SANCHEZ et al., 2014). Além disso, o amido está intimamente ligado à conservação das propriedades sensoriais (de textura) dos pães ao longo da estocagem, pois, conforme Lai & Lin (2006), são vários os fatores que influenciam o envelhecimento dos panificados ao longo do shelf-life: a retrogradação do amido, principalmente da fração da amilopectina; as interações das proteínas do glúten consigo mesmas e com o amido; e a migração da umidade.
2.2.3 Tratamento de farinhas
O tratamento das farinhas de trigo com aditivos funcionais deve ser considerado, a fim de melhor adaptá-las às necessidades das indústrias que irão processá-las, de forma a compensar possíveis deficiências de qualidade (ROCCIA et al., 2012), ou mesmo como forma de buscar uma constância no padrão das farinhas, diminuindo a necessidade de ajustes nos equipamentos de processo e minimizando os tempos de parada para set-up das máquinas, o que reduz custos de produção, já que aumenta a eficiência dos processos produtivos.
Para a realização do tratamento adequado de uma determinada farinha, deve-se levar em consideração qual será a sua aplicação específica, bem como observar as características dos seus principais componentes.
2.3 Enzimas em panificação
Enzimas são proteínas dotadas de funções especiais, capazes de promover a ocorrência de reações químicas de forma mais rápida e sob condições brandas de energia do que na ausência destes biocatalisadores. São altamente específicas, ou seja, cada tipo de enzima age somente sobre um determinado substrato, com o qual a enzima tem a capacidade de ligar-se temporariamente em um local determinado de sua estrutura, denominado sítio ativo, e realizar a catálise ou outras reações (GALLO, 2019).
Imediatamente após a ação enzimática, os produtos da reação abandonam o sítio ativo, e a enzima permanece intacta, pronta para promover novas reações no seu substrato específico (GALLO, 2019). A atividade enzimática continua acontecendo sempre que a mesma encontrar-se em meio aquoso, enquanto houver disponibilidade de substrato, e enquanto o pH e a temperatura do meio forem favoráveis àquela enzima específica.
Com o avanço das tecnologias envolvidas na produção de pães, tem sido possível reduzir, e até mesmo substituir completamente, as quantidades de alguns macro-ingredientes utilizados nas formulações, como é o caso da redução (ou substituição) da adição de grandes quantidades (quilos) de gordura na massa dos pães, pela adição de menores quantidades (gramas) de emulsificantes, conseguindo os mesmos efeitos de plasticidade na massa e boa estrutura de miolo, além de volume e maciez nos pães obtidos (NEUMANN, 2012).
Já os emulsificantes, por sua vez, têm sido substituídos, integral ou parcialmente, por doses muito menores (ppm) de enzimas lipases, fosfolipases e glicolipases, por exemplo, as quais produzem emulsificantes in loco a partir dos lipídios da própria farinha de trigo, permitindo a obtenção de pães com baixíssimos teores de gordura, mais saudáveis, e praticamente com as mesmas propriedades sensoriais do que os pães com os níveis de gordura originais (NEUMANN, 2012).
As enzimas mais tradicionalmente utilizadas em panificação são a alfa-amilase fúngica, a xilanase fúngica e a glucose-oxidase, cada uma delas com uma determinada função:
(i) A alfa-amilase fúngica contribui para a diminuição do tempo de fermentação da massa, hidrolisando ligações α-1,4 dos grânulos de amido danificados da farinha de trigo e produzindo dextrinas, que vão sendo hidrolisadas até moléculas de maltose pelas β-amilases endógenas da farinha, e estas serão hidrolisadas a moléculas de glucose pela enzima maltase do próprio fermento biológico. A glucose gerada é metabolizada pelas células do fermento, produzindo CO2 e etanol dentro da massa durante a
etapa de fermentação. Os gases gerados pelo fermento e aprisionados pela rede de glúten expandem-se durante as etapas de fermentação e forneamento proporcionando o aumento do volume dos pães. Além disto, os açúcares redutores de baixo peso molecular gerados reagem com proteínas da massa durante o forneamento produzindo a coloração e o sabor característicos dos pães na conhecida Reação de Maillard (GIOIA et al., 2017).
(ii) A xilanase fúngica hidrolisa as arabinoxilanas solúveis da farinha de trigo, liberando a água absorvida por estes polissacarídeos não-amido (NSPS). Esta liberação de água é muito importante para o desenvolvimento da massa, uma vez que melhora a formação da rede de glúten, diminui sua viscosidade e aumenta sua tolerância ao processo de panificação, permitindo um importante aumento no volume dos pães, devido ao aumento da extensibilidade da massa e relaxamento da rede de glúten. Além disso, a maior disponibilidade de água permite uma maior ação enzimática e maior atividade do fermento, que, em última análise, produz pães mais macios e miolo com maior número de alvéolos (GIOIA et al., 2017).
(iii) A glucose-oxidase é uma enzima que promove a reação da glucose, oriunda da hidrólise do amido, com o oxigênio aprisionado na massa, produzindo gluconolactona, e gerando peróxido de hidrogênio (H2O2) residual, o qual funciona como oxidante dos
grupos tiol (-SH) das proteínas da farinha de trigo e promove a formação das pontes dissulfídricas (-S-S-), as quais reforçam a
rede de glúten. Os pães obtidos apresentam melhor estrutura de miolo e maior volume do que na ausência desta enzima (GIOIA et
al., 2017).
As enzimas exercem influência na qualidade dos panificados e também na maneira como ocorre o envelhecimento dos pães durante sua estocagem. As enzimas mencionadas acima são as mais comumente utilizadas na panificação atual. Dentre as enzimas tratadas no presente estudo, amilase maltogênica (AM), transglutaminase (TG) e xilanase bacteriana (XIL), as duas últimas ainda não têm sido tão exploradas na panificação brasileira atual, e isso justifica o cuidado e o nível de detalhe com que serão tratadas ao longo deste trabalho.
2.4 Amilase maltogênica
As principais enzimas utilizadas em produtos de panificação industrial são as amilases e, dentre elas, a amilase maltogênica (AM) vem adquirindo importância cada vez maior, paralelamente ao uso da alfa-amilase fúngica (enzima básica utilizada em panificação). Enquanto esta última atua nos grânulos de amido danificado, hidrolisando ligações glicosídicas α-1,4 da amilose e da amilopectina, produzindo dextrinas e facilitando a ação da β-amilase endógena para liberação de substrato para o fermento, a β-amilase maltogênica atua sobre o amido gelatinizado, hidrolisando ligações glicosídicas
α-1,4 da amilopectina, das maltodextrinas, dos oligossacarídeos e das
maltotrioses produzindo principalmente maltose (WHITEHURST & LAW, 2002). A sua ação diminui a velocidade de envelhecimento e endurecimento dos pães embalados, uma vez que as moléculas finais são bastante menores do que as cadeias originais, reduzindo sua velocidade de realinhamento, com posterior recristalização e perda de água. Logo, a amilase maltogênica vem sendo utilizada em panificação como um agente anti-envelhecimento (anti-staling) (MÄKINEN & ARENDT, 2012).
Conforme observado por Gomes-Ruffi et al. (2012), a amilase maltogênica reduziu a firmeza do miolo dos pães possivelmente pela menor velocidade de formação de cristais de amido (retrogradação), o que foi atribuído à redução do
peso molecular das moléculas do amido. Esse fenômeno pode ser explicado devido à menor taxa de reaproximação entre as moléculas da hidrólise do amido, ou entre estas últimas e as proteínas.
Segundo Gerrard et al. (1997), a utilização de amilase maltogênica não produziu alterações nas propriedades reológicas da massa devido à sua baixa atividade às temperaturas de mistura, as quais são inferiores a 35 oC. A maior
atividade desta enzima acontece na faixa de temperatura na qual ocorre a gelatinização do amido durante o forneamento dos pães, período suficiente para a hidrólise das ligações glicosídicas do amido gelatinizado. A inativação desta enzima pelas altas temperaturas ocorre ao longo do forneamento, e assim a hidrólise do amido produz baixas quantidades de dextrinas solúveis.
Sua inativação no forno é muito importante, pois a excessiva ação da amilase maltogênica pode causar gomosidade e buracos no miolo dos pães. Por este motivo, foi introduzido o código genético do Bacillus stearothermophilus em células de Bacillus subtilis, de forma que a enzima utilizada neste estudo é inativada aos 82 oC, o que representou grande salto de qualidade aos pães,
viabilizando o uso desta enzima bacteriana, pois a enzima original não era inativada pelo forneamento tradicional (AB ENZYMES, 2016). Ao ser inativada aos 82 oC, evita-se a continuidade de sua atividade após o assamento dos pães.
Leman et al. (2005) classificaram a enzima AM como possuidora de termoestabilidade intermediária, pois constataram que ela manteve 76% de sua atividade após um período de incubação de 5 minutos a 80 oC, mas foram
inativadas após 5 minutos a 100 oC.
Logo após o forneamento dos pães, ao iniciar-se o seu resfriamento, inicia-se o fenômeno conhecido como staling, ou envelhecimento, durante o qual ocorrem algumas alterações em suas características, tais como alterações de textura, alterações de sabor, ressecamento, todas elas relacionadas à perda de umidade e frescor, causadas, principalmente, pela retrogradação do amido. A amilase maltogênica é a única enzima capaz de produzir significativa maciez nos pães, e também a única capaz de manter o alto nível de elasticidade do miolo durante o shelf-life, sem afetar a sua estrutura e o volume dos pães obtidos (SI & DROST-LUSTENBERGER, 2001).
Para os pães-de-forma industriais é crucial que se retarde ao máximo seu envelhecimento, a fim de evitar a precoce diminuição da aceitação dos produtos pelos consumidores (BECHTEL et al., 1953, apud SEHN, 2015).
2.5 Transglutaminase
A transglutaminase (TG) é uma enzima do tipo -glutamil transferase, amplamente encontrada entre mamíferos, plantas, peixes e micro-organismos, e tem a capacidade de catalisar a reação entre um grupo -amino periférico no aminoácido lisina e um grupo -carboxiamida periférico do aminoácido glutamina, promovendo a formação de ligações covalentes cruzadas entre as proteínas da farinha de trigo (FOLK & CHUNG, 1973; YOKOYAMA, NIO & KIKUCHI, 2004), as quais não afetam somente as características bioquímicas da massa, mas também suas propriedades reológicas (AUTIO et al., 2005; KÖKSEL, SIVRI, NG & STEFFE, 2001; BASMAN et al., 2002). Um exemplo de reação promovida pela TG entre as aminas (-NH2) da glutamina e da lisina é
apresentado na Figura 1.
Figura 1. Esquema da reação catalisada pela enzima transglutaminase (adaptado de
NEUMANN, 2012).
A TG, isoladamente, bem como em conjunto com a adição de glúten vital de trigo, tem sido utilizada com sucesso para melhorar as propriedades dos alimentos, inclusive em substratos diferentes da farinha de trigo tradicional, como trigo sarraceno, farinha de arroz e farinha de soja, devido à capacidade de promover a formação de complexos proteicos (HAN et al., 2013).
Esta acil-transferase promove a formação de polímeros homólogos e heterólogos entre as proteínas do trigo, arroz, soja, caseína, aveia e trigo sarraceno (HAN et al., 2005; TANG et al., 2006; RENZETTI et al., 2008a), provocando um aumento na elasticidade da massa, gerando diferentes características de textura nos alimentos resultantes (HAN et al., 2013).
Han et al. (2013) perceberam ainda uma redução na absorção de água pela farinha de trigo conforme aumentavam a dosagem de TG nas amostras testadas. Este fenômeno foi atribuído às reações catalisadas pela TG, que introduziram novos grupos funcionais e que causaram alterações na estrutura, carga elétrica e hidrofobicidade das proteínas do trigo, produzindo grandes moléculas de polímeros insolúveis (CABALLERO et al., 2007a), gerando um aumento nos tempos de desenvolvimento e estabilidade da massa, e acarretando um aumento em sua elasticidade (BASMAN et al., 2002) e tolerância aos processos industriais de panificação.
Conforme apontado por Caballero et al. (2007a), o efeito significativo da TG sobre a força da massa pode ser explicado pela ação desta enzima, principalmente, sobre as gluteninas de alto peso molecular, e também, de forma menos intensa, sobre as gluteninas de baixo peso molecular, sobre as α-gliadinas, ou até sobre as albuminas e globulinas solúveis em água, as quais também são percebidas como substrato pela TG.
Sanchez et al. (2014) observaram que a TG influenciou significativamente a força da massa (W) no processo de panificação. Basman et al. (2002) citam que o uso de TG possibilitou transformar um glúten fraco em um glúten forte, em virtude dos efeitos desta enzima sobre o comportamento reológico da massa, devido ao aumento de sua elasticidade, com efeitos similares aos do uso de oxidantes na panificação.
2.6 Xilanase bacteriana
As xilanases são enzimas da classe das hidrolases, que agem sobre as arabinoxilanas (AXs) da farinha, alterando sua capacidade de gelificação. Tais AXs compõem as paredes celulares das células do endosperma do grão de trigo e consistem em um longo arranjo linear de xiloses com algumas moléculas de
arabinose ligadas à cadeia linear principal. As AXs podem ser separadas em dois grupos: arabinoxilanas solúveis em água (WE-AXs) e arabinoxilanas insolúveis em água (WU-AXs), cada tipo com suas próprias características físico-químicas (COURTIN & DELCOUR, 2001).
As WE-AXs são fracamente ligadas à superfície das paredes celulares do endosperma do grão, e caracterizam-se pela propriedade de gelificarem na presença de oxidantes, aumentando a viscosidade da massa de farinha de trigo (COURTIN & DELCOUR, 2001), e, com isso, aumentando a sua capacidade de retenção dos gases gerados na fermentação.
Já as WU-AXs são componentes estruturais das paredes celulares, estando ligadas às outras AXs, proteínas, celuloses e ligninas, todos componentes das paredes celulares, através de ligações covalentes e não-covalentes, apresentando alta capacidade de retenção de água (COURTIN & DELCOUR, 2001).
Na Figura 2, está apresentada a capacidade de absorção de água pelos principais componentes da farinha de trigo.
Figura 2. Composição centesimal da farinha de trigo e hidratação da massa (adaptado
de NEUMANN, 2012).
Como pode ser percebido na Figura 2, uma pequena quantidade de Axs é capaz de absorver até 8 vezes o seu próprio peso em água. Assim, se tais AXs não forem adequadamente tratadas enzimaticamente durante o processamento
Análise Centesimal da Farinha
Absorção de Água na Massa
Água 15% Arabinoxilanas 3% Amido 68% Proteínas 11% Cinzas 1% Proteínas Arabinoxilanas 23% Amido 50% Lipídeos 1%
da massa, a água adicionada à farinha de trigo fica aprisionada nestas estruturas altamente hidrofílicas, causando uma escassez de água para a formação da rede de glúten, para as reações enzimáticas, para a atividade do fermento e para o processo de gelatinização do amido, compromentendo a qualidade final dos pães (NEUMANN, 2012).
Segundo Moers et al. (2005), há dois tipos básicos de xilanases que diferem em relação à sua origem e especificidade de substrato:
• as xilanases fúngicas, extraídas de Aspergillus spp., endo-xilanases que hidrolisam preferencialmente WE-AXs, que promovem a aglomeração do glúten; e
• as xilanases bacterianas, extraídas de Bacillus subtilis, são endo-xilanases que reduzem o grau de polimerização das WE-AXs, liberam água e diminuem a viscosidade da massa, reduzindo sua capacidade de gelificação. Também atuam solubilizando WU-AXs, resultando em uma diminuição da capacidade de retenção de água por estas estruturas (COURTIN & DELCOUR, 2001). A água liberada é redistribuída para os outros componentes da massa, principalmente para o glúten, aumentando sua extensibilidade (POPPER, 1997). Estes efeitos melhoram o volume dos pães pelo relaxamento da massa e diminuição de sua viscosidade, facilitando a expansão dos gases durante o assamento.
No presente estudo, utilizamos uma xilanase bacteriana (XIL) produzida por Bacillus subtilis.
2.7 Propriedades reológicas da farinha de trigo
Nas indústrias alimentícias da cadeia do trigo (moinhos, biscoitarias e panificadoras industriais), diversos equipamentos são utilizados para medir as propriedades reológicas das massas obtidas a partir de farinha de trigo, dentre os quais o farinógrafo, o extensógrafo e o alveógrafo são os mais comumente utilizados, por gerarem dados úteis na avaliação do desempenho das matérias-primas durante o seu processamento, e para o controle de qualidade dos produtos-finais (DOBRASZCZYK, 1997).
O farinógrafo Brabender é basicamente um misturador de massa, que mede e registra a resistência de uma massa de farinha de trigo e água ao longo do tempo durante um processo de mistura, e estabelece alguns importantes parâmetros relativos às propriedades da farinha de trigo durante sua transformação em massa, tais como a absorção de água (ABS) (quantidade de água requerida para que a massa atinja a consistência ótima para a atividade de panificação), o tempo de desenvolvimento da massa (TDM) (tempo requerido para que a massa atinja seu ponto ótimo de consistência) e estabilidade (EST) (tempo total de permanência da massa na faixa de consistência adequada à atividade de panificação) (MONTENEGRO & ORMENESE, 2007).
O extensógrafo Brabender avalia o equilíbrio entre a elasticidade e a extensibilidade, propriedades viscoeláticas da massa de farinha de trigo. A resistência da massa à extensão em uma velocidade constante é medida e registrada. Tais medidas são realizadas após diferentes períodos de descanso da massa, possibilitando avaliar qual a influência dos tempos de descanso, bem como do uso de aditivos e coadjuvantes de ação mais lenta sobre a performance da farinha nos processos de panificação (MONTENEGRO & ORMENESE, 2007).
Para a avaliação do amido, ou da fração amilácea de farinhas (incluindo a farinha de trigo), existem também o viscoamilógrafo e o Rapid Visco Analyser (RVA), o qual é um medidor rápido de viscosidade de suspensões de amido ou farinha de trigo em água submetidas a um ciclo de aumento, estabilização e redução de temperatura, sob agitação controlada e constante, e cujos resultados indicam as propriedades de gelatinização, estabilidade ao calor sob agitação e gelificação do sistema testado (PERTEN INSTRUMENTS, 2016; CHOPIN TECHNOLOGIES, 2012).
Além dos equipamentos tradicionais de análises reológicas citados acima, podemos incluir também o Mixolab, da Chopin, que mede as propriedades reológicas de massas sujeitas à ação de um trabalho de mistura e, simultaneamente, de um ciclo de mudanças de temperaturas. As medidas correspondem ao torque (em Nm) produzido pela massa ao ser forçada entre dois braços de agitação (CHOPIN TECHNOLOGIES, 2012).
A seguir estão resumidos os principais aspectos sobre os equipamentos de análises reológicas utilizados no presente estudo para avaliar as características das massas formadas a partir de farinha de trigo.
2.7.1 Farinografia
As análises farinográficas são utilizadas para a caracterização de massas de farinha de trigo, gerando um gráfico ilustrado na Figura 3, do qual são retirados os seguintes parâmetros:
Figura 3. Curva característica gerada em uma análise farinográfica, com indicação dos
pontos de leitura dos principais parâmetros: 1. Tempo de Chegada; 2. Tempo de Pico; 3. ITM (Índice de Tolerância à Mistura); 4. Tempo de Saída; 5. Estabilidade (adaptado de Rivera, 2004).
1. Tempo de Chegada (Absorção de água): quantidade de água requerida (g/100g) para que a massa atinja a consistência ótima de 500 BU, que representa a proporção correta entre água e farinha ideais para os processos de panificação, gerando produtos com o desejado sabor e textura. A absorção deve ser corrigida para a base de 14 %. 2. Tempo de Pico: tempo em minutos necessário para que o topo da
banda alcance a seu ponto máximo, que indica o ponto de viscosidade máxima da massa, imediatamente antes da rede de glúten começar a enfraquecer.
3. Índice de Tolerância à Mistura (ITM): diferença em Unidades Brabender (BU) entre a medida da viscosidade no tempo de pico e após cinco minutos. Quanto maior o índice menor a tolerância da farinha à mistura, pois maior o enfraquecimento da massa pelo excesso de batimento.
4. Tempo de Saída: tempo em minutos relativo ao ponto no qual o topo da curva passa para baixo da linha dos 500 BU. A partir deste ponto, o glúten está sendo enfraquecido e a massa passa a ser considerada excessivamente batida.
5. Estabilidade: diferença em minutos entre o tempo de chegada e o tempo de saída. Corresponde ao tempo total de residência da massa acima da curva de 500 BU. Indica a força da farinha, tendo uma correlação entre a quantidade de glúten que a farinha possui, e quão forte ele é (AACCI, 2010).
2.7.2 Extensografia
Os ensaios no extensógrafo são utilizados para medir a resistência (R) e a extensibilidade (E) da massa obtida de uma determinada farinha de trigo em relação a uma extensão unidimensional (com um gancho), após 3 diferentes períodos de descanso (45, 90 e 135 minutos), dando informações sobre a tolerância desta massa ao processo de fermentação utilizado na fabricação de pães. O gráfico típico gerado por uma análise extensográfica está apresentado na Figura 4.
Figura 4. Ilustração do gráfico gerado em um ensaio extensográfico, com indicação das
variáveis medidas (BRABENDER, 2018).
2.7.2 Rapid Visco Analyser (RVA)
No RVA, uma suspensão de farinha de trigo em água é submetida a um ciclo de aumento e diminuição de temperatura sob agitação vigorosa, e a viscosidade da mistura é medida e registrada em gráfico, gerando dados importantes sobre o comportamento da viscosidade da mistura, que traduzem o desenvolvimento da gelatinização do amido. No caso, a faixa de gelatinização do amido do trigo inicia-se aos 52 oC e vai até os 62 oC (MANDARINO, 1994).
Conforme Copeland et al. (2009), os principais parâmetros gerados pelo RVA e que devem ser interpretados são:
(i) temperatura de pasta: indica a temperatura na qual inicia-se a gelatinização dos grânulos de amido;
(ii) viscosidade máxima: maior viscosidade atingida durante o ciclo de aquecimento, imediatamente anterior à diminuição da viscosidade da mistura devido à ruptura dos grânulos de amido;
(iii) viscosidade mínima (trough viscosity): menor viscosidade atingida durante o ciclo de aquecimento a 95 oC, que indica o ponto de
maior dissolução dos componentes do amido; segundo Mandarino (1994), é o ponto no qual ocorreu a máxima ruptura dos grânulos de amido, e todas as moléculas de amilose estão em suspensão no meio;
(iv) viscosidade final: valor atingido pela viscosidade ao final do período de resfriamento a 50 oC;
(v) quebra de viscosidade, ou breakdown: diferença entre as viscosidades máxima e mínimas do ciclo de aquecimento;
(vi) tendência à retrogradação, ou setback: diferença entre a viscosidade final do resfriamento e a viscosidade mínima durante o aquecimento a 95 oC, representa a maior ou menor tendência das
cadeias de amilose e amilopectina ordenarem-se e recristalizarem-se; quanto menor o setback, menor a tendência à retrogradação; (vii) peak time: tempo decorrido entre o início da análise e o momento
em que a viscosidade máxima é alcançada.
Estes parâmetros de resposta podem evidenciar diferenças sutis entre as propriedades físico-químicas de amostras de amidos ou farinhas, as quais podem não ser percebidas pelas análises tradicionais (COPELAND et al., 2009). As variáveis de resposta do RVA estão apresentadas graficamente na Figura 5.
Figura 5. Curva característica obtida em uma análise de Rapid Visco Analyser (RVA),
mostrando os pontos de leituras das principais variáveis resultantes (RUTZ, 2012).
Na Figura 6, está apresentada a evolução dos grânulos de amido ao longo do ciclo de aquecimento e resfriamento que ocorre no RVA.
