Intensificação da hidratação de arroz em casca mediante operação periódica para obtenção de arroz germinado e arroz parboilizado enriquecido com própolis de abelha Apis melifera

Abstract

Resumo: O processo inovador de obtenção de arroz germinado e arroz parboilizado com a intensificação dos processos por operação periódica foi o objetivo desta tese. Assim, o PRIMIERO CAPÍTULO aborda o estado da arte das etapas do processo de obtenção de arroz germinado e arroz parboilizado, tecnologias de intensificação de hidratação e alternativas de enriquecimento durante o processo. Aditivamente, a modelagem matemática como ferramenta de otimização de processo de ganho de umidade durante a hidratação foi revista. O SEGUNDO CAPÍTULO relata a hidratação do arroz em operação isotérmica (HI), sendo que a taxa de hidratação é diretamente proporcional à temperatura. No entanto, a hidratação a 55 ou 65ºC provoca gelatinização do amido. A incorporação de umidade se deu por mecanismo de difusão e capilaridade conforme revelou o agente traçador utilizado no meio de hidratação. Diversos modelos matemáticos podem descrever o ganho de umidade. O modelo Miano-Ibarz-Augusto demonstrou melhor ajuste e previsão de umidade. O modelo generalizado obtido pode prever a umidade experimental com desvio máximo de 5%. O TERCEIRO CAPÍTULO descreve a operação periódica (HP) como técnica de intensificação do processo de hidratação do arroz, sendo que reduziu em média 41,47% do tempo da HI. A HP não alterou a microestrutura do grão ao comparar com a temperatura média com a temperatura da HI. O modelo de Difusão descreveu adequadamente o ganho de umidade. O coeficiente médio de difusão efetivo foi de 3,36x10-11 m2.s-1 para HI e 4,28x10-11 m2.s-1 para HP. As propriedades termodinâmicas dos processos de HP resultou em maiores valores médios de entalpia (15,87 kJ.mol- 1) e menores valores de entropia (-0,3864 kJ.mol-1.K-1) e energia livre de Gibbs (138,81 kJ.mol-1). Modelos de Difusão generalizados podem prever a umidade experimental do processo de HI e HP, com desvio máximo de 10%. O QUARTO CAPÍTULO descreve o efeito da operação periódica ou isotérmica na germinação de arroz. Grãos germinados após HI a 25 e 35ºC apresentaram maior potencial germinativo em comparação a HP, sendo que a 45ºC não viabilizou germinação do grão. Formação de poros e erosões foram observadas na microestrutura do grão após a germinação. O arroz hidratado e posteriormente germinado exibiu teor de compostos fenólicos totais (CFT) e atividade antioxidante (AA) superiores ao grão "in natura". No entanto, menores valores foram obtidos nas HP. Apesar desses resultados, a operação periódica se torna vantajosa na obtenção de arroz germinado, uma vez que reduziu em média 42,76% do tempo de hidratação para obter a umidade desejada do processo. Por fim, o QUINTO CAPÍTULO apresenta a operação periódica na obtenção de arroz parboilizado. Como estratégia de mitigação na perda de compostos bioativos (CB) durante o processo, própolis de abelha Apis melífera foi adicionada no meio de hidratação. Parboilização mediante operação periódica (PP) apresentou menor redução (34,19%) de CB ao comparar com a condição isotérmica (PI). Nos processos com adição de própolis (PI+P e PP+P) ocorreu a compensação da perda dos compostos, sendo que a PP+P favoreceu o acréscimo de 3,12% de CFT ao arroz parboilizado. O modelo de Difusão foi ajustado aos dados experimentais de CFT e o coeficiente efetivo de difusão foi superior ao comparar com o coeficiente de transferência de umidade, indicando que a migração simultânea da água e dos compostos para o interior do grão foi por meio do mecanismo de difusão. A presença da própolis intensificou as cores vermelha (97,34 e 99,07%) e amarela (20,81 e 26,92%) do grão parboilizado (PI+P e PP+P). Micrografias via MEV permitiram confirmar a parboilização do arroz (gelatinização do amido) e espectros de FTIR sugeriram que as parboilizações não apresentaram formação de novos grupos químicos e que ocorreu a incorporação de compostos oriundos da própolis. Conclui-se que o processo de germinação e parboilização podem ser intensificados com a hidratação mediante operação periódica. Além disso, verificou-se que a germinação do arroz e a parboilização enriquecida com própolis são tecnologias aplicáveis e promissoras para promover melhora no perfil de compostos bioativos do arroz.

Abstract: The objective of this thesis was the innovative process of obtaining germinated rice and parboiled rice with the intensification of processes through periodic operation. Thus, the FIRST CHAPTER addresses the state-of-the-art steps in obtaining germinated rice and parboiled rice, hydration intensification technologies and enrichment alternatives during the process. Additively, mathematical modeling as a tool for optimizing the moisture gain process during hydration was reviewed. The SECOND CHAPTER reports the hydration of rice in isothermal operation (HI), with the hydration rate directly proportional to the temperature. However, hydration at 55 or 65ºC causes starch gelatinization. The moisture incorporation occurred through a diffusion and capillarity mechanism, as revealed by the tracer agent used in the hydration medium. Several mathematical models can describe moisture gain. The Miano-Ibarz-Augusto model demonstrated better fit and humidity prediction. The obtained generalized model can predict the experimental humidity with a maximum deviation of 5%. The THIRD CHAPTER describes periodic operation (HP) as a technique for intensifying the rice hydration process, which reduced the HI time on average by 41.47%. HP did not change the microstructure of the grain when comparing the average temperature with the HI temperature. The Diffusion model adequately described the moisture gain. The average effective diffusion coefficient was 3.36x10- 11 m2.s-1 for HI and 4.28x10-11 m2.s-1 for HP. The thermodynamic properties of HP processes resulted in higher average enthalpy values (15.87 kJ.mol-1) and lower values of entropy (-0.3864 kJ.mol-1.K-1) and Gibbs free energy (138.81 kJ.mol-1). Generalized diffusion models can predict the experimental humidity of the HI and HP processes with a maximum deviation of 10%. The FOURTH CHAPTER describes the effect of periodic or isothermal operations on rice germination. Grains germinated after HI at 25 and 35ºC showed more significant germination potential than HP, with 45ºC not enabling grain germination. Pore formation and erosions were observed in the grain microstructure after germination. The hydrated and subsequently germinated rice exhibited higher levels of total phenolic compounds (TPC) and antioxidant activity (AA) than the "in natura" grain. However, lower values were obtained in HP. Despite these results, periodic operation becomes advantageous in obtaining germinated rice, since it reduced 42.76% of the hydration time to obtain the desired process humidity on average. Finally, the FIFTH CHAPTER presents the periodic operation in obtaining parboiled rice. As a strategy to mitigate the loss of bioactive compounds (CB) during the process, Apis melliferous bee propolis was added to the hydration medium. Parboiling through periodic operation (PP) showed a minor reduction (34.19%) in CB when compared to the isothermal condition (PI). In processes with the addition of propolis (PI+P and PP+P), the loss of compounds was compensated, with PP+P favoring the addition of 3.12% of TPC to parboiled rice. The Diffusion model was adjusted to the experimental TPC data and the effective diffusion coefficient was higher when compared to the moisture transfer coefficient, indicating that the simultaneous migration of water and compounds into the grain was through the diffusion mechanism. diffusion. The presence of propolis intensified the red (97.34 and 99.07%) and yellow (20.81 and 26.92%) colors of the parboiled grain (PI+P and PP+P). Micrographs via SEM allowed confirming the parboiling of rice (starch gelatinization) and FTIR spectra suggested that the parboilings did not show the formation of new chemical groups and that the incorporation of compounds from propolis occurred. It is concluded that the germination and parboiling process can be intensified with hydration through periodic operation. Furthermore, it was found that rice germination and parboiling enriched with propolis are applicable and promising technologies to promote improvements in the profile of bioactive compounds in rice.