Cinética da hidratação do grão de arroz no processo de parboilização

Abstract

Resumo: Este trabalho aborda o estudo termico (TGA/DTG e DSC) do grao de arroz in natura das variedades IRGA 417 e BR-IRGA 409 submetidos ao processo de hidratacao. Os cultivares apresentaram evento termico a 86,77 e 95,15 ‹C respectivamente, referente a desidratacao (perda de massa de 12,71% para IRGA 417 e 12,19% para BR-IRGA 409) e a 293,97 e 292,14 ‹C correspondente a degeneracao da materia organica e inorganica (-70,16 e -75,77%, simultaneamente para cada amostra). Na faixa termica ilesa a qualquer evento de deterioracao (25 a 80 ‹C), os termogramas identificaram para a amostra IRGA 417 a 30,2 ‹C e a 34,2 ‹C para BR-IRGA 409 o fenomeno endotermico da gelatinizacao. Assim sendo, o processo de hidratacao proposto foi realizado nas temperaturas de 35, 45, 55, 60 e 65 ‹C por um periodo de 15 horas a fim de desencadear a gelatinizacao sem degradar o produto. Ao nivel de 95% de confianca as amostras apresentaram as mesmas tendencias de hidratacao; com o aumento da temperatura houve acrescimo na taxa de absorcao. Condicoes testadas a 65 ‹C provocaram o rompimento da rasca, propiciando a perda de solidos soluveis para agua de maceracao. A densidade e o comprimento dos cultivares permaneceram invariaveis, enquanto o volume foi influenciado pelo ganho de umidade - expansao de 23,5 e 27,6% para BR-IRGA 409 e IRGA 417, respectivamente. O raio, exclusivamente, foi sensivel a temperatura de 65 ‹C, em virtude do rompimento da camada protetora do grao. Micrografias (MEV) identificaram, a partir de 2 horas de processo, para todas as condicoes observadas, alteracao na estrutura morfologica do arroz; espacos intermoleculares presentes no grao in natura foram restaurados devido a gelatinizacao. A avaliacao da porosidade (BET) do grao durante a imersao apresentou dados inconclusivos em virtude da heterogeneidade da forma geometrica dos graos da mesma variedade. A cinetica do ganho de umidade das amostras foi estudada e representada por modelos empiricos. Entre os modelos matematicos explorados, o ajuste cinetico de primeira ordem, expos a menor qualidade de predicao (erro relativo de 3,23.P.5,80% e dispersao dos dados de 1,16.SE.2,34%Xbu). A equacao proposta por Weibull, contudo, delineou o melhor ajuste das respostas experimentais (93,25.R2.97,03) e apresentou os menores desvios das informacoes (0,62.RMSE.1,82%Xbu). Os modelos de Peleg, Pilosof e colaboradores e o modelo Singh e Kulshrestha estiveram correlacionados matematicamente. Os coeficientes, procedentes dos modelos, apontaram os ensaios realizados a 55 ‹C como eficazes em relacao ao periodo de processo e apresentaram os testes a 65 ‹C como propicios a desnaturacao de proteinas, retardando a difusao de agua inicial. Ao generalizar os modelos foi possivel satisfatoriamente predizer as principais tendencias do processo (desvio maximo de 10%) sem a necessidade de ajuste de parametro. Palavras-Chave: Modelagem Matematica; Analises Termicas; Analises Morfologicas; Oryza Sativa L.

Abstract: This study presents the thermal analysis (TGA/DTG and DSC) of the non processed rice grain, cultivar IRGA 417 and BR-IRGA 409 during the hydration process. The different cultivars had an thermal event registered at 86,77 and 95,15°C, associated to the drying (loss of mass -12,71% for IRGA 417 and -12,19% for BR-IRGA 409) and at 293,97 and 292,14°C corresponding to the organic and inorganic material degeneration (-70,16 and -75,77%, simultaneously for each sample). In the thermal non destructive range (25 to 80°C), the results identified to the sample IRGA 417 at 30,2°C and at 34,2°C for BR-IRGA 409 the endothermic phenomena of gelatinization. The hydration process proposed was realized in the temperatures 35, 45, 55, 60 and 65°C for a period of 15 hours. At the level of significance of 95% the confidence sample presented the same behavior during the hydration, in such a way that with the increase in the temperature it was observed an increase in the water soaking rate. The essay at 65°C had a rush in the rice hulls, releasing solids to the water medium. The density and the axial rice dimension do not changed during the essay, while the volume was influenced by the increase of the water content, there was an swelling of 23,5 and 27,6% for BR-IRGA 409 and IRGA 417, respectively. Surprisingly, the radius was an exception. It was sensible to the temperature of 65°C, probably caused by the rupture of the grain shell that acts as a protecting cover. The images (MEV) identified, for instants larger than 2 hours of processing, for all the observed conditions, a modification on the structure of rice during the hydration process. As the hydration proceed, the previous intra molecular spaces present in non processed grain were filled probably ought to the gelatinization process. The evaluation of porosity (BET) of the grain during the immersion presented not conclusive results attributed to the non homogeneity of the grain geometry belonging to the same cultivar. The hydration kinetics was represented by empirical models. Among the mathematical models applied, the kinetic model of first order resulted in a poor quality of prediction. The proposed model by Weibull, however, showed the Best fit of the experimented results and presented the lower RMSE. The kinetic models of Peleg, Pilosof and the Singh & Kulshrestha were mathematically correlated. The constants adjusted showed the essays performed at 55°C efficient related to the processing period. For the hydration experiments performed at 65°C probably protein was denaturated, decreasing the initial water diffusion. In the generalizar the models was possible satisfactorily predict the main trends of the process (maximum deviation of 10%) without the need for parameter setting. Keywords: Mathematical Modeling; Thermal analyze; Morphological Analysis; Oryza Sativa L.