efeito do processamento térmico nas características dos alimentos 2011

Efeito do processamento térmico nas características dos alimentos

Keysuke MuramatsuCuritiba - 2011

Etapas no processamento de rações: moagem, peletização e expansão

Moagem

Bigliani - 2007

Ingredientes com 10-14% de umidade são fragmentados o que

favorece:

-aumento da superfície de contato com o vapor (> Absorção de água, >

temperatura, > gelatinização)

-ruptura de alguns grânulos de amido que passam ser consideradas

“danificadas”

Moinho

Koch - 2002Koch - 2002

Processo de peletização

Prensa Peletizadora-Matriz da prensaRolo da prensa

Cutlip et al. (2008)


Lara (200-)Fonte: OPERAÇÃO DE MATRIZES E CAPAS DE ROLO – 2005

Fonte: BEHNKE - 2005

Fonte: LOWE - 2005


Dados próprios (fotos Europa)- 2011Dados próprios (fotos Europa)- 2011

•Condicionamento para peletização = cerca de 3-5% de adição de umidade


Stark e Ferket – S.D.

Stark e Ferket – S.D.

Adaptado de Kahl home page - Prestløkken, Felleskjøpet Fôrutvikling – 199-

Expansão

Expansão

Adaptado de Kahl home page - Prestløkken, Felleskjøpet Fôrutvikling – 199-

•Condicionador + expander = cerca de 4-6%

Processamento Térmico e desempenho animal

Kidd et al - 2005

Broiler finisher diet of the following composition (in g/kg): maize meal (600), wheat meal (110), soybean meal (170), sunflower meal (20),meat-and-bone meal (50), torula yeast (30), supplementary premix (10), mineral premix (8), and sodium chloride (2). The mixture contained949.6 g of organic matter, 216.2 g crude protein, 41.5 g crude fat, 26.6 g crude fibre, 665.3 g nitrogen-free extract and 20.750 MJ gross energyper 1 kg dry matter.

Zelenka- 2003

Não melhorou

digest. ENN

O amido estaria aqui...

Moritz et al - 2005

Os aumentos na EM foram devido a melhora na digestibilidade de qual

porção?

Não foram publicado dados adicionais sobre ensaio de

digestibilidade

Temperatura, umidade e pressão x Características dos alimentos

De acordo com Serrano (S.D.) as seguintes alterações podem ocorrer nos

nutrientes durante o processamento de alimentos:

Proteína

•A proteína sofre desnaturação qdo submetida ao calor ou atrito

•Como consequência pode ocorrer insolubilização e inativação dessas proteínas (Urease,

Anti-Tripsina)

•Reações de Maillard

Lipidios

•Reações de oxidação e hidrogenação

•Processos onde existem forças de atrito consideráveis (extrusão) podem romper as

estruturas celulares facilitando o acesso das enzimas digestivas

Fibra dietética

•Maior solubilização das fibras insolúveis com o processamento térmico.

Amido

•Gelatinização, Retrogradação.

Snyder – s.d.

No endosperma córneo e periférico os granulos de amido estão

envolvidos por uma matriz protéica (prolamina – zeína - e gluteínas)

Características do amido

Pericarpo

Endosperma periférico

Endosperma córneo

Secção do endospermaAumento de 200 x

Endosperma córneo Aumento de 1000 x

Aleurona

Grânulo de amido

Cavidadade do amido

Adaptado de Rooney e Pflugfelder - 1986


Endosperma córneoAumento de 2000 x

Matriz protéica Corpúsculo

protéico

Grânulo de amido

Endosperma farináceo - < protn.Aumento de 4000 x

Adaptado de Rooney e Pflugfelder - 1986

P arametro s Flint Dent Semi-dent Farináceo

EspecieZea mays

indurata

Zea mays

indenata

Zea mays

amylacea

Coramarelo ou

vermelha

branca ou

amarelaintermediário branca

Caracter.

endosperma duro

ocupa grande

parte (72%), parte

farinácea reduzida

endosperma

duro (51%) nos

lados e farináceo,

no centro do grão.

Características

intermediárias

endosperma

farináceo

Estrutura

Foto

E. vitreo

E. amilaceoEmbrião


22

A-Amilose linear chain: α 1-4 linkagesB-Amilopectin: ramified structureC-Amilopectin: α 1-4 and α 1-6 linkages

http://www.life.uiuc.edu/ib/420/syllabus/exams/images/starch.GIF


Região Cristalina = parte linear das moléculas de amilopectina forma estruturas helicoidais duplas, estabilizadas por pontes de hidrogênio entre hidroxila.

Região amorfa = cadeias de amilose e pelas ramificações da amilopectina

Averous- 2007


Ataque enzimático no grânulo se inicia na zona

amorfa

Starches - 2009

milho

trigo

Cruz de malta ou Cruz de Nicols –resultante da birrefringência.

É uma característica de estruturas esfero-cristalinas e com organização molecular

Por isso apresentam uma resistência a entrada de água e ação enzimática


Fannon et al. - 2004

Os canais conectam a cavidade internado grânulo de amido ao meio externo.

Grânulos de amidos de diferentesvegetais podem não apresentar essescanais (ex. batata). Fanon et al. 2004


Como facilitam a comunicação entre omeio interno e externo do grânulo eaumenta portanto a sup. de contato,influenciam a digestibilidade ou agelatinização do amido?

Starch Species Granule Size Range (µm) Average size (µm)

Waxy Rice 2 - 13 5.5 High Amylose Corn 4 - 22 9.8 Corn 5 - 25 14.3 Sorghum 3 - 27 16 Wheat 3 - 34 6.5, 19.5 Potato 10 - 70 36

Dimensões dos grânulos de amido nas diferentes espécies vegetais

Satin - 2009

Starch Source % Amylose

Waxy Rice 0 High Amylose Corn 70 Corn 28 Waxy Sorghum 0 Wheat 26 Potato 20

Percentual de amilose no amido de diferentes espécies

Satin - 2009


Cereais tipo waxy:

•> amilopectina,

•< espessura do invólucro protéico


Temperaturas de gelatinização do amido de diferentes plantas

Lauriston - 1996

Amido Temperatura de gelatinização ºC

Milho 70-75 Sorgo 70-75 Arroz 68-75 Trigo 52-54 Cevada 61-62 Batata 56-69

Altas temperaturas ambientais no momento de enchimento do grão afetam

a síntese de amido (Tester - 1991):

•maior relação endosperma protéico:amido,

•grânulos menores,

•maior qtde de amilose


Etapas no processo de gelatinização do amido Xie et al - 2006

Fase 1- Absorção lenta e reversível de umidade pelo grânulo de amido. Osgrânulos ainda mantém a birrefringência sob luz polarizada

Fase 2- Os grânulos continuam a absorver água e quando submetidos a umaquecimento inicia-se o rompimento das interações intermoleculares. Quebra daspontes de hidrogênio entre as duplas hélices, desorganização da zona cristalina

Fase 3 – Maior entrada de água, inchamento do grão, a água se liga aos gruposhidroxila e o grânulo fica susceptível a ruptura pelo atrito.

Fase 4 – Rompimento da dupla hélice de amilopectina, fusão dos cristais,rompimento dos grânulos com extravasamento da amilose

Temperatura de 30ºC Pouca mudança nos grânulos de amido de milho

Starch - 2009

Temperatura de 40ºC Início da absorção de água pelos grânulos de amido

Starch - 2009

Temperatura de 50ºC Ruptura das pontes de hidrogênio presentes entre as moléculas de amido e maior absorção de água pelo grânulo.

O processo de gelatinização se inicia na zona amorfa e vai gradativamente

se expandindo para a zona cristalina.

Qdo não existe água livre suficiente, a desestruturação da área cristalina é

menor e ocorre uma fusão do amido

Starch - 2009

Temperatura de 60-70ºC> Absorção de água, > extravasamento de amilose (> digest)Gelatinização de amido começa a ocorrer

Temperatura de 60ºC Absorção de água pelo grânulo continua ficando susceptível ao atrito

Temperatura de 70-90ºC

Perda da birrefringência, maior viscosidade, maior suscetibilidade a ação enzimática. “Implosão” do grânulo.

Starch - 2009

•Secagem Natural = secagem de grãos a 23% de UM por 3 dias sob o sol até 13% UM

•Os demais TTMs = secagem em estufa com ventilação forçada a 80, 90 or 100 °C por 24 h

Adaptado de Bhuiyan et al. (2010)

Efeito da Secagem de grãos

Abdollahi– 2010

A retrogradação (formação do amido resistente) ocorre quando as moléculas de

amido gelatinizado começam a se reassociar formando uma estrutura organizada

(Uribe et al. 2004). Na produção de rações ocorre quando existe um resfriamento da

massa.

Efeito do condicionamento e peletização sobre o amido

Moritz et al - 2005

Accordingly, all corn was ground through a hammer mill using a 1.59 mm (4/64 in.) screen prior to anyprocessing. Corn used for pelleting was steam conditioned using a short-term conditioner [0.31 × 0.91 m (1 ×3 ft), 10 s retention time] set at a constant temperature of 65.6°C . Higher conditioning temperatures wereavoided to prevent pellet mill roll slippage or die blockage or both. Pellets were formed using a Californiapellet mill [14] with a 4.76 × 31.75 mm (3/16 × 1.25 in.) die. Postpelleted corn was cooled for 10 min in avertical cooler using forced ambient air.

Efeito do processamento sobre o amido

Weurding et al - 2001

Valores altos de digestibilidade ileal

do amido encontrados neste

trabalho...

Quase igual a digestibilidade fecal

Se considerar esses valores, para aves haveria ganhos de

digestibilidade com gelatinização do

amido?

Necessidade de pesquisa...

Peisker - 1996


Adaptado de Mateos et al.- 2005

Independente do coeficiente de digestibilidade do amido, um trabalho demonstra ganhos com o

processamento térmico do amido de milho para aves.Duvida: será que o TTM térmico não favoreceu a

fermentação cecal... Ou em aves jovens a flora cecalnão estava tão desenvolvida para digerir o amido cru?


Abdollahi– 2010 A temperatura no sorgo piorou a digestibilidade de compostos nitrogenados e amido

Efeito do processamento sobre amido e compostos nitrogenados

Efeito da processamento sobre amido e compostos

nitrogenados

Durante a tostagem e extrusão, pode ocorrer a ruptura de ligações covalente e pontes

dissulfeto resultando em desnaturação de proteínas. Isso aumenta a acessibilidade de

enzimas para catálise. Por outro lado o super processamento pode reduzir o valor

biológico da proteína pela formação de reações de Maillard (Marsman, 1997).

Veloso et al. (2005)

Reação de Maillard

Temperatura e Umidade Altas → grupo amino livre, grupos amino epsilon de lisinaligada a proteínas, grupos amino da tiamina, folacina, etc = Vulneráveis a Reação deMaillardDestruição da lisina pela reação de Maillard é cerca de 5 a 15 vezes maior do que osdemais aminoácidos e por isso é usada como um indicador da reação

Produtos Primários da Reação de Maillard: conhecidos como bases de Schiff oucompostos de AmadoriN- (1-deoxy-D-fructosyl) lisinaN- (1-deoxy-D-lactulosyl) lisinaSão compostos são desaminados pela microflora intestinal e não estão disponíveis paramamíferos e aves (0-15% de biodisponibilidade da lisina) - Rutherfurd, 2007

Produtos secundários da Reação de Maillard (melanoidins – coloração marrom)surgem na estocagem de produtos processados e ocorrem em situações normais dearmazenamento e de criação de animais, porém aumentam quando submetidos aocalor, umidade alta (velocidade máxima a 40-70% de UM), alcalinidade (linear entre pH3 a 8)

•“Exposure of a pig starter diet for one week in a hot nursery environment reducedlysine bioavailability by about 12% “ (Mavromichalis et al., 2000).

Durante a análise de aminoácidos via HPLC, as ligações peptídicas são

hidrolisada pelo aquecimento da proteína em solução concentrada de ácido (6

M-HCl) a 110ºC por 24 h.

Como os produtos primários da reação de Maillard são revertidos de volta a

lisina, esse procedimento não é interessante para quantificar a lisina “intacta”

Rutherfurd, 2007

Para isso existe a guanidinação ou método da Homoarginina.

A lisina reage com a metil-lis-uréia para produzir a homoarginina que é estável a

ácidos. Assim é possível quantificar a lisina “intacta” ou reativa.

Assim a Guanidinação deve ser feita antes da hidrólise ácida de forma que toda a

lisina reativa seja transformada em homoarginina (os produtos primários da reção

de Maillard não reagem com a metil-lis-uréia). A guanidinação ocorre na presença

concentrada de metil-lis-uréia e alto pH e leva vários dias.

Durante a hidrólise ácida alguns compostos de Maillard primários revertem de volta

a lisina e compostos inespecíficos.

Após a hidrólise ácida quantifica-se a homoarginina a qual representa a lisina

intacta ou reativa.

Rutherfurd, 2007

Thomas et al. (1997)

A desnaturação de proteínas requer água e calor (Smith and Circle 1978). Isto é

demosntrado acima: o alto conteúdo de água e o aumento na quantidade de vapor

adicionada promovem a perda na dispersibilidade e solubilidade protéica.

Efeito da processamento sobre compostos nitrogenados

Batal et al. (2000)

Efeito da processamento sobre compostos nitrogenados

Efeito do processamento sobre compostos nitrogenados

Adaptado de Parson (S.D.)

Freitas et al. (2005)

Efeito processamento sobre extrato etéreo

Lipidios

•Processos onde existem forças de atrito consideráveis (extrusão) podem

romper as estruturas celulares facilitando o acesso das enzimas digestivas

•Melhoria da digestibilidade de componentes intracelulares tais como

lipídios


Mateos e Grobas et al. (1993)

Estes dados demonstram a efetividade do tratamento térmico a 97°C da

farinha de milheto na inativação de enzimas (lipase, etc) o que reduz a

ocorrência de hidrólise dos lipídios.

Bookwalter et al. (1987)


Em outros momentos a exposição do lipídio (ruptura celular) e o calor

podem propiciar a formação de peróxidos.

De acordo com Borges (2000), o tratamento térmico produz as

seguintes alterações na fibra:

A extrusão modifica a proporção de fibra insoluvel e soluvel da dieta, aumentando

a quantidade dessa última.

Essa modificação leva a dois efeitos importantes. Os nutrientes encapsulados pela

fibra insolúvel tornam-se disponíveis com um consequente aumento da

digestibilidade da matéria seca e, a própria fibra torna-se mais digestível no colón e

ceco dos animais. Porém aumenta a viscosidade da digesta (< digestibilidade)

BJORCK et al. (1984) apud BORGES (2000) estudaram os efeitos da extrusão no

conteúdo de fibra dietética e na degradação intestinal de subprodutos do trigo. Na

farinha de trigo crua 40% eram solúveis, enquanto que na farinha de trigo extrusada

foram encontrados entre 50-75% de solubilidade da fibra.

Caprita et al. 2010

InsolúvelEstrutural

Insolúvel / solúvelEstrutural

SolúvelEstrutural

Solúvel

SolúvelNão Estrutural

SolúvelNão Estrutural

InsolúvelEstrutural

Adaptado de Marsman - 1997

The uSBM with an initial moisture content of 25% was extruded with a torpedo screw containing

zero (Ex-0), four (Ex-4), or eight (Ex-8) rows of flights on the screw, enabling an increase in shear

forces.

With heaters on the barrel wall, the temperature of the product at the die was adjusted to 120 C.

The throughput was about 12 to 14 kg/h. After extrusion the samples were dried for 2 d at 40 C.

Adaptado de Marsman - 1997

Extrusion solubilized more cell wall material than toasting, which resulted in a higher

apparent ileal NSP digestibility.

The apparent ileal digestibility of NSP increased as a result of extrusion compared with

toasting (26.7 vs 11.4%). As monogastric animals lack the proper enzymes to

breakdown cell wall materials, the higher NSP digestibility after extrusion may be the

result of improved fermentation of cell wall components by bacteria in the gut.

efeito do processamento térmico nas características dos alimentos 2011

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