Nome do Projeto
CONTROLE DE QUALIDADE E ANÁLISE DE GRÃOS DE ARROZ PARBOILIZADO
Ênfase
Pesquisa
Data inicial - Data final
31/01/2023 - 31/01/2025
Unidade de Origem
Coordenador Atual
Área CNPq
Ciências Agrárias
Resumo
O arroz (Oryza sativa L.), figura entre os principais cereais consumidos e produzidos no mundo, tornando-se o alimento base para grande parcela da população mundial. Os grãos passam por processos de beneficiamento até chegarem ao consumidor final. As três principais formas que o arroz beneficiado é consumido, em ordem de importância, são arroz branco, arroz parboilizado e arroz integral. A parboilização é um processo hidrotérmico que consiste em hidratação, gelatinização e secagem, etapas estas que são realizadas antes dos grãos serem submetidos ao descasque. A parboilização provoca inúmeras modificações no arroz que estão intimamente ligadas às técnicas utilizadas no processamento, ineficiências nas etapas podem não apenas invalidar os benefícios que este processo agrega ao grão, mas também reduzir o valor nutricional e acarretar em produto final de baixa qualidade. O aumento dos estudos sobre as operações unitárias de industrialização e suas consequências é fundamental para que seja possível produzir e obter arroz parboilizado de alta qualidade. O trabalho será realizado na Arrozeira Pelotas, onde serão coletadas quatro amostras, a primeira antes do arroz ser submetido à etapa de encharcamento, a segunda após o encharque, a terceira após a gelatinização e a quarta após a secagem nos secadores de leito fluidizado, sendo realizado quatro repetições de coleta de amostras, com 200 g cada. Em seguida será feito o rendimento industrial, utilizando engenho de prova para realizar o descascamento e polimento dos grãos. Também será realizado isotermas de hidratação, onde será simulado em laboratório a etapa de encharcamento, com os parâmetros e matéria prima utilizados pela a indústria, com a finalidade de observar o comportamento da absorção de água pelos grãos em função do tempo, temperatura e umidade inicial dos grãos.
Objetivo Geral
Analisar os parâmetros utilizados nas etapas do processo de parboilização do arroz, verificando quais acarretam alto índice de quebra e de grãos com defeitos.
Justificativa
O arroz (Oryza sativa L.), é visto entre os principais cereais consumidos e produzidos no mundo, tornando-se o alimento base para grande parcela da população mundial, sendo assim por mais de três bilhões de habitantes, a área ocupada para a produção é cerca de 162 milhões de hectares (KORRES et al., 2017). Este cereal pode ser cultivado em diferentes ecossistemas e sistemas de produção, destacam-se os cultivos de várzea e de terras altas.
O brasileiro consome em média 50 kg.hab.ano-1 de arroz, enquanto o consumo médio mundial é de 84,8 kg.hab.ano-1. O arroz faz parte do mercado global de grãos secos, que apresenta uma alta taxa de crescimento, devido à conscientização sobre suas diversas vantagens para a saúde, além de ser uma importante fonte de energia devido à sua alta concentração de carboidratos (principalmente amido), fornecendo também proteínas, vitaminas e minerais, apresentando baixo teor de lipídios (EMBRAPA, 2019; USDA, 2020; WALTER et al, 2008).
Os grãos passam por processos de beneficiamento até chegarem ao consumidor final. As três principais formas que o arroz beneficiado é consumido, em ordem de importância, são arroz branco, arroz parboilizado e arroz integral. O processamento inicia-se com a separação da casca do grão, fase em que se obtém o arroz integral. O próximo passo, posteriormente ao descascamento, é o polimento, processo o qual o farelo é separado do grão por meio de técnicas de abrasão e/ou fricção, fazendo com que o germe e as camadas externas se separem, com isso é obtido o arroz branco (KENNEDY et al., 2002). Por fim, o arroz parboilizado, que representa em torno de 16% de todo o arroz produzido no mundo (JANNASCH et al., 2020), para sua obtenção o processo de beneficiamento inclui o tratamento hidrotérmico com três etapas adicionais ao processo de beneficiamento convencional, ou seja, previamente ao descascamento e polimento, é submetido à hidratação, autoclavagem e secagem (SARANGAPANI et al., 2016).
Durante esse tratamento, o amido é gelatinizado, passando de uma forma cristalina para amorfa, tornando uma textura de endosperma mais densa e translúcida (AMATO; ELIAS, 2005). Dessa forma, o grão adquire maior resistência ao polimento, minimizando a porcentagem de quebra durante o beneficiamento e também diminui a remoção excessiva de compostos importantes do ponto de vista nutricional. Além disso, o processo de parboilização gera grãos mais soltos quando cozidos, tem maior rendimento, exige menos óleo no cozimento, pode ser reaquecido várias vezes, mantendo suas propriedades nutricionais, são menos suscetíveis ao ataque de pragas e insetos e conserva-se por mais tempo, devido ao efeito de pasteurização enzimática e microbiológica (VILLANOVA et al., 2017).
As inúmeras modificações que a parboilização causa no arroz estão intimamente vinculadas às técnicas empregadas no beneficiamento, ineficiências nas etapas não só podem invalidar os benefícios mencionados acima, como reduzir o valor alimentício que o cereal possuía originalmente. Aumentar os estudos das operações unitárias da industrialização e suas consequências é imprescindível para que seja possível a produção e obtenção de um arroz parboilizado de alta qualidade.
A autoclavagem certamente é a etapa mais importante do processo, pois é na autoclavagem que ocorre a gelatinização dos grânulos de amido. É nesta etapa que ocorre a reestruturação da cariopse que diminui os teores de grãos quebrados durante o beneficiamento, além disso ocorre a fixação dos nutrientes que migraram por difusão para o interior do grão junto com a água na operação de encharcamento que acontece anteriormente à autoclavagem. Uma gelatinização uniforme e completa garante a qualidade do produto, todavia, quanto mais severa for a autoclavagem maior será o grau de gelatinização, mas consequentemente mais escuro será o arroz, o que provoca uma menor aceitação por parte dos consumidores (OLIVEIRA; AMATO, 2021).
De maneira geral, o consumidor de arroz tem preferência por um produto uniforme, da mesma forma, o desempenho adequado no beneficiamento com elevado rendimento de grãos inteiros e baixo percentual de defeitos, é almejado por produtores e indústrias. O índice de quebra durante o beneficiamento dos grãos e o percentual de defeitos afeta o valor do produto no mercado, onde perdas nesta etapa significam prejuízos para toda a cadeia de produção do arroz, pois o beneficiamento é umas das últimas etapas antes do produto ser comercializado. Neste contexto, objetiva-se com o presente trabalho identificar quais fases do processo de parboilização acarretam um elevado índice de grãos quebrados e defeituosos.
O brasileiro consome em média 50 kg.hab.ano-1 de arroz, enquanto o consumo médio mundial é de 84,8 kg.hab.ano-1. O arroz faz parte do mercado global de grãos secos, que apresenta uma alta taxa de crescimento, devido à conscientização sobre suas diversas vantagens para a saúde, além de ser uma importante fonte de energia devido à sua alta concentração de carboidratos (principalmente amido), fornecendo também proteínas, vitaminas e minerais, apresentando baixo teor de lipídios (EMBRAPA, 2019; USDA, 2020; WALTER et al, 2008).
Os grãos passam por processos de beneficiamento até chegarem ao consumidor final. As três principais formas que o arroz beneficiado é consumido, em ordem de importância, são arroz branco, arroz parboilizado e arroz integral. O processamento inicia-se com a separação da casca do grão, fase em que se obtém o arroz integral. O próximo passo, posteriormente ao descascamento, é o polimento, processo o qual o farelo é separado do grão por meio de técnicas de abrasão e/ou fricção, fazendo com que o germe e as camadas externas se separem, com isso é obtido o arroz branco (KENNEDY et al., 2002). Por fim, o arroz parboilizado, que representa em torno de 16% de todo o arroz produzido no mundo (JANNASCH et al., 2020), para sua obtenção o processo de beneficiamento inclui o tratamento hidrotérmico com três etapas adicionais ao processo de beneficiamento convencional, ou seja, previamente ao descascamento e polimento, é submetido à hidratação, autoclavagem e secagem (SARANGAPANI et al., 2016).
Durante esse tratamento, o amido é gelatinizado, passando de uma forma cristalina para amorfa, tornando uma textura de endosperma mais densa e translúcida (AMATO; ELIAS, 2005). Dessa forma, o grão adquire maior resistência ao polimento, minimizando a porcentagem de quebra durante o beneficiamento e também diminui a remoção excessiva de compostos importantes do ponto de vista nutricional. Além disso, o processo de parboilização gera grãos mais soltos quando cozidos, tem maior rendimento, exige menos óleo no cozimento, pode ser reaquecido várias vezes, mantendo suas propriedades nutricionais, são menos suscetíveis ao ataque de pragas e insetos e conserva-se por mais tempo, devido ao efeito de pasteurização enzimática e microbiológica (VILLANOVA et al., 2017).
As inúmeras modificações que a parboilização causa no arroz estão intimamente vinculadas às técnicas empregadas no beneficiamento, ineficiências nas etapas não só podem invalidar os benefícios mencionados acima, como reduzir o valor alimentício que o cereal possuía originalmente. Aumentar os estudos das operações unitárias da industrialização e suas consequências é imprescindível para que seja possível a produção e obtenção de um arroz parboilizado de alta qualidade.
A autoclavagem certamente é a etapa mais importante do processo, pois é na autoclavagem que ocorre a gelatinização dos grânulos de amido. É nesta etapa que ocorre a reestruturação da cariopse que diminui os teores de grãos quebrados durante o beneficiamento, além disso ocorre a fixação dos nutrientes que migraram por difusão para o interior do grão junto com a água na operação de encharcamento que acontece anteriormente à autoclavagem. Uma gelatinização uniforme e completa garante a qualidade do produto, todavia, quanto mais severa for a autoclavagem maior será o grau de gelatinização, mas consequentemente mais escuro será o arroz, o que provoca uma menor aceitação por parte dos consumidores (OLIVEIRA; AMATO, 2021).
De maneira geral, o consumidor de arroz tem preferência por um produto uniforme, da mesma forma, o desempenho adequado no beneficiamento com elevado rendimento de grãos inteiros e baixo percentual de defeitos, é almejado por produtores e indústrias. O índice de quebra durante o beneficiamento dos grãos e o percentual de defeitos afeta o valor do produto no mercado, onde perdas nesta etapa significam prejuízos para toda a cadeia de produção do arroz, pois o beneficiamento é umas das últimas etapas antes do produto ser comercializado. Neste contexto, objetiva-se com o presente trabalho identificar quais fases do processo de parboilização acarretam um elevado índice de grãos quebrados e defeituosos.
Metodologia
O trabalho será realizado na Arrozeira Pelotas, indústria de beneficiamento de arroz localizada no município de Pelotas - RS, que possui linhas de produção de arroz branco polido e parboilizado, no entanto se deterá somente na produção de arroz parboilizado. A unidade conta com duas linhas de produção equipadas com o sistema de automação da empresa Garten, para o beneficiamento de arroz parboilizado.
A indústria possui no início do processo de beneficiamento uma balança de fluxo (Figura 16), na qual é possível controlar a quantidade de arroz que é processado por hora nas linhas de beneficiamento de arroz parboilizado.
Para o encharcamento, a empresa utiliza cinco tanques em cada linha, com capacidade de 13 toneladas de arroz cada, resultando 65 toneladas por linha ou uma capacidade total de encharque de 130 toneladas de arroz. Os parâmetros utilizados pela indústria nesta etapa são, tempo de encharcamento de 4 a 7 horas, sendo utilizado normalmente 5 horas para a realização desta etapa, com a temperatura variando de 60 - 65 °C. O tempo de drenagem dos tanques é de aproximadamente 40 min e para a descarga dos grãos o tempo varia de 1h30min a 2h.
Na etapa de gelatinização são utilizadas duas autoclaves verticais, uma para cada linha, cada autoclave tem uma capacidade de operação de 8 t/h. A autoclavagem é realizada com temperatura ≥ 98 °C, velocidade de 30 a 60 Hz no início e no final da gelatinização, respectivamente com variação de ±2 Hz, tempo de 15 a 30 min e pressão para a operação de 110 a 240 g/cm2 e com uma variação de ±20%.
Após a gelatinização, os grãos são submetidos a secagem em secadores de leito fluidizados com capacidade de 8 t/h cada, os parâmetros utilizados nesta etapa são, temperatura de 100 a 150 °C, na qual a umidade é reduzida de 30 - 33% para 18 - 23%.
Em seguida os grãos são armazenados em um silo pulmão, o qual abastece quatro secadores intermitentes onde a etapa de secagem é finalizada, a temperatura do ar varia de 90 a 150°C, o tempo de secagem é de 1h30min a 5h30min ou até a umidade do grão ser de 11,5 a 13,0%.
Serão realizadas quatro amostragens sendo a primeira antes do arroz ser submetido à etapa do encharcamento, a segunda após o encharque, ou seja, antes dos grãos serem submetidos à etapa de gelatinização, a terceira após a gelatinização e a quarta após a secagem nos secadores de leito fluidizados. Serão realizadas quatro repetições de coleta de amostras, com 200 g cada. Será realizado o rendimento industrial em engenho prova para realizar descascamento e polimento dos grãos. Em seguida, as amostras irão para o laboratório da empresa e será realizada a classificação conforme a Instrução Normativa (IN) nº 6 de 2009 do Ministério da Agricultura, Pecuária e Abastecimento (MAPA). A classificação constará das avaliações de ardidos e enegrecidos, não gelatinizados, amarelos, danificados, rajados, picados ou manchados e quebrados.
No Laboratório de Agrotecnologia da Universidade Federal de Pelotas também será realizado isotermas de hidratação, com grãos provenientes da industria, numa relação de peso de grãos e água de 1:1,2 assemelhando-se a relação utilizada pela indústria. Serão colocadas 75 g em embalagens de 100mLl, posteriormente será feito o preenchimento com 90 mLl de água destilada a uma temperatura de 63,5 °C, sendo realizada quatro repetições. Para o encharcamento o tempo utilizado será de 0 a 360min, com temperatura de 60±5°C. A determinação da absorção de água acontecerá em intervalos regulares de 30min, após este tempo as amostras serão retiradas da embalagem e feita a remoção do excesso de água, em seguida será calculado a absorção efetiva de água pelos grãos através da fórmula:
Absorção de água (%)=((Mu-Ms))/Mu*100
Onde:
MU = Massa úmida (g) no tempo Ti (Tempo que a amostra foi retirada do banho de imersão)
MS = Massa seca (g) da amostra que foi retirada no tempo Ti.
A indústria possui no início do processo de beneficiamento uma balança de fluxo (Figura 16), na qual é possível controlar a quantidade de arroz que é processado por hora nas linhas de beneficiamento de arroz parboilizado.
Para o encharcamento, a empresa utiliza cinco tanques em cada linha, com capacidade de 13 toneladas de arroz cada, resultando 65 toneladas por linha ou uma capacidade total de encharque de 130 toneladas de arroz. Os parâmetros utilizados pela indústria nesta etapa são, tempo de encharcamento de 4 a 7 horas, sendo utilizado normalmente 5 horas para a realização desta etapa, com a temperatura variando de 60 - 65 °C. O tempo de drenagem dos tanques é de aproximadamente 40 min e para a descarga dos grãos o tempo varia de 1h30min a 2h.
Na etapa de gelatinização são utilizadas duas autoclaves verticais, uma para cada linha, cada autoclave tem uma capacidade de operação de 8 t/h. A autoclavagem é realizada com temperatura ≥ 98 °C, velocidade de 30 a 60 Hz no início e no final da gelatinização, respectivamente com variação de ±2 Hz, tempo de 15 a 30 min e pressão para a operação de 110 a 240 g/cm2 e com uma variação de ±20%.
Após a gelatinização, os grãos são submetidos a secagem em secadores de leito fluidizados com capacidade de 8 t/h cada, os parâmetros utilizados nesta etapa são, temperatura de 100 a 150 °C, na qual a umidade é reduzida de 30 - 33% para 18 - 23%.
Em seguida os grãos são armazenados em um silo pulmão, o qual abastece quatro secadores intermitentes onde a etapa de secagem é finalizada, a temperatura do ar varia de 90 a 150°C, o tempo de secagem é de 1h30min a 5h30min ou até a umidade do grão ser de 11,5 a 13,0%.
Serão realizadas quatro amostragens sendo a primeira antes do arroz ser submetido à etapa do encharcamento, a segunda após o encharque, ou seja, antes dos grãos serem submetidos à etapa de gelatinização, a terceira após a gelatinização e a quarta após a secagem nos secadores de leito fluidizados. Serão realizadas quatro repetições de coleta de amostras, com 200 g cada. Será realizado o rendimento industrial em engenho prova para realizar descascamento e polimento dos grãos. Em seguida, as amostras irão para o laboratório da empresa e será realizada a classificação conforme a Instrução Normativa (IN) nº 6 de 2009 do Ministério da Agricultura, Pecuária e Abastecimento (MAPA). A classificação constará das avaliações de ardidos e enegrecidos, não gelatinizados, amarelos, danificados, rajados, picados ou manchados e quebrados.
No Laboratório de Agrotecnologia da Universidade Federal de Pelotas também será realizado isotermas de hidratação, com grãos provenientes da industria, numa relação de peso de grãos e água de 1:1,2 assemelhando-se a relação utilizada pela indústria. Serão colocadas 75 g em embalagens de 100mLl, posteriormente será feito o preenchimento com 90 mLl de água destilada a uma temperatura de 63,5 °C, sendo realizada quatro repetições. Para o encharcamento o tempo utilizado será de 0 a 360min, com temperatura de 60±5°C. A determinação da absorção de água acontecerá em intervalos regulares de 30min, após este tempo as amostras serão retiradas da embalagem e feita a remoção do excesso de água, em seguida será calculado a absorção efetiva de água pelos grãos através da fórmula:
Absorção de água (%)=((Mu-Ms))/Mu*100
Onde:
MU = Massa úmida (g) no tempo Ti (Tempo que a amostra foi retirada do banho de imersão)
MS = Massa seca (g) da amostra que foi retirada no tempo Ti.
Indicadores, Metas e Resultados
Um trabalho de conclusão de curso
Um artigo
Um artigo
Equipe do Projeto
| Nome | CH Semanal | Data inicial | Data final |
|---|---|---|---|
| ANDRIGO FARIAS XAVIER | |||
| GIZELE INGRID GADOTTI | 1 | ||
| ITAEL GOMES BORGES | |||
| KARINE VON AHN PINTO |