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Características do amidoP a ra m e t ro s           Flint             Dent              Semi-dent        Farináceo        ...
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Características do amidoDimensões dos grânulos de amido nas diferentes espécies vegetaisStarch Species       Granule Size ...
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Características do amido Temperaturas de gelatinização do amido de diferentes plantas  Amido                   Temperatura...
Etapas no processo de gelatinização do amidoXie et al - 2006Fase 1- Absorção lenta e reversível de umidade pelo grânulo de...
Temperatura de 30ºC Pouca                mudança nos grânulos de amido de                milho                 Temperatura...
Temperatura de 50ºC Ruptura das                                           pontes de hidrogênio presentes                  ...
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 ...
Efeito da Secagem de grãosAdaptado de Bhuiyan et al. (2010)•Secagem Natural = secagem de grãos a 23% de UM por 3 dias sob ...
Efeito do condicionamento e peletização sobre o amido                                                                     ...
Efeito do processamento sobre o amido  Moritz et al - 2005 Accordingly, all corn was ground through a hammer mill using a ...
Valores altos de                        digestibilidade ileal                              do amido                       ...
Efeito do processamento sobre o amido        Peisker - 1996
Efeito do processamento sobre o amido                                         Independente do coeficiente de digestibilida...
Efeito do processamento sobre amido e compostos nitrogenados   Abdollahi– 2010   A temperatura no sorgo piorou a digestibi...
Efeito da processamento             sobre    amido     e   compostosnitrogenadosVeloso et al. (2005)Durante a tostagem e e...
Reação de Maillard
Temperatura e Umidade Altas → grupo amino livre, grupos amino epsilon de lisinaligada a proteínas, grupos amino da tiamina...
Rutherfurd, 2007Durante a análise de aminoácidos via HPLC, as ligações peptídicas sãohidrolisada pelo aquecimento da prote...
Rutherfurd, 2007Assim a Guanidinação deve ser feita antes da hidrólise ácida de forma que toda alisina reativa seja transf...
Efeito da processamento sobre compostos nitrogenadosThomas et al. (1997)  A desnaturação de proteínas requer água e calor ...
Efeito da processamento sobre compostos nitrogenadosBatal et al. (2000)
Efeito do processamento sobre compostos nitrogenadosAdaptado de Parson (S.D.)
Efeito processamento sobre extrato etéreo            Freitas et al. (2005)
Efeito processamento sobre extrato etéreo                                                         Mateos e Grobas et al. (...
Efeito processamento sobre extrato etéreo                                                          Bookwalter et al. (1987...
De acordo com Borges (2000), o tratamento térmico produz asseguintes alterações na fibra:A extrusão modifica a proporção d...
Caprita et al. 2010InsolúvelEstruturalInsolúvel / solúvelEstruturalSolúvelEstruturalSolúvelNão EstruturalSolúvelNão Estrut...
Adaptado de Marsman - 1997The uSBM with an initial moisture content of 25% was extruded with a torpedo screw containingzer...
Adaptado de Marsman - 1997Extrusion solubilized more cell wall material than toasting, which resulted in a higherapparent ...
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Efeito do processamento térmico nas características dos alimentos 2011

  1. 1. Efeito do processamento térmico nas características dos alimentos Keysuke Muramatsu Curitiba - 2011
  2. 2. Etapas no processamento de rações: moagem, peletização e expansão
  3. 3. MoagemIngredientes com 10-14% de umidade são fragmentados o quefavorece:-aumento da superfície de contato com o vapor (> Absorção de água, >temperatura, > gelatinização)-ruptura de alguns grânulos de amido que passam ser consideradas“danificadas” Bigliani - 2007
  4. 4. Moinho Koch - 2002Koch - 2002
  5. 5. Processo de peletização Prensa Peletizadora -Matriz da prensa Rolo da prensa Cutlip et al. (2008)
  6. 6. Processo de peletização Fonte: OPERAÇÃO DE MATRIZES E CAPAS DE ROLO – 2005Lara (200-) Fonte: BEHNKE - 2005 Fonte: LOWE - 2005
  7. 7. Processo de peletizaçãoDados próprios (fotos Europa)- 2011 Dados próprios (fotos Europa)- 2011 •Condicionamento para peletização = cerca de 3-5% de adição de umidade
  8. 8. Processo de peletização Stark e Ferket – S.D.Stark e Ferket – S.D.
  9. 9. Expansão Adaptado de Kahl home page - Prestløkken, Felleskjøpet Fôrutvikling – 199-
  10. 10. Expansão Adaptado de Kahl home page - Prestløkken, Felleskjøpet Fôrutvikling – 199- •Condicionador + expander = cerca de 4-6%
  11. 11. Processamento Térmico e desempenho animal
  12. 12. Kidd et al - 2005
  13. 13. Não melhorou digest. ENN O amido estaria aqui... Zelenka- 2003Broiler 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.
  14. 14. Os aumentos na EM foram devido a melhora na digestibilidade de qual porção? Não foram publicado dados adicionais sobre ensaio de digestibilidadeMoritz et al - 2005
  15. 15. Temperatura, umidade e pressão x Características dos alimentos
  16. 16. De acordo com Serrano (S.D.) as seguintes alterações podem ocorrer nosnutrientes durante o processamento de alimentos:Amido•Gelatinização, Retrogradação.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 MaillardLipidios•Reações de oxidação e hidrogenação•Processos onde existem forças de atrito consideráveis (extrusão) podem romper asestruturas celulares facilitando o acesso das enzimas digestivasFibra dietética•Maior solubilização das fibras insolúveis com o processamento térmico.
  17. 17. Características do amido Snyder – s.d.No endosperma córneo e periférico os granulos de amido estãoenvolvidos por uma matriz protéica (prolamina – zeína - e gluteínas)
  18. 18. Características do amido Grânulo de amido Endosperma córneo Aleurona Cavidadade Pericarpo do amido Endosperma periféricoSecção do Endosperma córneoendosperma Aumento de 1000 xAumento de 200 x Adaptado de Rooney e Pflugfelder - 1986
  19. 19. Matriz protéica Corpúsculo protéico Endosperma farináceo - < protn. Aumento de 4000 x Grânulo de amidoEndosperma córneoAumento de 2000 x Adaptado de Rooney e Pflugfelder - 1986
  20. 20. Características do amidoP a ra m e t ro s Flint Dent Semi-dent Farináceo Zea mays Zea mays Zea mays Especie indurata indenata amylacea amarelo ou branca ou Cor intermediário branca vermelha amarela endosperma duro endosperma ocupa grande duro (51%) nos Características endosperma Caracter. parte (72%), parte lados e farináceo, intermediárias farináceo farinácea reduzida no centro do grão. E. vitreo Estrutura E. amilaceo Embrião Foto
  21. 21. Características do amidoA-Amilose linear chain: α 1-4 linkagesB-Amilopectin: ramified structureC-Amilopectin: α 1-4 and α 1-6 linkageshttp://www.life.uiuc.edu/ib/420/syllabus/exams/images/starch.GIF 22
  22. 22. Características do amido Ataque enzimático no grânulo se inicia na zona amorfa Averous- 2007 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
  23. 23. Características do amido Cruz de malta ou Cruz de Nicols – milho resultante da birrefringência. É uma característica de estruturas esfero-cristalinas e com organização molecular trigo Por isso apresentam uma resistência a entrada de água e ação enzimáticaStarches - 2009
  24. 24. Características do amido Os canais conectam a cavidade interna do grânulo de amido ao meio externo. Grânulos de amidos de diferentes vegetais podem não apresentar esses canais (ex. batata). Fanon et al. 2004 Como facilitam a comunicação entre o meio interno e externo do grânulo e aumenta portanto a sup. de contato, influenciam a digestibilidade ou a gelatinização do amido?Fannon et al. - 2004
  25. 25. Características do amidoDimensões dos grânulos de amido nas diferentes espécies vegetaisStarch Species Granule Size Range (µm) Average size (µm)Waxy Rice 2 - 13 5.5High Amylose Corn 4 - 22 9.8Corn 5 - 25 14.3Sorghum 3 - 27 16Wheat 3 - 34 6.5, 19.5Potato 10 - 70 36 Satin - 2009Percentual de amilose no amido de diferentes espécies Starch Source % Amylose Waxy Rice 0 High Amylose Corn 70 Corn 28 Waxy Sorghum 0 Wheat 26 Potato 20 Satin - 2009
  26. 26. Características do amidoCereais tipo waxy:•> amilopectina,•< espessura do invólucro protéico
  27. 27. Características do amido Temperaturas de gelatinização do amido de diferentes plantas Amido Temperatura de gelatinização ºC Milho 70-75 Sorgo 70-75 Arroz 68-75 Trigo 52-54 Cevada 61-62 Batata 56-69 Lauriston - 1996Altas temperaturas ambientais no momento de enchimento do grão afetama síntese de amido (Tester - 1991):•maior relação endosperma protéico:amido,•grânulos menores,•maior qtde de amilose
  28. 28. Etapas no processo de gelatinização do amidoXie et al - 2006Fase 1- Absorção lenta e reversível de umidade pelo grânulo de amido. Osgrânulos ainda mantém a birrefringência sob luz polarizadaFase 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 cristalinaFase 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
  29. 29. Temperatura de 30ºC Pouca mudança nos grânulos de amido de milho Temperatura de 40ºC Início da absorção de água pelos grânulos de amidoStarch - 2009
  30. 30. Temperatura de 50ºC Ruptura das pontes de hidrogênio presentes entre as moléculas de amido e maior absorção de água pelo grânulo. Starch - 2009O processo de gelatinização se inicia na zona amorfa e vai gradativamentese expandindo para a zona cristalina.Qdo não existe água livre suficiente, a desestruturação da área cristalina émenor e ocorre uma fusão do amido
  31. 31. Temperatura de 60ºC Absorção de água pelo grânulo continua ficando susceptível ao atrito Temperatura de 60-70ºC > Absorção de água, > extravasamento de amilose (> digest) Gelatinização de amido começa a ocorrerStarch - 2009
  32. 32. Temperatura de 70-90ºC Perda da birrefringência, maior viscosidade, maior suscetibilidade a ação enzimática. “Implosão” do grânulo.Starch - 2009
  33. 33. Efeito da Secagem de grãosAdaptado de Bhuiyan et al. (2010)•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
  34. 34. Efeito do condicionamento e peletização sobre o amido Abdollahi– 2010A retrogradação (formação do amido resistente) ocorre quando as moléculas deamido gelatinizado começam a se reassociar formando uma estrutura organizada(Uribe et al. 2004). Na produção de rações ocorre quando existe um resfriamento damassa.
  35. 35. Efeito do processamento 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 any processing. 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 were avoided to prevent pellet mill roll slippage or die blockage or both. Pellets were formed using a California pellet mill [14] with a 4.76 × 31.75 mm (3/16 × 1.25 in.) die. Postpelleted corn was cooled for 10 min in a vertical cooler using forced ambient air.
  36. 36. 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...Weurding et al - 2001
  37. 37. Efeito do processamento sobre o amido Peisker - 1996
  38. 38. Efeito do processamento sobre o amido Independente do coeficiente de digestibilidade do amido, um trabalho demonstra ganhos com o Adaptado de Mateos et al.- 2005 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 cecal não estava tão desenvolvida para digerir o amido cru?
  39. 39. Efeito do processamento sobre amido e compostos nitrogenados Abdollahi– 2010 A temperatura no sorgo piorou a digestibilidade de compostos nitrogenados e amido
  40. 40. Efeito da processamento sobre amido e compostosnitrogenadosVeloso et al. (2005)Durante a tostagem e extrusão, pode ocorrer a ruptura de ligações covalente e pontesdissulfeto resultando em desnaturação de proteínas. Isso aumenta a acessibilidade deenzimas para catálise. Por outro lado o super processamento pode reduzir o valorbiológico da proteína pela formação de reações de Maillard (Marsman, 1997).
  41. 41. Reação de Maillard
  42. 42. 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 reaçãoProdutos 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, 2007Produtos 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).
  43. 43. Rutherfurd, 2007Durante a análise de aminoácidos via HPLC, as ligações peptídicas sãohidrolisada pelo aquecimento da proteína em solução concentrada de ácido (6M-HCl) a 110ºC por 24 h.Como os produtos primários da reação de Maillard são revertidos de volta alisina, esse procedimento não é interessante para quantificar a lisina “intacta”Para isso existe a guanidinação ou método da Homoarginina.A lisina reage com a metil-lis-uréia para produzir a homoarginina que é estável aácidos. Assim é possível quantificar a lisina “intacta” ou reativa.
  44. 44. Rutherfurd, 2007Assim a Guanidinação deve ser feita antes da hidrólise ácida de forma que toda alisina reativa seja transformada em homoarginina (os produtos primários da reçãode Maillard não reagem com a metil-lis-uréia). A guanidinação ocorre na presençaconcentrada de metil-lis-uréia e alto pH e leva vários dias.Durante a hidrólise ácida alguns compostos de Maillard primários revertem de voltaa lisina e compostos inespecíficos.Após a hidrólise ácida quantifica-se a homoarginina a qual representa a lisinaintacta ou reativa.
  45. 45. Efeito da processamento sobre compostos nitrogenadosThomas 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.
  46. 46. Efeito da processamento sobre compostos nitrogenadosBatal et al. (2000)
  47. 47. Efeito do processamento sobre compostos nitrogenadosAdaptado de Parson (S.D.)
  48. 48. Efeito processamento sobre extrato etéreo Freitas et al. (2005)
  49. 49. Efeito processamento sobre extrato etéreo Mateos e Grobas et al. (1993)Lipidios•Processos onde existem forças de atrito consideráveis (extrusão) podemromper as estruturas celulares facilitando o acesso das enzimas digestivas•Melhoria da digestibilidade de componentes intracelulares tais comolipídios
  50. 50. Efeito processamento sobre extrato etéreo Bookwalter et al. (1987)Estes dados demonstram a efetividade do tratamento térmico a 97°C dafarinha de milheto na inativação de enzimas (lipase, etc) o que reduz aocorrência de hidrólise dos lipídios.Em outros momentos a exposição do lipídio (ruptura celular) e o calorpodem propiciar a formação de peróxidos.
  51. 51. De acordo com Borges (2000), o tratamento térmico produz asseguintes alterações na fibra:A extrusão modifica a proporção de fibra insoluvel e soluvel da dieta, aumentandoa quantidade dessa última.Essa modificação leva a dois efeitos importantes. Os nutrientes encapsulados pelafibra insolúvel tornam-se disponíveis com um consequente aumento dadigestibilidade da matéria seca e, a própria fibra torna-se mais digestível no colón ececo dos animais. Porém aumenta a viscosidade da digesta (< digestibilidade)BJORCK et al. (1984) apud BORGES (2000) estudaram os efeitos da extrusão noconteúdo de fibra dietética e na degradação intestinal de subprodutos do trigo. Nafarinha de trigo crua 40% eram solúveis, enquanto que na farinha de trigo extrusadaforam encontrados entre 50-75% de solubilidade da fibra.
  52. 52. Caprita et al. 2010InsolúvelEstruturalInsolúvel / solúvelEstruturalSolúvelEstruturalSolúvelNão EstruturalSolúvelNão EstruturalSolúvelInsolúvelEstrutural
  53. 53. Adaptado de Marsman - 1997The uSBM with an initial moisture content of 25% was extruded with a torpedo screw containingzero (Ex-0), four (Ex-4), or eight (Ex-8) rows of flights on the screw, enabling an increase in shearforces.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.
  54. 54. Adaptado de Marsman - 1997Extrusion solubilized more cell wall material than toasting, which resulted in a higherapparent ileal NSP digestibility.The apparent ileal digestibility of NSP increased as a result of extrusion compared withtoasting (26.7 vs 11.4%). As monogastric animals lack the proper enzymes tobreakdown cell wall materials, the higher NSP digestibility after extrusion may be theresult of improved fermentation of cell wall components by bacteria in the gut.

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