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)
Processo de peletização
Lara (200-)Fonte: OPERAÇÃO DE MATRIZES E CAPAS DE ROLO – 2005
Fonte: BEHNKE - 2005
Fonte: LOWE - 2005
Processo de peletização
Dados próprios (fotos Europa)- 2011Dados próprios (fotos Europa)- 2011
•Condicionamento para peletização = cerca de 3-5% de adição de umidade
Processo de peletização
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
Características do amido
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
Características do amido
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
Características do amido
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
Características do amido
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
Características do amido
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
Características do amido
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
Características do amido
Cereais tipo waxy:
•> amilopectina,
•< espessura do invólucro protéico
Características do amido
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
Características do amido
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
Efeito do processamento sobre o amido
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?
Efeito do processamento sobre o amido
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
Efeito processamento sobre extrato etéreo
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)
Efeito processamento sobre extrato etéreo
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.
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