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ALIMENTOS DE ORIGEM VEGETAL Lina Sant Anna Bioquímica de cereais Objetivos de aprendizagem Ao final deste texto, você deve apresentar os seguintes aprendizados: Identi� car as características e composição dos cereais. Conhecer diferentes tipos de cereais e sua utilização para consumo humano. Veri� car os processos bioquímicos de gelatinização, dextrinização e retrogradação do amido nas preparações de cereais. Introdução Cereais são as plantas cultivadas por seus frutos (do tipo cariopse) comes- tíveis, normalmente chamados grãos e são na maior parte gramíneas, compondo uma família com mais de 6 mil espécies. São alimentos nutri- tivos com alta porcentagem de amido, e utilizados como matérias primas para a produção de farinhas e muitos produtos alimentícios. O amido, quando processado passa por diversas transformações bioquímicas que interferem nas características sensoriais dos alimentos, especialmente a textura. Neste capítulo, você vai conhecer as principais características de diversos tipos de cereais e algumas transformações bioquímicas que acontecem com o amido durante o processamento. Características e composição dos cereais Os cereais são alimentos de origem vegetal, constituídos de grãos e largamente consumidos pelo mundo. O nome cereal deriva de Ceres, a deusa grega da agricultura e da colheita. São muito consumidos por fazerem parte do hábito alimentar de diversos povos; pela facilidade de cultura, conservação, trans- porte e rendimento; por serem de baixo custo, pelo alto valor nutritivo e pela grande variedade de formas de utilização. Na Figura 1, encontram-se alguns tipos de cereais. Figura 1. Tipos de Cereais. Fonte: Dicas de saúde (2016). Há evidências que sugerem que o consumo de cereais selvagens era rea- lizado pelos homens pré-históricos na África, Ásia e Europa e eram conside- rados parte importante da vida de nossos ancestrais, aparecendo em número acentuado em histórias e lendas. Por exemplo, o centeio e o trigo eram vistos como presentes dos deuses, também os astecas acreditavam no mesmo em relação ao milho. Além disso, os cereais possuem importante papel na religião, como o pão para o Cristianismo. Os cereais são grãos comestíveis da família Gramineae. Alguns deles são cultivados desde o início da civilização e sempre estiveram relacionados ao consumo de energia. Para nível mundial, o trigo e o arroz estão presentes nas culturas mais importantes, representando mais de 50% da produção mundial de cereais. Entre os cereais mais consumidos no Brasil, destaca-se o arroz que, em combinação com o feijão, compõe o prato típico da culinária do país. Todos os cereais compartilham algumas semelhanças estruturais como pode ser visto na Figura 2. Bioquímica de cereais 2 Figura 2. Anatomia do grão do cereal. Fonte: Tefi/Shutterstock. A estrutura dos grãos de cereais são basicamente similares. Os grãos são compostos pelo embrião ou gérmen, o endosperma e o pericarpo ou farelo. O gérmen é a estrutura que representa a parte germinativa do grão, sendo considerada a parte vital da semente, pois apresenta a capacidade de se desen- volver em dois sentidos, ou seja, o das raízes e o do caule e, assim, originar uma plântula em condições de fixar-se no solo e fotossintetizar as substâncias necessárias para seu desenvolvimento. O endosperma possui a maior porção de amido do grão, e graças a essa reserva é que o grão consegue energia e material metabolizado para se de- senvolver através da fotossíntese. O pericarpo é a estrutura que recobre o endosperma do grão constituído pelas fibras, ele possui função de proteção (protege as paredes internas contra choques e abrasões e serve como barreira impedindo a entrada de microrga- nismos), regulação (regula a velocidade da reidratação e de trocas gasosas) e delimitação (mantém unidas as partes internas da sementes). No Quadro 1 estão descritas com detalhes as características do grão de trigo e seus nutrientes. 3Bioquímica de cereais Fonte: Philippi (2003). Estrutura Descrição Pericarpo ou farelo Camada externa do grão, composta por celular que é indigerível pelo ser humano Endosperma Maior parte do grão, composto principalmente pelo amido. A camada externa do endosperma é chamada de aleurona Gérmen Contém os nutrientes necessários para a germinação e crescimento da planta Quadro 1. Características da estrutura do grão de trigo. A presença da aleurona diferencia o grão integral do polido. Por meio da ação de refinamento, remove-se a aleurona para a produção de farelo de arroz e do grão polido que se conserva por mais tempo do que o integral. Composição dos grãos de cereais Os carboidratos são as principais substâncias armazenadas pelos grãos de cereais. O principal carboidrato de reserva do grão é o polissacarídeo, denominado amido. Quando o amido é a substância predominante, o grão é chamado de grão amiláceo como na maioria dos cereais. As proteínas também estão presentes, porém em menor quantidade, como o glúten e a aleurona. Os lipídeos são encontrados no gérmen do grão que também possui quan- tidade considerável de vitamina E. No Quadro 2 podem ser visualizados a composição de alguns grãos de cereais. Bioquímica de cereais 4 Fonte: Silva (2008). Cereal Carboidratos (%) Proteínas (%) Lipídeos (%) Arroz 65 16 2 Milho 64 10 5 Trigo 70 11 2 Quadro 2. Composição química de algumas sementes de cereais. Tipos de cereais e sua utilização para consumo humano Os principais cereais utilizados na alimentação humana e animal são: trigo, arroz, milho, cevada, aveia, centeio e sorgo, mas existem outros menos utili- zados como o painço, o triticale e a espelta. Há ainda os pseudocereais, que são sementes com amido que não pertencem à classe dos cereais e não contém glúten, como amaranto, trigo sarraceno e quinoa. Vamos conhecer os mais consumidos na alimentação. Trigo O trigo é o cereal mais produzido em muitas partes do mundo e pertence à família Triticum que possui milhares de espécies como T. Aestivum e o trigo mais duro T. durum que é o de maior importância comercial. O trigo é cultivado tanto no inverno como no verão e por possuir várias espécies e variedades, sua adaptação é maior em vários tipos de solo e de clima. Os maiores países produtores de trigo são os Estados Unidos, China, Rússia, Índia, Paquistão e outros. A maior parte do trigo produzido é utilizada para o consumo humano devido às suas propriedades e variedades de preparações, que podem ser feitas a partir dele, como macarrão, pães, massas, bolos e biscoitos. 5Bioquímica de cereais Arroz O arroz é um cultivo muito importante, pois faz parte da alimentação base de muitos povos, especialmente dos asiáticos. A maior produção de arroz se destina ao consumo humano, incluindo cereais matinais e farinhas. No Japão, também é utilizado para a produção de saquê (bebida fermentada à base de arroz). Há grande variedade de tipos de arroz; porém, apenas algumas são produ- zidas largamente, como o arbóreo, para preparação de risotos; o cateto, mais parecido com grãos de arroz integral; o selvagem com grãos muito finos e pericarpo negro e o jasmine, aromático empregado na culinária tailandesa. Os tipos de grãos de arroz também podem ser classificados quanto ao estágio de refino sendo empregados em três apresentações a seguir. Polido: grão do cereal com a camada de aleurona removida por abra- são; de gelatinização fácil, exige dextrinização da camada externa do endosperma que, modificada, evitará o amolecimento excessivo do grão para obtenção de grãos soltos, por ser de estrutura mais frágil é adequado para acompanhar preparações com molhos, como feijoada e estrogonofe. Integral: a presença da aleurona não dispensa a gelatinização, mas oferece resistência à absorção de água pelo endosperma, exigindo maior tempo de cocção. A preparação final oferece maior resistência à mastigação e não incorpora molhos e caldos com a mesma facilidade dopolido. Parboilizado: antes do polimento, o grão é tratado termicamente e o endosperma se modifica, incorporando parte dos nutrientes e pigmentos da aleurona, tornando-o resistente à gelatinização. O resultado final da preparação é a coloração bege com grãos sempre soltos. Milho A espécie Zea mays L., também conhecida como milho é originado do hemis- fério oeste. Além de ser uma forma barata de se produzir amido, é também considerado a maior fonte de energia animal. Apesar de existirem variedades diferentes, poucas são consumidas, como milho verde, milho doce e pipoca, porém há muitas formas de se consumir o milho, por exemplo, tortilhas, fa- rofas, mingaus, cremes, cuscuz, bolos e também in natura. O maior produtor de milho é os Estados Unidos e muita pesquisa tem sido realizada através da engenharia genética para aprimorar a produção. Bioquímica de cereais 6 Aveia A aveia apresenta o maior teor lipídico entre os cereais porque o gérmen é retido (8,5g de lipídeo/100g). Este cereal pode ser cultivado tanto em climas secos como em climas úmidos e tem sido basicamente produzido para a alimentação animal. Uma pequena porção é destinada ao consumo humano, como a aveia para mingaus e bolos; fl ocos de aveia e a farinha de aveia. Para produzir os flocos de aveia é necessário realizar a descorticação dos grãos, e após tratamento térmico, uma laminagem os transforma em flocos. A aveia também é usada para outras funções que não fazem parte da culinária como cosméticos e adesivos. Há muitas espécies diferentes e a mais comum é a aveia branca (A. sativa L.). Centeio O centeio (Secale cereale) é uma planta dura que geralmente cresce em tem- peraturas frias, onde outros cereais não conseguem se desenvolver. O centeio também pode crescer em altas altitudes. Os maiores produtores são a Rússia, a Polônia e Alemanha. O grão de centeio é mais largo que o trigo, mas com extremidades mais afiladas. O centeio é utilizado para produzir farinhas que posteriormente serão utilizadas na preparação de pães. Também é utilizado na produção de álcool, como whisky e vodka, além de ser usado para alimentar animais. Cevada A cevada, Hordeum vulgare, é uma planta tolerante em muitas condições climáticas e de solo, é cultivada desde 15.000 anos a.C.. No Brasil, a produção de cevada está concentrada na região Sul, devido ao clima mais ameno e onde o sistema de cultivo é tradicional na agricultura familiar. O principal mercado da cevada no mundo é a alimentação animal, com 66% da produção mundial utilizada como forrageira e ração para criações de animais. Apenas uma pequena produção de cevada é destinada à alimentação hu- mana, sendo a produção de cerveja e malte os mais conhecidos; além de ter inúmeras utilidades, como aplicada na composição de farinhas ou flocos para panificação e derivados, na produção de medicamentos, na formulação de produtos dietéticos e cafés. 7Bioquímica de cereais Há muitas variedades diferentes de cereais e elas compartilham de similaridades na estrutura do grão. Os cereais são grãos pertencentes à família Gramineae e muito importantes nutri- cionalmente e economicamente. Os cereais consistem do gérmen que contém o material genético para a formação de uma nova planta. A melhor opção de consumo dos grãos é na sua forma integral, ou seja, sem passar pelo processo de refinamento. Cereais integrais O consumo de cereais integrais deve ser sempre priorizado devido à maior quantidade de nutrientes e também pela presença de fi bras que podem auxiliar na prevenção de doenças crônicas, especialmente as cardiovasculares. O consumo de cereais integrais ainda não é tão comum pela população devido à falta de hábito e também pela certa difi culdade de preparo. A presença da aleurona que cobre o endosperma traz algumas características para a seleção e preparo de alimentos: Aumento do tempo de cocção: a gelatinização do endosperma depende da hidratação do amido e a aleurona é considerada uma barreira natural à entrada de água no grão, por isso o maior tempo de cocção. Maior resistência ao corte: exige-se maior tempo de mastigação para que possam ser deglutidos. Maior perecibilidade: o maior teor de nutrientes contribui para o menor prazo de vida útil do produto, portanto, devem ser refrigerados ou comprados em menores quantidades. Menor aglutinação de grãos pela gelatinização: este é um fenômeno observado no preparo de arroz integral. A presença da aleurona dificulta o processo de gelatinização. Necessidade de adaptação aos processos de panificação: O batimento requer mais energia e são necessárias quantidades maiores de fermento químico ou biológico, além do uso de glúten para formar uma massa mais maleável. Bioquímica de cereais 8 Processos de gelatinização, dextrinização e retrogradação do amido O amido é o mais abundante carboidrato de reserva em plantas, constituindo-se também em importante fonte energética para a alimentação humana. O amido é formado por grânulos que são misturas heterogêneas de duas macromolé- culas: amilose e amilopectina, que diferem no tamanho molecular e grau de ramifi cação. A amilose é uma molécula essencialmente linear formada por unidades de glicose, enquanto a amilopectina é uma molécula altamente ramifi cada, também composta de unidades de glicose. As proporções em que estas estruturas aparecem diferem entre as diversas fontes, entre variedades de uma mesma espécie e ainda, numa mesma variedade, de acordo com o grau de maturação da planta. Estas variações podem resultar em grânulos de amido com propriedades físico-químicas e funcionais diferenciadas, o que pode afetar sua utilização em alimentos ou aplicações industriais. O amido apresenta grande importância nutricional e industrial. Encontra-se amplamente distribuído em diversas espécies vegetais, como carboidrato de reserva, sendo abundante em grãos de cereais, raízes e tubérculos. É a fonte mais importante de carboidratos na alimentação humana, representando 80 a 90% de todos os polissacarídeos da dieta. Além da sua importância nutricional, o amido apresenta importante papel tecnológico em alimentos processados. De acordo com o processamento, o amido sofre algumas alterações em sua estrutura que alteram as características sensoriais do produto final, prin- cipalmente a textura. As principais alterações bioquímicas do amido são: gelatinização, dextrinização e retrogradação. Gelatinização Em água fria, o amido é insolúvel. Entretanto, quando aquecidas, as molé- culas iniciam um processo vibratório intenso, ocorrendo quebra das pontes de hidrogênio intermoleculares. Este processo descrito na Figura 3 permite a entrada de água que promove a gelatinização do amido. 9Bioquímica de cereais Figura 3. Comportamento dos grânulos de amido em meio de água quente e fria. Fonte: Nutrição em prática (2009). Para saber mais sobre o processo de gelatinização, leia o artigo: DENARDIN, C. C.; SILVA, L. P. da. Estrutura dos grânulos de amido e sua relação com propriedades físico-químicas. https://goo.gl/t3xQ7c A gelatinização é a dilatação dos grânulos em água aquecida que deriva o aumento do volume. A partir da temperatura de 58°C, os amidos começam a se romper liberando cadeias de amilose ao meio aquoso e, posteriormente, amilopectina, fazendo com que toda água livre seja absorvida formando uma pasta viscosa. Responsável pelo espessamento, estrutura e textura (Figura 3). Durante o processo de gelatinização, o grânulo intumesce e a viscosidade aumenta. Cada fonte de amido possui uma temperatura de gelatinização diferente, sendo que a das raízes e tubérculos apresentam temperatura de gelatinização menor. Os grânulos de amido não incham todos ao mesmo tempo, devido a fatores como tamanho dos grânulos, proporção amilose e amilopectina. A gelatini- zação completa do amido só ocorre quando o meio contém água em grande quantidade, e em muitos sistemas alimentícios, como massa de pão, isso não ocorree a gelatinização é apenas parcial. O processo de intumescimento prossegue até o ponto de máxima viscosi- dade, a partir do qual, qualquer energia extra fornecida sob a forma de calor ou agitação irá “quebrar” o gel formado, fazendo diminuir a viscosidade. Bioquímica de cereais 10 https://goo.gl/t3xQ7c O amido gelatinizado, seja total ou parcialmente, forma uma pasta. A medida que essa pasta se esfria, forma-se um gel de amido, no qual uma pequena quantidade de sólidos mantém presa grande quantidade de água. Na Figura 4 observe como ocorre a gelatinização do amido. Figura 4. Gelatinização do amido. Fonte: Uma química irresistível (2011). Dextrinização A dextrinização do amido é a hidrólise provocada pelo aquecimento prolon- gado ou pela ação de substâncias ácidas e/ou básicas. Este processo conduz a uma alteração estrutural do amido através do rompimento gradativo das membranas liberando dextrina. Em termos nutricionais, a dextrinização ajuda a melhorar a digestão do amido. Para a tecnologia, os amidos dextrinizados têm como principais apli- cações: espessamento; textura das preparações; retenção da umidade em produtos empanados, que necessitam suportar altas temperaturas no momento da fritura; agente selante em confeitos, para não permitir que o açúcar se desprenda do centro do confeito e migre para o exterior, e encapsulamento de aromas na forma de pó. 11Bioquímica de cereais A farinha dextrinizada é utilizada na elaboração de alimentos infantis por ser de mais fácil digestão e ainda como um agente espessante de molhos, conferindo melhores características sensoriais. Retrogradação A retrogradação é um fenômeno complexo e varia de acordo com diversos fatores, como: temperatura e tempo de armazenamento; pH; fonte de amido; presença de outros componentes (lipídeos, eletrólitos e açúcares) e condições de processamento. Quando é armazenado e resfriado, o amido gelatinizado pode sofrer o fenômeno denominado de retrogradação. Com o passar do tempo, as moléculas do amido vão perdendo energia e as ligações de hidrogênio tornam-se mais fortes, assim, as cadeias começam a reassociar-se num estado mais ordenado. Essa reassociação culmina com a formação simples de duplas hélices, resul- tando no enredamento ou na formação de zonas de junção entre as moléculas, formando áreas cristalinas. Como a área cristalizada altera o índice de refração, o gel vai se tornando mais opaco à medida que a retrogradação se processa. Como consequência, a viscosidade da pasta aumenta, convertendo-se num sistema viscoelástico turvo ou em concentrações de amido suficientemente altas num gel elástico opaco. Este é um fenômeno decorrente da reaproximação das moléculas pela re- dução de temperatura durante o resfriamento do gel, ocorrendo formação de pontes de hidrogênio intermoleculares e liberação de água existente entre as moléculas (sinérese). O processo de retrogradação tem maior propensão de ocorrer em amidos com altos teores de amilose, resultando em contração, aumento da firmeza e aumento da opacidade gel. Esta é uma característica indesejável para a maioria dos produtos, por exemplo, é a principal causa de envelhecimento de pães. No entanto, alguns alimentos, como flans, pudins e manjares têm este fator como aliado. A repetição de ciclos congelamento-descongelamento acelera drasticamente a retrogradação e a sinérese. Porém, a principal influência da retrogradação Bioquímica de cereais 12 é observada na textura, aceitabilidade e digestibilidade dos alimentos que contêm amido. Quanto à digestibilidade, pode-se relacionar à retrogradação, principalmente da amilose, com menor disponibilidade de nutrientes às enzimas digestivas. Esse evento torna a digestão e a absorção, especialmente do amido, menor e/ ou mais lenta, resultando em menor resposta glicêmica, situação desejável em diversos indivíduos, como aqueles com sobrepeso ou problemas de glicemia. 1. Os cereais são alimentos cultivados no mundo todo e possuem muitos tipos diferentes. Em relação aos tipos de cereais assinale a alternatia CORRETA a) A maior parte da produção da cevada é destinada ao consumo humano sendo utilizada em muitas preparações. b) O centeio é um cereal muito versátil e pode ser utilizado para produção de muitos produtos de panificação. c) A aveia pode ser utilizada para a produção de produtos fermentados como whisky. d) O milho é um dos cereais mais versáteis sendo considerado a matéria prima para a produção de muitos derivados. e) O sorgo e o centeio são denominados também de pseudocereais. 2. Em relação ao arroz e seus vários tipos assinale a alternativa CORRETA. a) O arroz arbóreo é muito utilizado na culinária tailandesa pelas suas características perfumadas. b) O grão de arroz não que teve a camada de aleurona removida denomina-se arroz polido. c) O arroz integral oferece maior resistência à absorção da água pelo endosperma. d) O arroz polido se diferencia do arroz parboilizado porque o parboilizado não passou por processo de polimento. e) O grão parboilizado é mais facilmente gelatinizado que os outros. 3. Com relação às características do grão de cereal assinale a alternativa CORRETA. a) O endosperma é considerado a parte vital das sementes. b) O pericarpo é fundamental na estrutura do grão, pois possui funções de proteção, regulação e delimitação. c) O endosperma é a camada intermediaria dos cereais, rica em proteínas, ou seja, o principal depósito de energia da planta. 13Bioquímica de cereais d) O germen é a camada que apresenta maior concentração de fibras. e) Os cereais integrais são aqueles que passam pelo processo de beneficiamento aonde são removidos o farelo e o gérmen. 4. A respeito dos processos bioquímicos do amido, avalie as afirmativas abaixo e, assinale a alternativa CORRETA. a) O amido é um polissacarídeo formado por duas frações de polímeros, sendo a amilose ramificada e a amilopectina linear. b) O processo de envelhecimento de pães é uma consequência da gelatinização seguida da dextrinização do amido resultando no aumento da firmeza e perda do frescor do produto. c) A amilopectina é a fração linear do amido responsável pela formação de gel. d) No aquecimento, os grânulos de amido perdem agua, e por isso formam misturas com características liquidas. e) A retrogradação é o efeito causado pela associação entre as cadeias do amido, provocando a sinérese, caracterizada pela saída de água dessas estruturas. 5. O processo caracterizado pela hidrólise do amido provocada pelo aquecimento prolongado ou pela ação de substancias acidas e ou básicas conduzindo a uma alteração estrutural através do rompimento gradativo das membranas , chama-se: a) Gelatinização. b) Dextrinização. c) Gelificação. d) Coagulação. e) Retrogradação. Bioquímica de cereais 14 DENARDIN, C. C.; SILVA, L. P. da. Estrutura dos grânulos de amido e sua relação com propriedades físico-químicas. Ciência Rural, Santa Maria, v. 39, n. 3, p. 945-995, maio/ jun. 2009. Disponível em: <http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pi d=S0103-84782009000300052>. Acesso em: 27 ago. 2017. DICAS DE SAÚDE. Os 15 benefícios do cereais para saúde. 04 maio 2016. Disponível em: < ttp://www.saudedica.com.br/os-15-beneficios-do-cereais-para-saude/>. Acesso em: 27 ago. 2017. NUTRIÇÃO EM PRÁTICA. Experiência com amido. 15 nov. 2009. Disponível em: <http:// nutrio2009.blogspot.com.br/2009/11/experiencia-com-amido.html>. Acesso em: 27 ago. 2017. 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