antioxidant properties and physical, sensory and nutritional characteristics of extruded corn

274 Pages·2015·4.64 MB·English

LUDMILLA DE CARVALHO OLIVEIRA

ANTIOXIDANT PROPERTIES AND PHYSICAL, SENSORY
AND NUTRITIONAL CHARACTERISTICS OF EXTRUDED CORN-
BASED BREAKFAST CEREAL ELABORATED WITH WHOLE
GRAIN WHEAT FLOUR AND JABUTICABA (Myrciaria cauliflora)
PEEL POWDER

PROPRIEDADES ANTIOXIDANTES E CARACTERÍSTICAS
FÍSICAS, SENSORIAIS E NUTRICIONAIS DE CEREAL MATINAL
EXTRUSADO À BASE DE MILHO ELABORADO COM FARINHA DE
TRIGO DE GRÃO INTEIRO E CASCA DE JABUTICABA (Myrciaria
cauliflora) EM PÓ

CAMPINAS
2015

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UNIVERSIDADE ESTADUAL DE CAMPINAS
Faculdade de Engenharia de Alimentos

LUDMILLA DE CARVALHO OLIVEIRA

ANTIOXIDANT PROPERTIES AND PHYSICAL, SENSORY AND NUTRITIONAL
CHARACTERISTICS OF EXTRUDED CORN-BASED BREAKFAST CEREAL
ELABORATED WITH WHOLE GRAIN WHEAT FLOUR AND JABUTICABA
(Myrciaria cauliflora) PEEL POWDER

PROPRIEDADES ANTIOXIDANTES E CARACTERÍSTICAS FÍSICAS,
SENSORIAIS E NUTRICIONAIS DE CEREAL MATINAL EXTRUSADO À BASE
DE MILHO ELABORADO COM FARINHA DE TRIGO DE GRÃO INTEIRO E
CASCA DE JABUTICABA (Myrciaria cauliflora) EM PÓ
Thesis presented to the School of Food Engineering of
the University of Campinas in partial fulfillment of the
requirements for the Ph.D. degree in Food Technology
Tese apresentada à Faculdade de Engenharia de
Alimentos da Universidade Estadual de Campinas como
parte dos requisitos exigidos para a obtenção do título de
Doutora em Tecnologia de Alimentos

Supervisor/Orientador: Profa. Dra. Caroline Joy Steel
Este exemplar corresponde à versão final da tese
defendida pela aluna Ludmilla de Carvalho Oliveira
e orientada pela Profa. Dra. Caroline Joy Steel

_______________________________________________________
ASSINATURA DO ORIENTADOR

CAMPINAS
2015
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Ficha catalográfica
Universidade Estadua de Campinas
Biblioteca da Faculdade de Engenharia de Alimentos
Claudia Aparaecida Romano – CRB 8/5816

Informações para Biblioteca Digital
Título em outro idioma: Propriedades antioxidantes e características físicas, sensoriais e
nutricionais de cereal matinal extrusado à base de milho elaborado com farinha de trigo de grão
inteiro e casca de jabuticaba (Myrciaria Cauliflora) em pó
Palavras-chave em inglês:
Breakfast cereal
Cooking extrusion
Starch
Dietary fiber
Phenolic compounds
Área de concentração: Tecnologia de Alimentos
Titulação: Doutora em Tecnologia de Alimentos
Banca examinadora:
Caroline Joy Steel [Orientador]
Maria Teresa Pedrosa Silva Clerici
Mario Roberto Marostica Junior
Reinaldo Eduardo Ferreira
Ana Carolina Conti e Silva
Data de defesa: 26-06-2015
Programa de Pós-Graduação: Tecnologia de Alimentos
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BANCA EXAMINADORA

Profa. Dra. Caroline Joy Steel
Orientadora

Profa. Dra. Maria Teresa Pedrosa Silva Clerici
Membro Titular
Universidade Estadual de Campinas

Dr. Mario Roberto Marostica Junior
Membro Titular
Universidade Estadual de Campinas

Dr. Reinaldo Eduardo Ferreira
Membro Titular
Dedini S/A Indústrias de Base

Profa. Dra. Ana Carolina Conti e Silva
Membro Titular
Uninversidade Estadual de São Paulo- IBILCE

Dr. Marcio Schmiele
Membro Suplente
Universidade Estadual de Campinas

Dra. Rita de Cássia Salvucci Celeste Ormenese
Membro Suplente
Instituto de Tecnologia de Alimentos-CCQA

Pfra. Dra. Thaís de Souza Rocha
Membro Suplente
Universidade Estadual de Londrina

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ABSTRACT
Extrusion is the main technology used to obtain “ready-to-eat” (RTE) breakfast cereals,
being starch their main structural component. The process submits the ingredients to
conditions of high temperature, high pressure, low moisture, and shear. Aware of the
growing demand of consumers concerned with their health, studies have shown that is
possible to introduce ingredients that enhance the nutritional and/or functional value of
extruded products and, in the case of breakfast cereals, whole-grain wheat flour and fruit
products are examples with the potential of associating functionality to the product. The
objective of this study was to evaluate the effect of the substitution of corn flour (CF) by
whole-grain wheat flour (WGWF), extrusion temperature and raw-material moisture
content on the technological, sensory and nutritional properties of RTE breakfast cereals.
The breakfast cereals were produced following a 23 central composite rotatable design (18
trials), being the independent variables: WGWF ratio, feed moisture and temperature of 2rd
and 3th barrel zones. The extruded products were evaluated in terms of physical, chemical
and nutritional aspects. The optimum point (OP) was selected, empirically, considering
intermediate sectional expansion, maximum dietary fiber (legislation value), minimum
compression force and maximum crispness, mainly after immersion in milk. In a second
stage, four breakfast cereal formulations were processed at temperature and feed moisture
corresponding to the OP (100°C and 16%, respectively) and with jabuticaba peel powder
(JPP) inclusion, being: (1) 100% CF; (2) 20% CF + 80% WGWF (3) 10% CF + 10% JPP +
80% WGWF e (4) 90% CF + 10% JPP. The breakfast cereals were evaluated in terms of
technological (expansion index, bulk density, dry texture, texture after soaking in milk,
water solubility index and water absorption index), nutritional (total dietary fiber) and
sensorial quality (sensorial acceptability and purchase intention). The phenolic profile and
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antioxidant activity of cereals and raw materials were also evaluated by high performance
liquid chromatograph (HPLC) and oxygen radical absorbance capacity (ORAC assay),
respectively. The combination of wholemeal wheat flour with corn flour was a good
alternative for increasing the fibre content of extruded products. The textural properties of
the extrudates, hardness and crispness, were mainly influenced by WGWF and feed
moisture; with changing in properties after soaking in whole milk. In relation to color, the
extrudates elaborated with high amount of WGWF at high temperature or high feed
moisture content was darker. The starch nature as well the fiber presence governed the
starch transformations and interactions (gelatinization, amylose-lipid formation and
retrogradation). The low sugar breakfast cereals from WGWF and JPP showed acceptable
physical and sensory characteristics. The anthocyanins, cyanidin 3-glucoside (cyd-gluc)
and delphinidin 3-glucoside (dpd-gluc), and ferulic acid were the predominant phenolic
compounds in raw materials (JPP and WGWF, respectively), and were also identified in
extrudates, which showed in vitro antioxidant activity
Keywords: breakfast cereal, cooking extrusion, starch, dietary fiber, phenolic compounds.

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RESUMO
A extrusão é a principal tecnologia utilizada na obtenção de cereal matinal ready-to-eat
(RTE), sendo o amido o principal constituinte estrutural. O processo ocorre sob condições
de alta temperatura, alta pressão, baixa umidade e cisalhamento. Atentos à crescente
demanda de consumidores preocupados com a saúde, estudos têm mostrado que é possível
introduzir ingredientes na formulação de extrusados que incrementem o seu valor
nutricional e/ou funcional e, no caso de cereal matinal, a farinha de trigo de grão inteiro e
os produtos derivados de frutas são exemplos com potencial de associar funcionalidade ao
produto. O objetivo deste trabalho foi avaliar o efeito da substituição da farinha de milho
(FM) por farinha de trigo de grão inteiro (FTGI), da umidade de alimentação da matéria-
prima e da temperatura de extrusão sobre as propriedades tecnológicas, sensoriais e
nutricionais de cereal matinal RTE. Os cereais matinais foram elaborados seguindo um
delineamento composto central rotacional 23 (18 ensaios), sendo as variáveis
independentes: proporção de FTGI, umidade de alimentação da matéria-prima e
temperatura das zonas 3 e 4 da extrusora. Os produtos extrusados foram avaliados quanto
aos aspectos físicos, químicos, nutricionais e sensoriais. O ponto ótimo foi selecionado de
forma empírica, tendo como critérios de definição expansão intermediária, máximo teor de
fibra alimentar (considerando os valores estabelecidos pela legislação), mínima dureza e
máxima crocância, principalmente após imersão em leite. Com base nisso, quatro
formulações de cereal matinal foram processadas nas condições de temperatura e umidade
do ponto ótimo (100°C e 16%, respectivamente) e com inclusão de casca de jabuticaba em
pó (CJP), sendo: (1) 100% de FM; (2) 20% FM + 80% FTGI; (3) 10% FM + 10% CJP +
80% FTGI e (4) 90% FM + 10% CJP. Os cereais resultantes foram igualmente avaliados
quanto a sua qualidade tecnológica (índice de expansão, densidade aparente, textura a seco,
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textura em leite, índice de solubilidade em água, índice de absorção de água), nutricional
(fibra alimentar total, perfil de fenólicos e atividade antioxidante) e sensorial (testes de
aceitação e de intenção de compra). O perfil de fenólicos e a atividade antioxidante dos
cereais matinais e matérias-primas foram avaliados por cromatografia líquida de alta
eficiência (CLAE) e pela capacidade de absorbância do radical oxigênio (ORAC). A
combinação de FTGI com FM foi uma boa alternativa para o incremento do teor de fibra
alimentar nos produtos extrusados. As propriedades de textura dos extrusados, dureza e
crocância, foram principalmente influenciadas pela FTGI e umidade de alimentação; com
alterações nas propriedades após imersão em leite. Em relação à cor, os cereais elaborados
com alto teor de FTGI à alta temperatura ou alto teor de umidade foram mais escuros. A
natureza do amido, tão bem como a presença de fibra governou o processo de gelatinização,
a formação do complexo amilose-lipídeo e a retrogradação. Os cereais matinais contendo
FTGI e CJP apresentaram aceitáveis características físicas e sensoriais. Antocianinas,
cianidina 3-glicosídeo e delfinidina 3-glicosídeo, e ácido ferúlico foram os compostos
fenólicos predominantes na CJP e FTGI, respectivamente, e também presentes nos cereais
após extrusão, os quais apresentaram atividade antioxidante in vitro.
Palavras-chaves: cereal matinal, extrusão termoplástica, amido, fibra alimentar, compostos
fenólicos.

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