Efeito da operação periódica no processo de hidratação de feijão-caupi (Vigna unguiculata [L.] Walp) : avaliação da cinética e da capacidade antioxidante dos grãos hidratados e germinados

Abstract

Resumo: O feijão-caupi é um alimento de alto valor nutritivo e grande importância socioeconômica nas regiões em que é cultivado, como o Norte e Nordeste do Brasil. Usualmente, leguminosas como o feijão-caupi são hidratadas a fim de reduzir o teor de antinutrientes e facilitar seu processamento. O presente trabalho é motivado pela intensificação do processo de hidratação do feijão-caupi através da operação periódica, mediante modulação da temperatura da água, com o intuito de verificar se a cinética de hidratação é intensificada e se a capacidade antioxidante dos grãos hidratados e germinados é afetada de alguma forma. Para tanto, duas cultivares de feijão-caupi (BRS Tumucumaque e BRS Guariba) foram submetidas a ensaios de hidratação em operação isotérmica, conduzidos a 20, 30, 40, 50 e 60 °C, e em operação periódica a 30, 40 e 50 °C, aplicando uma amplitude de 10 °C e período de 4 minutos. Os testes de germinação foram realizados a partir das sementes hidratadas isotermicamente, obtendo-se uma porcentagem de germinação (85,5%) e índice de velocidade de germinação (58,4) adequados apenas para a BRS Guariba, previamente hidratada a 30 °C. Por isso, apenas esta cultivar foi germinada (com prévia hidratação a 30 °C via operação isotérmica e periódica) para ter seus compostos antioxidantes quantificados, juntamente com os grãos de ambas as cultivares hidratados em todas as condições de processo. Os modelos empíricos de Peleg e de Page e os modelos fenomenológicos de Difusão e Nicolin-Jorge foram utilizados para o ajuste das curvas de hidratação obtidas experimentalmente, os quais apresentaram uma qualidade de ajuste satisfatória para todas as condições, com destaque para o modelo de Page, com valores de R² acima de 0,9957 e P e RMSE abaixo de 1,43% e 1,77%, respectivamente. Ao utilizar a equação de Arrhenius, foi possível a obtenção do modelo generalizado de Page e das propriedades termodinâmicas dos processos de hidratação avaliados, qualificando-os como não espontâneos e endotérmicos. Os valores dos parâmetros dos modelos evidenciaram que a hidratação do feijão-caupi em operação periódica pode apresentar maior taxa de absorção de água quando comparada à operação isotérmica, sendo possível o mesmo ganho de umidade com uma redução de até 61% no tempo de processo. Verificou-se que o teor de compostos fenólicos, flavonoides e taninos e a capacidade antioxidante (quantificada pelos métodos DPPH e ABTS) diminuíram ao hidratar os grãos, apresentando redução mais drástica em temperaturas mais elevadas. No caso dos grãos germinados, a capacidade antioxidante aumentou em 118,7% pelo método ABTS, evidenciando a vantagem no consumo dos grãos germinados. Considerando que a utilização da operação periódica não causou uma diferença expressiva no potencial antioxidante das cultivares de feijão-caupi, esta metodologia (nas condições de temperatura avaliadas) é fortemente recomendada, tendo em vista seu efeito intensificador sobre a cinética de hidratação, com redução do tempo de processamento e, consequentemente, do consumo de água e dos gastos energéticos.

Abstract: The caupi bean, a food product with a high nutritional value, is of great socioeconomic importance in the areas where it is cultivated, such as the North and Northeast regions of Brazil. Legumes such as the caupi bean are usually hydrated in order to reduce their antinutrient content and facilitate processing. The current study investigates the application of periodic operation using water temperature modulation in order to intensify the caupi bean hydration process, with the aim of verifying whether hydration kinetics are intensified and whether the antioxidant capacity of the hydrated and germinated grains is affected by the process in any way. For this purpose, two caupi bean cultivars (BRS Tumucumaque and BRS Guariba) underwent hydration trials using both isothermal operation (carried out at 20, 30, 40, 50 and 60 °C) and periodic operation (at 30, 40 and 50 °C with an amplitude of 10 °C and period of 4 minutes). The germination rate (85.5%) and germination velocity index (58.4) achieved in the germination tests carried out using the isothermally hydrated seeds were adequate only for BRS Guariba that had been previously hydrated at 30 °C. For this reason, only this cultivar was germinated (previously hydrated at 30 °C using isothermal and periodic operation) for the purpose of quantifying its antioxidant compounds, together with the grains of both cultivars hydrated under all process conditions. The Peleg and Page empirical models, and the Diffusion and Nicolin-Jorge phenomenological models were used to adjust the hydration curves obtained experimentally, which exhibited a satisfactory quality of fit for all conditions, especially the Page model, which showed R² values above 0.9957 and P and RMSE values below 1.43% and 1.77%, respectively. By means of the Arrhenius equation, it was possible to obtain the generalized Page model and the thermodynamic properties of the hydration processes that were evaluated, making it possible to qualify them as nonspontaneous and endothermic. The values of the model parameters revealed that using periodic operation for caupi bean hydration resulted in a greater water absorption rate than that achieved using isothermal operation; thus, the same moisture gain may be achieved with a reduction of up to 61% in the process time. It was observed that the phenolic compound, flavonoid and tannin contents, as well as antioxidant capacity (quantified using the DPPH and ABTS methods) decreased when the grains were hydrated, with a more pronounced reduction being observed for higher hydration temperatures. In the case of the germinated grains, antioxidant capacity increased by 118.7% as determined by ABTS, showing that the consumption of germinated grains is advantageous. Since the use of periodic operation did not result in a substantial difference in the antioxidant potential of the caupi bean cultivars, it is strongly recommend that this methodology be used (under the evaluated conditions and temperatures), in view of its intensifying effect on hydration kinetics, resulting in a reduction in processing time, and therefore in water and energy consumption.