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Renata Capanema Mussolini
Caracterização físico-química e rendimento da
moagem úmida de quatro híbridos
de milho
São José do Rio Preto – SP
2009
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1
Renata Capanema Mussolini
Caracterização físico-química e rendimento da
moagem úmida de quatro híbridos
de milho
Dissertação apresentada para obtenção do título de
Mestre em Engenharia e Ciência de Alimentos,
área de Ciência e Tecnologia de Alimentos junto
ao Programa de Pós-Graduação em Engenharia e
Ciência de Alimentos do Instituto de Biociências,
Letras e Ciências Exatas da Universidade Estadual
Paulista “Júlio de Mesquita Filho”, Campus de São
José do Rio Preto.
Orientador: Prof. Dr. José Francisco Lopes Filho
São José do Rio Preto – SP
2009
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Mussolini, Renata Capanema.
Caracterização físico-química e rendimento da moagem úmida de
quatro híbridos de milho / Renata Capanema Mussolini. - São José do
Rio Preto : [s.n.], 2009.
58 f. : il. ; 30 cm.
Orientador: José Francisco Lopes Filho
Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual Paulista, Instituto de
Biociências, Letras e Ciências Exatas
1. Tecnologia de alimentos. 2. Milho - Moagem úmida. 3. Milho -
Maceração. 4. Milho - Caracterização. I. Lopes Filho, José Francisco.
II. Universidade Estadual Paulista, Instituto de Biociências, Letras e
Ciências Exatas. III.Título.
CDU - 664.25
Ficha catalográfica elaborada pela Biblioteca do IBILCE
Campus de São José do Rio Preto - UNESP
3
Renata Capanema Mussolini
Caracterização físico-química e rendimento da
moagem úmida de quatro híbridos
de milho
Dissertação apresentada para obtenção do título de
Mestre em Engenharia e Ciência de Alimentos,
área de Ciência e Tecnologia de Alimentos junto
ao Programa de Pós-Graduação em Engenharia e
Ciência de Alimentos do Instituto de Biociências,
Letras e Ciências Exatas da Universidade Estadual
Paulista “Júlio de Mesquita Filho”, Campus de São
José do Rio Preto.
BANCA EXAMINADORA
Prof. Dr. José Francisco Lopes Filho
Universidade Estadual Paulista – UNESP
São José do Rio Preto – SP
Profª. Drª. Silene Bruder Silveira Sarmento
Escola Superior de Agricultura “Luiz de Queiroz”
ESALQ - USP
Piracicaba-SP
Elizeu Trabuco
Universidade Estadual Paulista – UNESP
São José do Rio Preto – SP
São José do Rio Preto, 19 de fevereiro de 2009
4
AGRADECIMENTO
Agradeço aos meus pais, irmãos e André Fernando pelo apoio que sempre recebi; ao meu
querido orientador José Francisco, pela paciência e lições que me fizeram enxergar muito
além do que pensava que era capaz; às alunas de graduação Tayana Martins e Fabiana
Guarnieri pelo auxílio na caracterização físico-química do milho e a Beatriz Mariani pelas
análises de proteína residual no amido; aos técnicos João Jesuíno e Newton, por toda ajuda
que me forneceram no laboratório durante as moagens; à FAPESP pelo auxílio pesquisa
concedido em 2006; à Aildson Pereira Duarte pelo fornecimento das amostras e apoio; aos
amigos que fiz ao longo deste tempo, que me apoiaram e caminharam ao meu lado e,
logicamente, agradeço a Deus, criador de tudo, pela oportunidade de conhecer pessoas tão
maravilhosas que só acrescentaram novos conhecimentos e experiências em minha vida.
Todas as pessoas que conheci estarão guardadas pra sempre, com muito amor e carinho,
dentro do meu coração.
5
RESUMO
Na moagem úmida obtêm-se frações do milho relativamente puras: germe, amido, fibra e
glúten. A etapa mais importante do processo é a maceração, que consiste da imersão dos grãos
em solução de ácido lático e dióxido de enxofre (SO
2
), à temperatura e pH controlados. As
concentrações de ácido lático adicionado ou produzido durante a maceração e SO
2
adicionado,
pH e temperatura da solução de maceração afetam diretamente o rendimento da moagem e
podem ser variados e combinados para melhores resultados. Além das condições do processo,
o tipo de grão e suas características físico-químicas influenciam no rendimento e qualidade
dos subprodutos da moagem. Um problema comum no Brasil é o pré-julgamento dos grãos
pela aparência, muitas vezes realizado sem critérios técnicos, causando a rejeição indevida do
produto pelas indústrias moageiras. O objetivo desta pesquisa foi caracterizar físico-
quimicamente, quatro híbridos e estudar a influência do tipo de grão nos rendimentos dos
subprodutos da moagem úmida. Duas concentrações de ácido lático na solução de maceração
também foram testadas: 0,55 e 1,00 %. Os híbridos de milho foram desenvolvidos pelo
Instituto Agronômico de Campinas (IAC) e produzidos na região Sudoeste do estado de São
Paulo. Os híbridos foram: Dow2b587 (aparência “dentada” ou “mole”), Somma (aparência
vítrea, dura) e A2555 e 30F98, ambos com dureza aparentemente intermediária. As
propriedades físicas analisadas foram o tamanho dos grãos, esfericidade, diâmetro
geométrico, massa de cem grãos, porosidade, porcentagem de grãos boiantes e peso
volumétrico. Por meio de análises de composição centesimal, determinou-se a constituição
química dos grãos. Testes de moagem úmida foram realizados para cada tipo de milho, os
quais foram macerados em duas concentrações de ácido lático. As características
apresentaram-se dentro de valores esperados. Diferenciaram-se estatisticamente entre os grãos
a porcentagem de grãos boiantes (2,33 à 24,67 %), peso volumétrico (814 à 850 g.L
-1
), massa
de cem grãos (33 à 37 g), umidade (11,86 à 12,20 %), proteínas (8,21 à 9,06 %), lipídios (3,00
à 4,77 %) e cinzas (1,07 à 1,26 %). Verificou-se que não houve boa relação entre os
rendimentos da moagem úmida com as características físico-químicas dos grãos. Assim, um
julgamento preliminar baseado apenas na aparência pode ocasionar rejeição de um grão com
elevado potencial produtivo. A maior concentração do ácido lático (1,00 %) na solução de
maceração facilitou os procedimentos de moagem, principalmente na recuperação do germe.
Porém não foram observadas diferenças significativas (a 5 % de probabilidade) nos
rendimentos de amido e nos subprodutos para os dois níveis de ácido utilizados.
6
ABSTRACT
In corn wet milling it is obtained grain fractions relatively pure: germ, starch, fiber, and
gluten. Steeping is the most important step of the process which consists in soaking the
kernels in sulfurous acid solution at controlled temperature and pH. The concentrations of
lactic acid produced during steeping and sulfur dioxide (SO
2
) added, as well, as pH and
temperature, affect the milling yields and can be changed and combined to reach better
results. Besides process conditions, grain type and its physico-chemical characteristics also
influence milling products yields and quality. A common problem in Brazil is the pre-
judgment of the grains by their aspect, sometimes without technical criterions, causing the
rejection of the product by milling industries. The objective of this work was to characterize
physically and chemically four new corn hybrids and to study the influence of each grain type
in the products yields of the wet milling. Two lactic acid concentrations in the steeping
solution were also tested: 0.5 and 1.0%. The corn hybrids were developed by Agronomic
Institute of Campinas (IAC) and produced in the northwest region of São Paulo state. The
hybrids were the Dow2b587 (dented and soft appearance), the Somma (vitreous and hard
appearance), A2555 and 30F98, both with intermediate hardness appearance. The physical
properties determined were grain size, sphericity, geometric diameter, 100 grains mass,
porosity, percentage of floating kernels, and volumetric weigh. Through centesimal
composition analyses it was determined the chemical constitution of the corns. Wet milling
tests were performed for each hybrid steeped in two lactic acid concentrations solutions. All
characteristics of the grains presented similar values to the literature. Some results were
statistically different among hybrids, i.e., percentage of floating kernels (2.33 to 24.67 %),
volumetric weigh (814 to 850 g.L
-1
), 100 grains mass (33 à 37 g), moisture content (11.86 to
12.20 %), protein (8.21 to 9.06 %), lipids (3.00 to 4.77 %) and ash (1.07 to 1.26 %). There
were no relationships of wet milling yields with the physic-chemical characteristics of the
corns. Thus, a previous judgment based only in the aspect of the grains can induce a rejection
of a product with a high industrial potential. The higher lactic acid concentration (1.0%) in the
steeping solution made all milling procedures easier, mainly in the germ separation step.
However, there were no statistics differences (5% probability level) among milling products
yields between the two acid concentrations.
7
SUMÁRIO
1 INTRODUÇÃO.............................................................................................................
11
2 OBJETIVOS..................................................................................................................
13
3 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA...................................................................................... 14
3.1 O milho e suas características................................................................................ 14
3.2 Estrutura e características dos grãos...................................................................... 16
3.3 Industrialização do milho....................................................................................... 17
3.3.1 Processo de moagem úmida........................................................................... 18
3.3.1.1 Função do ácido lático e do SO
2
............................................................ 20
3.4 Qualidade dos grãos para a indústria.....................................................................
25
4 MATERIAIS E MÉTODOS.......................................................................................... 28
4.1 Matéria-prima.........................................................................................................
28
4.1.1 Preparação das amostras................................................................................ 29
4.2 Caracterização física dos grãos.............................................................................. 29
4.2.1 Tamanho dos grãos........................................................................................ 29
4.2.2 Diâmetro geométrico......................................................................................
30
4.2.3 Massa de cem grãos....................................................................................... 30
4.2.4 Esfericidade.................................................................................................... 30
4.2.5 Porosidade...................................................................................................... 31
4.2.6 Grãos boiantes................................................................................................ 31
4.2.7 Peso volumétrico............................................................................................ 32
4.3 Composição centesimal do grão............................................................................ 32
4.4 Moagem úmida dos grãos...................................................................................... 33
4.4.1 Umidade......................................................................................................... 33
4.4.2 Maceração...................................................................................................... 34
4.4.3 Recuperação do germe................................................................................... 35
4.4.4 Segunda moagem........................................................................................... 36
4.4.5 Recuperação da fibra...................................................................................... 37
4.4.6 Separação amido-proteína.............................................................................. 37
4.4.7 Recuperação da proteína................................................................................ 38
4.4.8 Determinação de sólidos solúveis.................................................................. 39
4.4.9 Análise do teor protéico residual do amido obtido........................................ 39
4.5 Delineamento experimental e análise de resultados...............................................
39
5 RESULTADOS E DISCUSSÃO................................................................................... 41
5.1 Caracterização física dos grãos.............................................................................. 41
5.2 Composição centesimal dos grãos de milho.......................................................... 44
5.3 Moagem úmida dos grãos de milho....................................................................... 46
5.4 Análise do teor protéico residual do amido...........................................................
50
6 CONCLUSÕES.............................................................................................................
52
7 BIBLIOGRAFIA........................................................................................................... 53
1
LISTA DE FIGURAS
FIGURA 1 - Seção transversal de um grão de milho................................................
15
FIGURA 2 - Tipos de milho......................................................................................
16
FIGURA 3 - Fluxograma do processo de moagem úmida de milho industrial por
via úmida..............................................................................................
19
FIGURA 4 - Híbridos de milho usados para as moagens.........................................
28
FIGURA 5 - Eixos A, B e C medidos nos grãos de milho........................................
30
FIGURA 6 - Fluxograma da moagem úmida do milho.............................................
34
FIGURA 7 - Sistema de maceração dos grãos de milho...........................................
35
FIGURA 8 - Blender utilizado para primeira moagem.............................................
35
FIGURA 9 - Recuperação do germe.........................................................................
36
FIGURA 10 - Moinho de discos (segunda moagem)..................................................
36
FIGURA 11 - Peneira vibratória e fibra recuperada...................................................
37
FIGURA 12 - Etapa de recuperação do amido............................................................
38
FIGURA 13 - Recuperação da proteína......................................................................
38
FIGURA 14 - Distribuição da esfericidade dos quatro híbridos de milho..................
42
FIGURA 15 - Distribuição do diâmetro dos quatro híbridos de milho.......................
42
FIGURA 16 - Peso volumétrico em função da porcentagem de grãos boiantes.........
43
2
LISTA DE TABELAS
TABELA 1 - Comparação entre os dados de rendimento da indústria com os de
laboratório e escala piloto....................................................................
24
TABELA 2 - Delineamento experimental das moagens úmidas...............................
39
TABELA 3 - Características físicas dos grãos dos quatro híbridos de milho............
41
TABELA 4 - Composição centesimal dos grãos de milho........................................
45
TABELA 5 - Rendimentos dos subprodutos recuperados nas moagens úmidas dos
quatro híbridos de milho......................................................................
46
TABELA 6 -
Porcentagens de proteína nos amidos obtidos......................................
51
3
LISTA DE EQUAÇÕES
EQUAÇÃO 1 - Cálculo do diâmetro geométrico..........................................................
30
EQUAÇÃO 2 - Cálculo da esfericidade........................................................................
31
EQUAÇÃO 3 - Cálculo da porosidade..........................................................................
31
EQUAÇÃO 4 - Cálculo do rendimento dos subprodutos..............................................
33
EQUAÇÃO 5 - Cálculo do rendimento total da moagem..............................................
33
11
1INTRODUÇÃO
O milho é um dos cereais mais importantes cultivados no mundo. É um produto
agrícola de largo consumo, na alimentação humana e animal, sendo também matéria-prima,
de fácil manipulação e conservação para um expressivo complexo industrial. Por ser um
cereal altamente energético, é muito utilizado como componente principal de rações e demais
alimentos. Traz em sua composição vitaminas A e do complexo B, proteínas, gorduras,
carboidratos, cálcio, ferro, fósforo, amido e fibras. Possui inúmeras aplicações: a planta inteira
serve de alimentação para os animais; os grãos, além disto, são empregados para fabricar
vários produtos, alguns de obtenção mais simples (fubá, canjica e farinha) e outros que
exigem manufatura mais complexa, como o amido, a dextrina e a glicose. O que diferencia a
obtenção destes produtos são os métodos de industrialização, que podem ser pela moagem a
seco ou úmida. Além destes processos, o milho também é utilizado para a produção de álcool.
O aumento no preço no petróleo e as preocupações com o meio ambiente têm levado o mundo
a buscar alternativas, e o álcool desponta como principal promessa.
Na moagem seca, o milho limpo é diretamente degerminado e separado em
endosperma e germe. A redução do endosperma em diferentes tamanhos produz diversos tipos
de produtos. Os principais são o fubá comum, canjica, fubá mimoso, quirera e farelos para
ração.
A moagem úmida é responsável pela obtenção de amido e subprodutos como o
germe, fibra e proteína (glúten). Tais subprodutos são de grande importância. O amido,
produto principal, é utilizado em diferentes aplicações como na indústria têxtil, de mineração,
de processamento de couros, de papelaria, de filmes fotográficos, de produtos de limpeza,
plásticos, pneus, tintas, fogos de artifício, adesivos, além da indústria alimentícia, onde é
empregado principalmente para melhorar as propriedades de textura, emulsificação e
solubilidade de alimentos industrializados.
O germe é destinado à fabricação de óleo de milho que possui uma composição
favorável em termos de ácidos graxos essenciais, sendo considerado de alta qualidade. Já a
fibra e a proteína ainda são, principalmente, utilizadas para a produção de ração. Entretanto,
há estudos visando o melhor aproveitamento destes subprodutos.
A principal etapa da moagem úmida é a maceração, pois envolve transformações
químicas e bioquímicas, que irão facilitar a separação dos subprodutos. Nesta etapa o grão é
imerso em solução com temperatura, tempo e concentrações de ácido lático e SO
2
controladas. Todos estes fatores possuem grande importância no processo, sendo que o ácido
12
lático e o SO
2
têm como função
amaciar o grão e auxiliar na liberação do amido das redes de
proteínas, respectivamente. A temperatura de 52ºC e o baixo pH são ideais para facilitar a
hidratação e o amaciamento do grão, ajudando assim na separação de seus componentes.
Sabe-se que há influência de inúmeros fatores nos rendimentos finais dos
subprodutos. Muitos estão relacionados com o processo, principalmente na etapa de
maceração (tempo de maceração, temperatura, quantidade de ácido utilizado, etc.) e outros ao
tipo, tamanho e composição do grão de milho. Por exemplo, quanto maior a hidratação do
grão, menor é o tempo de maceração, quanto maior a dureza do endosperma maior é a
dificuldade de hidratação e de quebra mecânica do grão. No entanto, ainda se tratando do tipo
de grão, existem também fatores de influência não comprovados como, por exemplo, sua
aparência, que pode estar limitando a comercialização e industrialização, fazendo com que
indústrias rejeitem um produto de qualidade acreditando não ter rendimento adequado.
Inúmeras pesquisas vêm sendo realizadas com o objetivo de aperfeiçoar o processo,
sempre visando a otimização e obtenção de melhor rendimento e qualidade do amido, germe,
glúten e fibra. A maioria delas envolve variações na etapa de maceração. No entanto, poucas
pesquisas são realizadas para caracterização físico-química de diferentes tipos de milho e
avaliação da influência destas características nos rendimentos de subprodutos da moagem
úmida.
O enfoque deste trabalho foi verificar a influência da aparência, características físicas
e químicas dos grãos de milho nos rendimentos de amido e subprodutos da moagem úmida.
Para isto, foram utilizados quatro híbridos de milho que foram avaliados quanto às
características físicas e composição centesimal. Os rendimentos de amido e dos subprodutos
obtidos através da moagem úmida convencional dos quatro tipos de grãos foram determinados
e analisados considerando essas características físico-químicas. Estudou-se também a
influência da concentração do ácido lático adicionado à solução de maceração nos
rendimentos em amido e subprodutos (0,55 % e 1,00 %). Análises de proteína foram
realizadas em todos os amidos obtidos nas moagens para verificar a pureza dos mesmos e
eficiência do processo.
13
2 OBJETIVOS
• Determinar as características físicas (tamanho, esfericidade, diâmetro geométrico,
porosidade, porcentagem de grãos boiantes, peso volumétrico e massa de cem grãos) e
químicas (composição centesimal) de grãos de quatro híbridos de milho.
• Verificar a influência das características físico-químicas no rendimento de amido e
subprodutos da moagem úmida dos híbridos.
• Verificar a influência da adição de diferentes concentrações de ácido lático no
rendimento de amido e subprodutos dos híbridos.
14
3 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA
3.1 O milho e suas características
Originário da América, o milho espalhou-se por outras regiões após o descobrimento,
através de Cristóvão Colombo, que levou as primeiras sementes à Europa, e dos portugueses,
que as levaram para a Ásia. Já no Brasil, seu cultivo é mais antigo. Os índios, principalmente
os guaranis o tinham como principal alimento (ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA..., 2006).
Atualmente, o cultivo do milho é o segundo maior no mundo, localizando-se entre o
trigo (primeiro) e o arroz (terceiro). É cultivado em mais de 140 milhões de hectares, com
uma produção anual superior a 580 milhões de toneladas (FOOD AND AGRICULTURE...,
2006). O Brasil é o terceiro maior produtor, inferior somente aos Estados Unidos e China,
com uma produção média de 42 milhões de toneladas em uma área plantada de
aproximadamente 12 milhões de hectares (ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA..., 2006).
O milho (Zea mays) pertence à família das gramíneas. A planta é constituída por uma
haste cilíndrica ereta, de 1 à 4 metros de altura, formada por colmos e nós, apresentando
inflorescências masculinas (flecha) e femininas (espiga). Os colmos não são ocos e terminam
com o pendão (ou flecha), sendo também intermeados pelos nós (estruturas compactas), os
quais dão origem, quando situados abaixo do solo, ao sistema radicular e aos perfilhos e,
quando se localizam acima do solo, esporões (raízes adventíncias), folhas e inflorescências.
Nas flores femininas (bonecas) encontram-se os estilo-estigmas, também denominados cabelo
ou barba, que recebendo o pólen ficam fertilizados para a formação dos frutos (grãos de
milho). O desenvolvimento do grão se completa com cerca de 50 dias após a fertilização
(LIMA, 1976; GOODMAN; SMITH, 1986).
De acordo com Benson e Pearce (1994), as espigas desenvolvem-se contendo de 300
a 1000 sementes, arranjadas em fileiras ao longo do sabugo, e a semente desenvolvida (Figura
1) é composta de quatro partes principais: 0,8 % correspondente ao pedúnculo, 5 % ao
pericarpo (epiderme, mesocarpo, células transversais, células tubulares, cobertura da semente
e aleurona), 11% de germe (plúmula e raiz primária) e 82 % de endosperma (endosperma
córneo, endosperma farináceo, células com grânulos de amido, paredes celulares e escutelo)
(WATSON, 1984). O pedúnculo ou ponta do grão é a parte remanescente do tecido que
conecta o grão ao sabugo e permite uma rápida absorção de umidade (GOODMAN; SMITH,
1986).
15
O tamanho do germe varia em função da posição do grão na espiga sendo que, os
grãos do meio da espiga possuem germes maiores e, consequentemente, maior quantidade de
óleo que os grãos localizados nas extremidades das espigas. Além de óleo, o germe armazena
nutrientes e hormônios, que são mobilizados por enzimas elaboradas nos estágios iniciais da
germinação. Todas as células do germe são potencialmente ativas metabolicamente, quando
hidratadas (JACKSON; SHANDERA, 1995).
O pericarpo ou casca, rico em fibras, é a cobertura lisa e densa da semente, derivada
da parede do ovário, que pode ser incolor, vermelho, marrom, laranja ou variado
(GOODMAN; SMITH, 1986).
Além das vantagens nutritivas, o milho apresenta inúmeras formas de aplicações para
o aproveitamento na alimentação humana. Pode ser consumido diretamente ou como
componente para a fabricação de balas, biscoitos, pães, chocolates, geléias, sorvetes,
maionese e até cerveja. Cultivado em todo país, é a matéria prima principal de vários pratos
culinários como cuscuz, polenta, angu, bolos, canjicas, mingaus, cremes, entre outros
(ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA..., 2006). Por possuir elevada porcentagem de amido, este
cereal é largamente utilizado para a produção de amido puro, sendo a moagem úmida seu
principal processo de produção (BRANDEMARTE, 2002).
Figura 1: Seção transversal de um grão de milho (HOSENEY, 1994).
16
3.2 Estrutura e características dos grãos
O grão de milho possui aproximadamente 70 à 73% de amido, 9 à 10% de proteínas,
4 à 5% de óleo, 1 à 2 % de cinzas, 2% de açúcares e 9 à 10% de fibras (JACKSON;
SHANDERA, 1995). Em função de sua composição química e valor nutritivo, o milho se
destaca como um dos mais importantes cereais cultivados e consumidos em todo o mundo,
seja na alimentação humana ou animal (NUSSIO, 1990).
Baseadas nas características do grão existem classes ou tipos de milho. Os tipos mais
importantes são: dentado, duro, farináceo e pipoca (PAES, 2006), que são apresentados na
Figura 2. A principal diferença entre os tipos é a forma e o tamanho dos grãos, definidos pela
estrutura do endosperma e o tamanho do germe. Milhos duros diferem dos farináceos e
dentados na relação de endosperma vítreo/endosperma farináceo. Nos milhos dentados, o
endosperma farináceo se concentra na região central do grão entre a ponta e o extremo
superior. Nas laterais dessa faixa e no verso do grão está localizado o endosperma vítreo. No
entanto, durante a secagem do grão ocorre o encolhimento do endosperma, que se concentra
na parte superior do grão, o que o caracteriza como dentado.
Figura 2: Tipos de milho (PAES, 2006)
O milho duro possui um volume contínuo de endosperma vítreo, que resulta em
grãos lisos e mais arredondados, com uma aparência dura e vítrea. Nos grãos do tipo farináceo
existe a mesma indentação do milho dentado, porém o endosperma é completamente
farináceo, resultando em uma aparência opaca. Os grãos de milho-pipoca possuem o
pericarpo mais espesso, com o endosperma predominantemente vítreo, porém possuem menor
tamanho e formato mais arredondado (PAES, 2006).
O endosperma é constituído por grânulos de amido envolvidos por uma matriz
protéica. A compactação é o fator mais importante da microestrutura relacionada à dureza dos
grãos de milho, ou seja, quando os grãos são muito compactos tendem a ser duros, com altos
17
valores de proteína e, no entanto, baixos valores de amido. A dureza de um grão possui dois
significados: O primeiro é com relação a composição física do grão relacionada à textura do
endosperma, que varia de vítrea até farinácea devido aos diferentes arranjos dos grânulos de
amido. O segundo é com relação a força requerida para quebrar o grão (suscetibilidade à
quebra) (DUARTE, 2007).
Pesquisadores têm realizado estudos para avaliação das principais propriedades
físicas dos produtos agrícolas, demonstrando a sua aplicação prática em projetos de máquina,
estruturas e processos industriais. No caso do milho esta avaliação também é importante para
determinar e estabelecer condições ideais de processo para a moagem úmida. FOX et al
(1992) estudaram as relações da composição e propriedades físicas dos grãos na moagem
úmida. Observaram que grãos com maior porcentagem de carboidratos não resultaram
necessariamente em maior rendimento de amido. Grãos com menor porcentagem de proteína
e maior peso volumétrico apresentaram melhor rendimento de amido, enquanto os grãos com
maior porcentagem de proteína e endosperma compacto resultaram maior teor protéico
residual no amido obtido. Teixeira et. al. (2003) determinaram as propriedades físicas do
milho aplicadas à máquinas de limpeza. As dimensões médias dos grãos foram 11,05; 8,54 e
4,48 mm para comprimento, largura e espessura, respectivamente e a esfericidade foi 0,68.
Com o objetivo de estudar a existência de correlação entre a algumas propriedades físicas e
químicas, Duarte et al. (2008) determinaram o peso volumétrico, a porcentagem de grãos
boiantes e a massa de cem grãos de 39 híbridos de milho, sendo que os valores variaram de
759 à 828 g.L
-1
; 6 à 44 %, e 23,90 à 37,60 g, respectivamente. Ruffato et al. (1999) estudando
o processo de secagem de grãos de milho, determinaram a porosidade dos grãos, que variou
de 37,63 à 43,76 %. Silva Junior et al. (2003), com o objetivo de estudar o efeito da forma do
grão no desempenho de frangos de corte, determinaram o diâmetro geométrico do grão de
milho. A média do diâmetro geométrico foi 0,65 cm.
3.3 Industrialização do milho
Os grãos de milho podem ser industrializados por duas vias: moagem úmida e
moagem seca, gerando diversos subprodutos. Aqueles obtidos pelo processo de moagem
úmida apresentam maior valor agregado do que os obtidos por moagem a seco, sendo adotado
em grande parte das indústrias de milho.
Os principais subprodutos obtidos pela moagem a seco são: fubá comum, canjica,
fubá de canjica ou mimoso, quirera e farelos para ração.
18
Neste processo, após limpeza e secagem, o milho é degerminado e moído, podendo
assim ser classificado (tamanho das partículas) para a obtenção de produtos finais ou
extrusado para a obtenção de farinhas pré-cozidas. Pode ainda sofrer diretamente um pré-
cozimento (sem ser moído) para a produção de flocos de milho pré-cozidos. Já o germe passa
por processo de extração para produção de óleo e farelo.
A moagem úmida do milho é o processo que tem como objetivo a obtenção de amido
e outros subprodutos como germe, proteína e fibra (RAMIREZ et al., 2008). No início, por
volta de 1880, a indústria de moagem de milho descartava a fibra, germe e proteína do milho.
Estas indústrias se tornaram mais rentáveis quando descobriram o valor destes subprodutos na
alimentação animal e extração de óleo. Estas extrações e aproveitamento destes subprodutos
não apenas reduziram o custo de extração do amido como também reduziram suas perdas e
melhoraram sua qualidade (RAMIREZ et al., 2008). Atualmente, as indústrias denominam
seus subprodutos: amido, “corn glúten meal” (“CGM”), “corn gluten feed” (“CGF”) e germe
(BLANCHARD, 1992).
“Corn glúten meal” (“CGM”) é a parte protéica extraída no processo. Possui baixo
teor de fibras e alto teor protéico (60%). É destinada para ração de bovinos e suínos como
fonte de proteínas, energia, vitaminas e minerais. Já o “corn glúten feed” é a mistura da fibra
com a água de maceração concentrada, que é utilizada como fonte de fibras, energia e
proteína nas rações de animais. Possui 60 % de fibra e 20 % de proteína (WHITE;
JOHNSON, 2003).
3.3.1 Processo da moagem úmida
O fluxograma simplificado da moagem úmida industrial é apresentado na Figura 3.
Neste processo, os grãos passam, primeiramente, pela etapa de limpeza, para a retirada de
impurezas que podem contaminar os subprodutos obtidos e dos grãos quebrados, que podem
permitir a transferência do amido do grão para a água de maceração. Após a limpeza, seis
etapas são destacadas: maceração, primeira moagem, recuperação do germe, segunda
moagem, recuperação da fibra e separação amido-proteína (MANZONI, 2000).
19
Figura 3: Fluxograma do processo de moagem de milho industrial por via úmida (LOPES
FILHO, 1997).
Devido a sua importância, a maceração é considerada o coração do processo da
moagem úmida. Se não for adequada, as etapas seguintes serão dificultadas e o processo
resultará em um aumento da porcentagem de proteína no amido e perda de parte do amido nos
demais subprodutos (CABRALES, 2006).
A maceração consiste na imersão dos grãos em uma solução que contém SO
2
e ácido
lático. Durante esta etapa ocorre a transferência da solução para o interior dos grãos
Milho
Limpeza
Tanques de
maceração
Degerminadores
Refinamento do
amido
Separação do
germe
Moagens
Peneiras de
lavagem
Lavagem do
amido
Amido
Secadores de
amido
Separação por
centrífuga
Germe
Fibra
Proteína
Mistura
protéica
Fibra
alimentar
Torta de
germe
Proteína
para ração
Extratores de
germe
Óleo de
milho
Evaporadores
da água de
maceração
Concentrado
da água de
maceração
Licor da
maceração
20
produzindo mudanças nas propriedades físicas, químicas e bioquímicas, hidratando e
amaciando o grão e solubilizando os sólidos solúveis do germe. O amaciamento é essencial
para a minimização de danos no germe durante sua recuperação. Além disso, substâncias
solúveis presentes no germe são liberadas diminuindo sua densidade, o que facilita sua
recuperação. Assim, melhora a separação dos componentes, a qualidade e quantidade do
amido e as características dos subprodutos (RAUSCH; BELYEA, 2006).
Na indústria, a maceração ocorre em uma bateria de 6 a 20 tanques (com capacidades
que variam de 50 à 330 toneladas cada), conectados em série através de tubulações e bombas.
A água de maceração passa por trocadores de calor para seu aquecimento a 48-52°C. O SO
2
gasoso é bombeado na água de maceração e o ácido lático é produzido através da fermentação
de açúcares por bactérias Lactobacillus sp, presentes no milho (YANG et al., 2005).
Em uma bateria de operação a maceração ocorre em contracorrente, ou seja, os grãos
com maior tempo de maceração estão em contato com a solução de maceração mais
recentemente introduzida no sistema. Esta água contém pequenas quantidades de sólidos
solúveis e elevado teor de SO
2
(MANZONI, 2000). Já o milho mais novo do sistema recebe a
solução de maceração que já passou por todos os outros tanques, portanto, a concentração
química desta solução aumenta continuamente conforme sua circulação no sistema (do milho
mais “velho” para o milho mais “novo”), pois os carboidratos e proteínas sulfuradas
desnaturadas migram do grão para a solução.
3.3.1.1 Função do ácido lático e SO
2
A presença do ácido lático na solução de maceração, além de amaciar a parede
celular, também aumenta a solubilidade da proteína do milho, inibe o crescimento de
microrganismos indesejáveis e produz condições favoráveis para a separação dos
componentes da semente (ROUSHDI et al., 1981).
A combinação de temperatura e pH em que o processo ocorre permite o crescimento
dos Lactobacillus sp. (nas primeiras 8 horas), que produzem ácido lático por meio da
conversão de açúcares provenientes do grão, mantendo assim o pH em torno de 4,0. Estas
condições promovem a difusão da água e do ácido para o interior do germe e endosperma,
amaciando a semente e favorecendo a separação dos componentes (MANZONI, 2000). A
importância do pH foi comprovada por Cabrales et al. (2006), que verificaram que os
rendimentos de amido decresceram em pH acima de 4,0 e por Haros et al. (2004), que
verificaram que a presença de ácido lático e SO
2
na água de maceração aumentou
21
consideravelmente o rendimento de amido, quando comparado à maceração realizada apenas
com SO
2
.
De acordo com Blanchard (1992), a presença do ácido lático também afeta a forma da
proteína proveniente do grão, encontrada na água de maceração. Se a concentração do ácido
na água enviada para o evaporador não é suficiente, as proteínas estarão em tal forma, que
serão facilmente desnaturadas pelo calor. Elas sofrerão coagulação, formando uma pasta
dentro do evaporador, que será dificilmente removida.
Dentre as quatro principais proteínas do milho (albumina, zeína, globulina e glutelina),
a glutelina está presente em maior quantidade na matriz protéica do endosperma e é altamente
ligada por pontes dissulfeto, formando uma cadeia que envolve grânulos de amido
(ECKHOFF, 1989). O SO
2
que penetra nos grãos é o responsável pela “quebra” destas
matrizes de proteína no endosperma devido ao rompimento de suas pontes dissulfeto (S-S)
(YANG et al., 2005). O SO
2
foi inicialmente adicionado à maceração como um agente
antimicrobiano para controlar microrganismos putrefativos, mas tornou-se indispensável para
a obtenção de bons rendimentos de amido (COX et al., 1944). Além da ruptura da estrutura
protéica, o SO
2
ativa proteases (provenientes do germe) que aumentam a eficiência da
liberação do amido (ECKHOFF; TSO, 1991).
Após a maceração, o grão é enviado para a primeira moagem. Estes moinhos
realizam uma moagem grossa, ou seja, rompem a semente amaciada, liberando os germes,
sem esmagá-los. Em seguida, o material moído, contendo germes, fibras, amido e proteína, é
encaminhado para a etapa de recuperação do germe (degerminação). O material passa por
um conjunto de hidrociclones centrífugos (152 mm de diâmetro e 914 mm de comprimento),
onde o germe é separado dos demais componentes. Esta separação ocorre devido a diferença
de densidade do germe e demais componentes, pois como o germe perde sólidos durante a
maceração, torna-se menos denso (RAUSCH; BELYEA, 2006). Muitas vezes a massa
degerminada é novamente moída para liberação dos germes que restaram e enviada para nova
recuperação dos germes.
O germe, que possui em média 48% de óleo, é utilizado para a extração de óleo, o
componente mais valioso do grão de milho, que ocorre por meio de uso de solvente. Após a
extração, a torta ou farelo de germe é utilizado para produção de rações animais (RAMIREZ
et al., 2008).
A segunda moagem tem como objetivo reduzir o tamanho das partículas do grão,
obtendo-se a liberação de todo amido e proteína que estejam agregados à parte fibrosa. Para a
22
recuperação da fibra o material passa através de uma série de peneiras, alimentadas por
pressão, onde a fibra fica retida.
O “leite” de amido e proteína, que passa através da peneira durante a recuperação da
fibra, é enviado para uma centrífuga de alta rotação para a separação amido-proteína.
Devido à diferença de densidade, o amido, mais pesado, é separado da proteína.
O amido é purificado através de hidrociclones de 10 mm de diâmetro e 16 mm de
comprimento. O sistema para a limpeza consiste de algumas centenas de hidrociclones
paralelos em compartimentos separados. O número de hidrociclones a serem usados depende
do grau de pureza desejado para o amido. Aumentando-se o número, diminui-se o teor de
proteína no amido (máximo de aceitação: 0,3 %). O amido é seco em secadores ou
permanecem em suspensão para servir de matéria-prima para amidos modificados, xaropes de
glicose ou na produção de etanol (MANZONI, 2000).
O amido, considerado o produto primário da moagem úmida, possui diversas
aplicações como na indústria têxtil e de papel (BRANDEMART, 2004), mas é principalmente
utilizado como aditivo alimentício (melhora as propriedades de textura dos alimentos) e na
conversão em xaropes e etanol (RAMIREZ et al., 2008).
Os subprodutos incluem o óleo de milho e os produtos destinados a rações de
animais, tais como o glúten de milho (“corn glúten meal”), farelo do glúten de milho (“corn
glúten feed”), farelo de germe de milho e licor de maceração. Este licor, (usualmente vendido
na base de 50% de sólidos) é rico em vitaminas, (principalmente do complexo B) e, além de
ser usado para fabricação de rações de animais, também é aplicado na fabricação de
antibióticos, produtos farmacêuticos, leveduras e fermentos (MANZONI, 2000).
Estudos vem sendo realizados na água de maceração com o objetivo de verificar a
presença de ácido fítico, muito utilizado na indústria alimentícia por sua capacidade
antioxidante e seqüestrante de ferro, cobre e outros cátions metálicos, dando assim maior
estabilidade aos alimentos contendo gorduras e óleos e removendo metais de bebidas
alcoólicas, em uma larga faixa de pH (1 a 12) (VASCONCELLOS, 2007).
A moagem úmida realizada em laboratório e planta-piloto tem apresentado 3 tipos
diferentes de maceração: batelada estática, batelada com recirculação e contracorrente. Na
batelada estática o milho e a solução são colocados no mesmo recipiente, sem agitação, com
temperatura controlada em um banho-termostático. A batelada com recirculação é realizada
por meio de bombeamento contínuo da solução de maceração nos grãos de milho, aquecida
por banho-termostático. O sistema em contracorrente tem o objetivo de simular o processo
comercial, mas requer constante monitoramento e um mínimo de três dias para alcançar a
23
estabilidade. Neste sistema o milho “novo” entra em contato com baixas concentrações de
SO
2
e com o progresso da maceração, a concentração aumenta (MANZONI, 2000).
Na maioria dos processos de moagem úmida realizados em laboratório ou planta-
piloto a recuperação do germe é realizada manualmente, utilizando-se peneiras. A fibra é
recuperada em peneira vibratória e a separação amido-proteína é realizada em mesas de
amido, que consistem de canaletas inclinadas (2 °). O “leite” de amido e proteína é bombeado
para a canaleta e escoa até a outra extremidade. Devido a diferença de densidade, o amido
decanta enquanto a proteína escoa até a extremidade oposta, onde é recuperada. Em seguida, o
caldo protéico é filtrado a vácuo e a proteína recuperada (MANZONI, 2000).
A vazão do “leite” de amido e proteína bombeado para a mesa de amido assim como
sua inclinação foram determinadas através de estudos como o de Singh, S. e Eckhoff (1996),
que observaram que o aumento da inclinação diminui o rendimento de amido e a redução da
inclinação, faz com que o amido apresente grande contaminação de proteína.
Singh, N. e Eckhoff (1996) analisaram os vários procedimentos utilizados em escala
de laboratório, escala piloto e industrial, assim como seus rendimentos em amido, germe,
fibra, proteína e sólidos (Tabela 1). Concluíram que, embora hajam diferenças significativas
entre alguns procedimentos, a maior parte pode resultar em rendimentos de amido e de outros
componentes comparáveis aos valores obtidos por processos industriais. Tais diferenças
estariam relacionadas à falta de padronização de procedimentos de moagem tais como: marca
e modelo dos equipamentos, quantidade de água utilizada em cada passo da moagem,
temperatura de maceração, concentração de ácido lático e SO
2
na água de maceração, sólidos
da água de maceração, tamanho das telas utilizadas para recuperação de germes, velocidade
de escoamento na mesa de amido, entre outros. Segundo os autores, são detalhes de grande
importância que deveriam ser relatados por qualquer procedimento de moagem.
Entre os vários procedimentos de moagem úmida em laboratório reportados na
literatura, os descritos por Watson (1984), Anderson (1963) e Eckhoff et al. (1993), têm sido
usados extensivamente. Os resultados de moagem obtidos por estes procedimentos são
comparáveis aos dos processos industriais.
24
Tabela 1: Comparação entre dados de rendimento da indústria com os de laboratório e escala
piloto.
Frações da moagem ( %)
Solúveis
a
Germe Fibra Amido
Proteína
b
Recuperação
c
Proteína
no amido
(%)
Tempo de
maceração
(h)
Industriais
Knight (1969)
6,80 8.00 9,70 68,50 6.00 99,00 0,30 36-50
Bier et al.
(1974)
6,50 7,80 11,20 68.00 6,50 100,00 Na Na
Anderson &
Watson (1982)
7,50 7,50 11,50 67,50 5,80 99,80 0,35 Na
May (1987)
7,00 7,90 13,00 66,00 5,70 99,60
0,30-
0,35
22-50
Blanchard
(1992)
6,50 7,50 12,00 68,00 5,60 99,60
0,30-
0,35
30-50
Escala piloto
Rubens (1990)
5,10 10,50 21,8 58,80 7,60 103,80 0,63 Na
Laboratório
B. E.
Steinke &
Johnson (1991)
7,20 6,60 19,20 58,40 8,90 100,30 0,56 48,00
Eckhoff et al.
(1996)
6,80 5,20 10,20 67,30 8,80 96,30 Na 24,00
B. E. R. I
Shandera et al.
(1995)
5,20 7,40 10,90 63,40 13,00 99,90 0,33 40,00
B. R
Anderson
(1963)
7,10 Na 18,70
e
65,40 8,10 99,30 0,54 48,00
Watson (1984)
7,60 7,30 9,50 63,70 11,30 99,40 0,30 48,00
Eckhoff & Tso
(1991a)
6,20 6,00 8,80 67,30 9,80 96,10 0,32 48,00
Eckhoff et al.
(1993b)
7,00 7,00 9,90 64,80 9,90 98,60 0,32 36,00
Singh &
Eckhoff (1995a)
3,40 6,60 11,20 62,60 15,40 99,20 0,64 24,00
Contracorrente
Watson et al.
(1951)
7,50 7,20 8,40 62,80 11,50 97,40 0,36 Na
Steinke et al.
(1991)
7,70 6,70 10,70 64,90 10,00 100,00 0,42 48,00
Yaptenco
(1993)
7,00 5,80 9,10 65,90 9,50 97,30 Na 36,00
a
- Soma da água de maceração, filtrado do glúten e frações de água de outros processos.
b
- Soma da fração de proteína e proteína contida na água do processo; onde aplicável;
c
- Soma de toda fração da moagem
Na - não avaliado
e
– incluído fração de germe.
B. E.- Batelada estático.
B. E. R. I -Batelada estático com recirculação.
B. R- Batelada com recirculação.
Fonte: SINGH, N; ECKHOFF (1996).
25
3.4 Qualidade dos grãos de milho para a indústria
A qualidade do grão de milho para a indústria de moagem úmida é fundamental tanto
para o processo quanto para a qualidade dos produtos obtidos. Há fatores inerentes ao próprio
grão como a textura, tamanho e cor e também fatores resultantes das condições climáticas do
local do cultivo, dos processos de produção e colheita e procedimentos pós-colheita. Os
fatores inerentes ao milho são os que mais afetam a qualidade final dos subprodutos da
moagem úmida. Problemas comuns são os grãos ardidos (deteriorado ou em processo de
deterioração), amido gelatinizado (que ocorre quando o milho é submetido à secagem sob
temperaturas acima de 80 ºC, dificultando a separação amido/fibra e amido/proteína), grãos
quebrados e impurezas (FERNANDES, 1998).
Wang e Eckhoff (2000) mostraram que o teor de sólidos e proteína na água de
maceração aumentou linearmente com o aumento da quantidade de grãos quebrados. De
acordo com Eckhoff et al. (1993), na moagem de grãos quebrados também ocorre uma maior
exposição do endosperma ao SO
2
, o que resulta em uma diminuição da viscosidade aparente
do amido produzido por estes grãos quando comparados aos de grãos inteiros. Por isto, em
muitas plantas industriais, grãos quebrados são macerados separadamente dos inteiros e o
amido produzido é utilizado para a produção de xaropes.
Segundo Duarte (2007), um problema comum no Brasil é que, embora existam
variações na composição química do grão de milho, os critérios utilizados para a classificação
são embasados nas características físicas e de aparência dos grãos. Para as indústrias, a
aparência de grão “mole” (farináceo) é sinônimo de grão quebradiço e menor rendimento no
processo, pois devido a maior suscetibilidade à quebra, perde seu rendimento ao longo do
processo. Isto torna os grãos com aparência “dura” e vítrea (maior dureza e densidade)
preferidos e os de aparência “mole”, rejeitados. No entanto, esta avaliação não é adequada
para determinar a qualidade do milho fazendo que sejam rejeitados cultivares de elevado
potencial produtivo por apresentarem falsa aparência de grãos “moles”.
Uma avaliação correta de dureza do grão deveria ser realizada pelo “Wisconsin
Breakage tester”, que é um equipamento que determina a suscetibilidade à quebra através do
impacto dos grãos contra uma superfície abrasiva devido a força centrífuga. A dureza do
endosperma ou densidade dos grãos também pode ser avaliada indiretamente pelo peso
hectolitro, em que se determina a massa de 100 litros de grãos, ou ainda pela técnica dos grãos
boiantes, onde os grãos são colocados em uma solução de nitrato de sódio e assim pode-se
estimar a relação entre os tipos de endosperma farináceo (grãos que bóiam, menos densos) e
26
duros (grãos que afundam, mais densos) (DUARTE, 2007). Além da avaliação da dureza, é
importante avaliar o quanto esta influenciará no rendimento de subprodutos do grão. Cada
grão tem suas características físicas e nutricionais particulares e, consequentemente, poderá
fornecer rendimentos diferentes, que não devem ser generalizados. Como exemplo, um estudo
de Mbuvi e Eckhoff (2002) mostrou que a diferença no rendimento de amido da moagem de
um tipo de grão inteiro e a moagem do mesmo grão depois de múltiplas quebras, foi de 0,8 %,
ou seja, muito menor do que a esperada.
A maioria dos milhos comerciais produzidos nacionalmente é do tipo duro ou “flint”
(PAES, 2006). Porém, tem-se atualmente no mercado híbridos com aparência mole ou
dentada de grande potencial produtivo, que merecem ter seus rendimentos de subprodutos
avaliados para que não sejam julgados precipitadamente. Esta avaliação deve ser realizada
através de simulações de moagens úmidas, as quais apresentarão os rendimentos de cada
subproduto para cada tipo de grão. No entanto não existem muitas pesquisas para caracterizar
e relacionar adequadamente a qualidade física, nutricional e rendimento industrial do milho
produzido no Brasil (DUARTE, 2007).
Apesar de todos os estudos (redução de tempo, diferentes tipos e concentrações de
ácidos e sais de sulfito, análise das propriedades do amido, etc.), é importante entender que
muitos não podem ser generalizados, uma vez que diferentes variedades de grãos surgem a
cada dia no mercado, e estes podem se comportar de maneira diferente em determinada
condição de processo, pois possuem características físico-químicas particulares.
Na maceração, por exemplo, é fundamental que o germe seja suficientemente
hidratado para evitar danificações que diminuam o seu rendimento e sua qualidade. O
binômio tempo-temperatura deve proporcionar a melhor hidratação possível, de forma a
facilitar a sua extração e a difusão dos componentes da solução para o interior dos grãos. A
caracterização dos diferentes tipos de grãos é essencial para a otimização deste binômio,
resultando em diminuição do custo, ou para que não influencie nos rendimentos e qualidade
dos subprodutos.
Os grãos mais duros apresentam-se compactos e têm maior resistência à hidratação e
difusão dos componentes, já os grãos moles de endosperma farináceo hidratam-se mais
facilmente, permitindo maior difusão dos solutos da solução. Há também diferenças entre as
composições de cada tipo de grão, que podem influenciar na separação e rendimento dos seus
componentes. Assim, pressupõe-se que as condições de maceração, moagem e tipo de grão
interferem nos rendimentos e qualidade dos subprodutos obtidos.
27
Muitos estudos foram realizados para avaliar a influência das características do grão
no rendimento de subprodutos: relação do teor de umidade dos grãos no tempo de maceração
e rendimento de subprodutos (YANG; ECKHOFF, 2000), efeito da maturidade do grão no
rendimento de subprodutos (JENNINGS et al., 2002), efeito do tempo de armazenamento do
milho (SINGH, V. et al, 1998); efeito de quebras no grão de milho (MBUVI; ECKHOFF,
2002); relação da composição aproximada do grão e suas propriedades físicas nas
características da moagem úmida de milho (FOX et al., 1992).
As principais variáveis do processo de moagem incluem o tipo de grão, temperatura de
secagem, temperatura de maceração, tempo e concentrações de ácido lático e SO
2
na solução
(STEIKE; JOHNSON, 1991). Considerando essas variáveis e a grande disponibilidade de
diferentes tipos de milho no mercado, tornam-se necessárias investigações de novas técnicas
para diferentes híbridos de milho e novas condições de processo. Deste modo, este trabalho
teve o objetivo de caracterizar físico-quimicamente quatro híbridos de milho e verificar a
influência do tipo de grão e da concentração de ácido lático (0,55 e 1,00 %) no processo de
moagem úmida dos diferentes híbridos fornecidos pelo IAC (Instituto Agronômico de
Campinas) nas regiões de Cruzália e Pedrinhas Paulista, estado de São Paulo.
28
4 MATERIAL E MÉTODOS
4.1 Matéria-prima
Foram utilizados quatro híbridos de milho da safra 2006/2007, produzidos nas
cidades de Cruzália e Pedrinhas Paulista, estado de São Paulo, fornecidos pelo Instituto
Agronômico de Campinas (IAC). Após colhidos e debulhados manualmente, os grãos foram
limpos em peneira, onde também foram separados os grãos quebrados e as maiores
impurezas. Devido a elevada umidade, foram secos em secador protótipo de convecção
forçada com temperatura de 45°C até atingir umidade abaixode 14% b.u.
Os híbridos fornecidos pelo IAC foram: 2B587, A2555, 30F98 e Somma. Segundo o
Instituto, o híbrido 2B587 apresentou melhor produtividade agrícola se comparando com os
demais híbridos (de 15 a 30 % maior que a média dos demais híbridos, dependendo da cidade
de origem).
A Figura 4 mostra a diferença na aparência dos híbridos.
Observando a aparência dos grãos na Figura 4, temos que o híbrido Somma (aparência
mais dura e vítrea) seria considerado o melhor grão, ou seja, de maior rendimento para as
indústrias. A seguir estariam os híbridos A2555 e 30F98, considerados grãos com
rendimentos intermediários e, por fim, o híbrido 2B587, com rendimento inferior aos demais
(aparência farinácea e mole). Porém, de acordo com DUARTE (2007), este pré-julgamento
2B587 A2555 30F98
Somma
1 cm
1 cm
Figura 4: Híbridos de milho usados para as moagens
29
não corresponde à realidade. A rejeição do 2B587 para o processo industrial poderia resultar
em grandes prejuízos, uma vez que foi o híbrido que apresentou maior produtividade agrícola.
Por isso, são necessários testes experimentais para verificar a influência da aparência física do
grão no rendimento do processamento industrial.
4.1.1 Preparação das amostras
Após limpeza e secagem, as amostras foram separadas e armazenadas em câmara fria
(aproximadamente 5°C) até a data dos testes experimentais, pois de acordo com SINGH et al.
(1998), o armazenamento à temperatura ambiente diminui os rendimentos de subprodutos.
4.2 Caracterização física dos grãos
Foram avaliadas as principais propriedades físicas para caracterização dos grãos:
tamanho, esfericidade, diâmetro geométrico, massa de cem grãos, porosidade, porcentagem de
grãos boiantes e peso volumétrico. O conhecimento dessas propriedades é de fundamental
importância em projetos de engenharia envolvendo dimensionamento de equipamentos para
colheita, manuseio, armazenamento, secagem e aeração e de processos industriais
(BENEDETTI, 1987).
4.2.1. Tamanho dos grãos
O tamanho dos grãos foi determinado medindo-se as dimensões do comprimento (A),
da largura (B) e da espessura (C) de cada grão, como mostra a Figura 5. Com o emprego de
um paquímetro, com resolução de 0,02mm, mediram-se as três dimensões de 200 grãos de
uma amostra para cada híbrido. A partir da média de cada dimensão, determinou-se o
intervalo de previsão IP= X ± t.s, onde X é a média e t.s o desvio padrão.
30
Figura 5: Eixos A, B e C medidos nos grãos de milho.
4.2.2 Diâmetro geométrico
O diâmetro geométrico foi determinado através da Equação (1):
D = (A.B.C)
1/3
Eq (1)
Em que:
D = diâmetro geométrico, cm;
A = eixo maior, cm;
B = eixo médio, cm; e
C = eixo menor, cm.
4.2.3 Massa de cem grãos
Com o emprego de uma balança analítica, foram determinadas as massas de 100
grãos de cada tipo de milho.
4.2.4 Esfericidade
Mohsenin (1970) definiu a esfericidade como sendo a razão do diâmetro de uma
esfera, com o mesmo volume do objeto, pelo diâmetro da menor esfera circunscrita. Assim, a
esfericidade foi calculada, baseando-se na média geométrica dos três eixos perpendiculares ao
corpo em relação ao maior eixo, conforme a Equação (2):
A
B
C
31
φ = D/A Eq (2)
onde:
φ = esfericidade, adimensional;
D = diâmetro geométrico, m.
A = eixo maior, m;
4.2.5 Porosidade
A porosidade é a relação entre o volume intersticial e o volume aparente
(BENEDETTI, 1987), ou seja, determina a porcentagem do volume total de uma massa de
grãos que é ocupada pelo ar (espaço intergranular). Uma massa de cereais apresenta espaço
intergranular de 40 à 45 % do volume ocupado pelos grãos. Ela exerce influência considerável
na queda de pressão (resistência oferecida à passagem de ar que atravessa uma massa de
grãos) e, portanto, no cálculo dos ventiladores dos sistemas de secagem e aeração e na
potência de seus motores. A porosidade também influencia a absorção da solução de
maceração, uma vez que o espaço intergranular será ocupado pela solução. Foi determinada a
partir da Equação (3):
P = (ρ
a
/ ρ
r
) x 100 Eq (3)
em que:
P = porosidade; %
ρ
a
= densidade aparente, g/mL;
ρ
r
= densidade real, g/mL.
4.2.6 Grãos boiantes
Esta análise foi realizada no IAC de acordo com o método descrito por Peplinski et
al. (1989), onde os grãos são colocados em uma solução de nitrato de sódio com densidade
ajustada para 31,3 º Baumé, a uma temperatura de aproximadamente 15,55 - 21,11 ºC,
simulando uma gravidade específica de 1,276 (aproximadamente 175 g de nitrato de sódio
para 250 mL de água). Assim pode-se estimar a relação entre os tipos de endosperma
farináceo (grãos que bóiam, menos densos) e duros (grãos que afundam, mais densos).
32
4.2.7 Peso volumétrico
Também realizada no IAC, esta análise determinou o peso (em gramas) de 1 litro de
cada tipo de grão.
4.3 Composição centesimal dos grãos
Foram determinados para cada tipo de grão o teor de umidade, fibra, cinzas, proteína
e lipídios. O teor de carboidrato foi calculado a partir da diferença do total da composição
(100 %) e da soma das porcentagens dos demais componentes determinados.
Umidade: Feita em estufa, sem ventilação forçada de ar segundo o método do
Departamento de Agricultura dos Estados Unidos (USDA), que estabelece o tempo e
temperatura na estufa para diversos tipos de produtos. Para o milho esse binômio é de 103
º
C
durante 72 horas (HANAN et al. 1985).
Proteínas: Determinou-se o nitrogênio total pelo método Kjeldhal, conforme método
nº 46-12 da AACC (AMERICAN ASSOCIATION...,1995). A proteína foi calculada
multiplicando-se a porcentagem de nitrogênio total pelo fator 6,25.
Cinzas: Segundo o método nº 08-01 da AACC (1995), mediante calcinação em mufla
a 550ºC.
Lipídios: Conforme as Normas Analíticas do Instituto Adolfo Lutz (1985), utilizando
extrator Soxhlet com éter de petróleo como solvente (método 4.10).
Fibras: Realizada após a digestão da amostra desengordurada com solução ácida
(H
2
SO
4
) e básica (NaOH) seguida de filtração (MERTENS, 1992). A fibra corresponde ao
resíduo final após a filtração.
Carboidratos: Por diferença das porcentagens, ou seja, subtraindo-se de 100 % a
soma dos valores obtidos nas determinações dos demais componentes.
33
4.4 Moagem úmida dos grãos
Foi realizada pelo método de maceração convencional segundo as orientações de
Eckhoff et al. (1993), conforme as etapas descritas a partir do item 4.4.2.
Após as moagens foram calculados os rendimentos (em base seca) das frações de
germe, amido, fibra e glúten e a porcentagem de sólidos solúveis presentes na água de
maceração e filtrado do glúten, através da Equação 4.
Rendimento (% ) = Peso seco do subproduto x 100 Eq (4)
PS amostra inicial de grão
O rendimento total da moagem foi calculado através da Equação 5.
Rendimento (% ) = PS subprodutos + PS Sólidos solúveis x 100 Eq (5)
PS amostra inicial de grão
em que:
PS = Peso seco
As moagens com rendimentos inferiores à 98 % foram desprezadas e realizadas
novamente. A Figura 6 apresenta o fluxograma do processo.
4.4.1 Umidade
As porcentagens de umidade inicial do milho e de cada subproduto (depois da
moagem) foram determinadas para a realização de balanços de massa (base seca) no cálculo
dos rendimentos dos subprodutos. Para os subprodutos foi utilizado o método da AACC 44-
15a. (1995).
34
Figura 6: Fluxograma da moagem úmida de milho
4.4.2 Maceração:
O milho foi macerado por 36 horas, sob circulação forçada (300 mL/s) da solução de
maceração contendo água destilada (0,933 L), ácido lático (5,15 ou 9,33 mL para 0,55 ou 1,00
% de ácido, respectivamente) e 2,75 g de metabissulfito de sódio, para liberação de 0,20 % de
SO
2
. A temperatura foi mantida à 50-55ºC. Os controles da temperatura e da velocidade de
circulação foram realizados através de um banho termostático e bombas peristálticas (Figura
7). Ao final, separou-se a água de maceração para a determinação de sólidos solúveis.
Tanques de
maceração
Primeira moagem
Separação
dos germes
Peneira
vibratória
Mesas de
amido
Filtração à
vácuo
Proteína
Germe
Análise de
sólidos da água
de maceração
Análise de
sólidos da água
de filtração
Amido
Fibra
Secagem, análise
de umidade e
rendimento.
Água de maceração
Água de
filtração
Milho
Limpeza
Segunda Moagem
35
Figura 7: Sistema de maceração dos grãos de milho
4.4.3 Recuperação do germe
A amostra foi triturada em um “blender” (Figura 8) na proporção de uma porção de
grão macerado para um porção de água destilada (primeira moagem). Em seguida, o conteúdo
foi transferido para um recipiente. Devido à diferença de densidade, o germe, que é menos
denso, foi recuperado com o auxílio de pequenas telas de mesh n° 14 e 16 (Figura 9),
enxaguado para retirar amido e fibras agregados e, em seguida, seco em estufa a 49 ºC por 12
horas. Após a determinação de umidade foram pesados para o cálculo do rendimento. O
tempo de separação foi mantido em torno de 50 minutos para padronização e comparação.
Figura 8: Blender utilizado para a primeira moagem
36
Figura 9: Recuperação do germe.
4.4.4 Segunda moagem
A massa restante, sem o germe, foi enviada ao moinho de discos (Figura 10) para a
redução das partículas e obtenção de uma pasta fina e homogênea, que permaneceu em
repouso para decantação dos sólidos.
Figura 10: Moinho de discos (segunda moagem)
37
4.4.5 Recuperação da fibra
Os sólidos decantados e o sobrenadante foram peneirados em peneira vibratória com
malha de 325 mesh (Figura 11) para a separação da fibra, que foi seca a 49ºC por 12 horas em
estufa. Após a determinação da umidade , a fibra foi pesada para cálculo do rendimento. A
solução que passou pela peneira foi recolhida em outro recipiente para recuperação do amido
e glúten.
Figura 11: Peneira vibratória e fibra recuperada.
4.4.6 Separação amido-proteína
Após deixar a solução em repouso e separar parte do sobrenadante, a densidade da
solução foi medida com o aerômetro de Baumé e ajustada para 6º Bé (0,104 g/mL), ideal para
a separação. Este ajuste da densidade foi realizado corrigindo a solução adicionando-se parte
do sobrenadante separado previamente.
A separação amido-proteína foi realizada em mesas de amido constituídas de canaletas
de alumínio em forma de “U” com aproximadamente 8,0 centímetros de largura, 6,0 metros
de comprimento e inclinação de 2°. Estes valores foram determinados através de estudos para
a melhor decantação do amido e menor contaminação protéica do mesmo (SINGH;
ECKHOFF, 1996). Nestas condições, sob densidade adequada e vazão adequada de
bombeamento, o amido fica retido na mesa e a proteína, com menor densidade, escoa até a
outra extremidade da canaleta, onde é recuperada.
A solução, mantida sob agitação, foi bombeada para a mesa com velocidade de 300
mL/minuto e o restante do sobrenadante separado para correção da densidade foi bombeado
38
em seguida. O amido, mais denso, decantou na canaleta, enquanto a proteína foi recolhida em
outro recipiente no final da calha. Esta etapa é mostrada na Figura 12.
Após 24 horas, o amido foi retirado da canaleta com espátulas e pincéis, seco a 49ºC
por 12 horas em estufa e pesado para cálculo do rendimento.
Figura 12: Etapa de recuperação do amido.
4.4.7 Recuperação da proteína
Foi feita por filtração à vácuo, como mostra a Figura 13. A proteína retida no papel
de filtro (previamente pesado) foi seca a 49ºC por 12 h e, em seguida, a umidade foi obtida
para o cálculo do rendimento. A análise de sólidos solúveis foi realizada na água do filtrado.
Figura 13: Recuperação da proteína.
39
4.4.8 Determinação de sólidos solúveis
Ao término da maceração dos grãos e filtração do glúten, a solução drenada foi usada
para determinação da quantidade de sólidos solúveis presentes. Três sub-amostras de 50 mL
do líquido foram colocadas em estufa com circulação forçada de ar a 49ºC por 12 horas. Após
esse período, foram colocadas em estufa a 103ºC por 5 horas. O material restante foi pesado
para determinação da quantidade de sólidos solúveis para todo o volume de solução.
4.4.9 Análise do teor protéico residual do amido obtido
Para verificação da pureza dos amidos obtidos nas moagens de cada um dos híbridos
(eficiência da separação do amido e da proteína), estes foram submetidos à análise de proteína
de acordo com o método nº 46-12 descrito na AACC (1995).
4.5 Delineamento experimental e análise dos resultados
Para a condução deste estudo foi utilizado um delineamento fatorial de 4x2,
correspondendo a 4 híbridos de milho e dois níveis de ácido lático, como mostra a Tabela 2.
Tabela 2: Delineamento experimental das moagens úmidas
Repetições
Híbrido Ácido Lático
1 2
H1 0,55% - -
1,00% - -
H2 0,55% - -
1,00% - -
H3 0,55% - -
1,00% - -
H4 0,55% - -
1,00% - -
40
As médias das características físicas (dimensões, esfericidade, diâmetro geométrico,
massa de cem grãos, porosidade, % de grãos boiantes) e químicas (porcentagens de umidade,
carboidrato, proteínas, lipídios, cinzas e fibras) foram determinadas assim como os
rendimentos em amido, proteína, fibra, germe e sólidos. Esses resultados foram submetidos à
análise de variância e comparados pelo teste de Tukey a um nível de 5% de probabilidade,
utilizando o programa computacional ESTAT (BANZATTO; KRONKA, 1995).
Realizou-se também comparações entre os resultados obtidos, estudando possíveis
relações entre as características físicas e químicas nos rendimentos de subprodutos dos grãos.
41
5 RESULTADOS E DISCUSSÃO
5.1 Caracterização física dos grãos
Os resultados das medidas de comprimento (A), largura (B) e espessura (C),
esfericidade, diâmetro geométrico (Ø), porosidade, porcentagem de grãos boiantes, peso
volumétrico e massa de cem grãos são apresentados na Tabela 3.
Tabela 3: Características físicas dos grãos dos quatro híbridos de milho.
Híbridos
Característica
física
2B587 A2555 30F98 Somma
A (cm)
1,30 ± 0,06
A
1,22 ± 0,09
A
1,29 ± 0,07
A
1,15 ± 0,08
A
B (cm)
0,84 ± 0,07
A
0,79 ± 0,07
A
0,85 ± 0,07
A
0,81 ± 0,07
A
C (cm)
0,40 ± 0,04
A
0,42 ± 0,07
A
0,41 ± 0,04
A
0,44 ± 0,04
A
Esfericidade
0,59 ± 0,03
A
0,61 ± 0,06
A
0,60 ± 0,03
A
0,64 ± 0,04
A
Ø geométrico
(cm)
0,76 ± 0,03
A
0,73 ± 0,04
A
0,77 ± 0,03
A
0,74 ± 0,03
A
Porosidade
(%)
45,05 ± 1,36
A
44,72 ± 1,24
A
45,44 ± 1,24
A
45,59 ± 2,18
A
Grãos
boiantes(%)
24,67
A
2,33
C
13,50
B
3,50
C
Peso
volumétrico
(g. L
-1
)
818
C
833
B
814
C
850
A
Massa de cem
grãos (g)
35 ± 0,01
B
33 ± 0,01
C
37 ± 0,01
A
35 ± 0,00
B
A,B,C
– Médias seguidas de mesma letra, em cada linha, não diferem entre si pelo teste de Tukey (P<0,05).
Observa-se na Tabela 3 que os quatro híbridos não apresentaram diferenças estatísticas
em suas dimensões médias (A, B e C), apesar da diferença de suas aparências. Os resultados
para tamanho de grãos possibilitam a escolha das dimensões dos furos de peneiras para
máquinas de limpeza, baseada na média do intervalo de previsão (95%) da dimensão do
42
comprimento. Considerando que, em peneiras de furos redondos, o grão de milho é separado
em função de sua largura, deve-se adotar essa dimensão como referência. Neste caso, a média
do intervalo de previsão (95%) do comprimento, a ser adotado, não pode ser menor que a
dimensão média da largura.
A esfericidade e o diâmetro geométrico médios também não foram diferentes entre
os híbridos e as Figuras 14 e 15 mostram suas distribuições, respectivamente. Os histogramas
indicam que os quatro híbridos apresentaram distribuições normais, com a grande maioria da
população de 200 grãos analisados dentro dos valores médios ou próximo deles.
0,840,780,720,660,600,540,48
60
45
30
15
0
0,840,780,720,660,600,540,48
60
45
30
15
0
A2555
Freqüência
SOMMA
DOW2B587 30F98
Média 0,6068
DP 0,05624
A2555
Média 0,6434
DP 0,03437
SOMMA
Média 0,5853
DP 0,02828
DOW2B587
Média 0,5957
DP 0,02872
30F98
Esfericidade
Figura 14: Distribuição da esfericidade dos quatro híbridos de milho.
0,920,880,840,800,760,720,680,64
60
45
30
15
0
0,920,880,840,800,760,720,680,64
60
45
30
15
0
A2555
Freqüência
SOMMA
DOW2B587 30F98
Média 0,7335
DP 0,04309
A2555
Média 0,7373
DP 0,02951
SOMMA
Média 0,7608
DP 0,03386
DOW2B587
Média 0,7652
DP 0,03448
30F98
Diâmetro Geométrico
Figura 15: Distribuição do diâmetro geométrico dos quatro híbridos de milho.
2B587
2B587
43
O comportamento observado nas Figuras 14 e 15 é semelhante à maioria dos
produtos agrícolas como observado por Afonso Júnior et al. (2000) e os valores estão dentro
do esperado. O híbrido A2555 apresentou distribuição mais ampla para ambos os casos.
Os valores médios de porosidade, que mede o “espaço vazio” numa massa de grãos,
não apresentaram diferença entre os híbridos, o que poderia influenciar diretamente o peso
volumétrico dos grãos (AFONSO JÚNIOR et al, 2000).
Quanto ao peso volumétrico, massa de cem grãos e porcentagem de grãos boiantes, a
análise de variância mostrou que houve diferença significativa entre os valores obtidos, para
os quatro híbridos. Como os híbridos não apresentaram diferenças estatísticas em suas
dimensões, esfericidade, diâmetro geométrico e porosidade, o esperado é que um maior valor
de massa ou peso volumétrico, ou um menor valor de porcentagem de grãos boiantes,
indiquem um maior conteúdo de sólidos no grão (grãos com endosperma mais compacto).
Para as indústrias esta característica é importante, pois indica grande potencial produtivo:
maior conteúdo de sólidos (maior rendimento) e menor suscetibilidade à quebra (menores
perdas durante a colheita, transporte e processo).
A Figura 16 apresenta a relação do peso volumétrico com a porcentagem de grãos
boiantes de cada híbrido.
y = -1,1711x + 841,63
R
2
= 0,5544
810
815
820
825
830
835
840
845
850
855
0 5 10 15 20 25 30
Grãos boiantes (%)
Peso vol. (g/L)
Real
Esperado
Linear (Real)
Figura 16: Peso volumétrico em função da porcentagem de grãos boiantes
A2555
Somma
30F98 2B587
44
De acordo com a teoria, um grão de aparência vítrea deveria apresentar maior peso
volumétrico e menor teor de grãos boiantes. No entanto, estas características não se
relacionaram assim como verificado por Duarte et al. (2008), o que permite corroborar a
conclusão de que a avaliação da aparência de um grão não é um método eficiente para prever
a densidade dos grãos e seu potencial industrial. Os dados da Figura 16, comprova a
inexistência da relação entre estas características físicas através de um baixo coeficiente de
determinação (R
2
= 0,55). O esperado para a figura seria a reta decrescente apresentada no
gráfico. O híbrido Somma, de aparência mais vítrea foi o que apresentou maior peso
volumétrico e menor valor de boiantes, o que está de acordo com a teoria. Porém, o híbrido
2B587, de aparência dentada, apesar de ter apresentado o maior valor de grãos boiantes,
apresentou peso volumétrico similar ao 30F98, que possui aparência mais vítrea que este. A
variação pode ser explicada pelas diferenças dos tratos culturais e insumos agrícolas
aplicados durante o cultivo dos híbridos. Além disso, a composição química dos grãos
influencia diretamente os valores de grãos boiantes e peso volumétrico.
Observando-se os valores de massa de 100 grãos de cada híbrido na Tabela 3,
percebe-se que não há relação com seu peso volumétrico. Isto pode ter ocorrido porque os
pesos volumétricos dos híbridos foram determinados no IAC, antes de terem suas amostras
submetidas aos procedimentos de preparo e secagem. Pode-se observar que o híbrido Somma,
que apresentou maior peso volumétrico, foi o que aparentemente perdeu mais peso após a
secagem, se igualando à massa do híbrido 2B587, que havia apresentado menor peso
volumétrico. Isto indica que o híbrido Somma possui provavelmente maior teor de umidade.
A partir destes resultados tem-se que um grão pode apresentar maior peso
volumétrico que outro, porém, não se pode dizer que isto indica maior teor de sólidos e,
consequentemente, maior rendimento e menor suscetibilidade à quebra, pois parte deste peso
pode corresponder à umidade contida na composição química do grão.
5.2 Composição centesimal dos grãos de milho
As composições dos quatro híbridos são apresentadas na Tabela 4, e podem explicar
as diferenças entre as características físicas discutidas anteriormente.
45
Tabela 4: Composição centesimal dos grãos de milho.
Híbridos Composição
(%)
2B587 A2555 30F98 Somma
Umidade
10,80 ± 0,27
BC
10,61 ± 0,29
C
11,86 ± 0,65
B
12,20 ± 0,32
A
Carboidrato
74,41 ± 1,53
A
73,38 ± 1,57
A
73,50 ± 2,21
A
74,38 ± 0,75
A
Proteínas
9,06 ± 0,08
A
8,71 ± 0,18
B
8,67 ± 0,11
B
8,21 ± 0,14
C
Lipídios
3,23 ± 0,12
B
4,77 ± 0,29
A
3,00 ± 0,94
B
3,77 ± 0,11
AB
Cinzas
1,26 ± 0,05
A
1,14 ± 0,02
B
1,07 ± 0,02
B
1,08 ± 0,02
B
Fibras
1,25 ± 1,01
A
1,40 ± 0,79
A
1,89 ± 0,49
A
1,36 ± 0,16
A
A,B,C
– Médias seguidas de mesma letra, em cada linha, não diferem entre si pelo teste de Tukey
(P<0,05).
De acordo com a Tabela 4, o híbrido 2B587 apresentou o maior teor protéico (9,06
%), seguido do A2555 e 30F98 (8,71 e 8,67 %) e, por fim, o híbrido Somma, com menor teor
(8,21 %). Um maior teor de proteína era esperado para o híbrido Somma, devido à sua
aparência mais vítrea e maior peso volumétrico, decorrente de um endosperma aparentemente
mais compacto. No entanto, esta análise visual não confirmou esta relação.
O maior teor protéico do híbrido 2B587 foi observado na prática, durante a
separação amido-proteína na mesa de amido, pois tornou a etapa mais difícil devido à rápida
decantação das proteínas e dificuldade de lavagem do amido. Isto demonstra que um grão
com maior peso volumétrico ou aparência mais vítrea não representa necessariamente um
grão mais duro, com alto teor de sólidos. De acordo com Pereira (2006), a vitreosidade e a
dureza são comumente utilizadas para se referir à textura do grão, no entanto, não designam a
mesma propriedade. A vitreosidade está relacionada com a aparência enquanto a dureza
refere-se a uma propriedade física, e não se relacionam necessariamente.
O híbrido 2B587 apresentou menor teor de umidade (10,80 %), o qual não se
diferenciou estatisticamente dos híbridos A2555 (10,61 %) e 30F98 (11,86 %). Apresentou
também maior teor de cinzas (1,25 %).
O híbrido Somma apresentou o maior teor de umidade (12,20 ± 0,32 %),
confirmando a explicação anterior de que seu maior peso volumétrico é devido a sua
umidade. Também apresentou maior teor de lipídios (3,77 %). O teor de fibras e carboidratos
não se diferenciaram estatisticamente entre os híbridos.
46
Pelos resultados da composição centesimal pode-se, em princípio, estimar que os
rendimentos das moagens sejam similares. Entretanto, em função das diferenças das
características físicas, a performance da moagem de cada milho pode ser influenciada.
5.3 Moagem úmida dos grãos de milho
Os rendimentos da moagem úmida dos quatro tipos de milho são apresentados na
Tabela 5. Embora grande parte dos resultados não tenham apresentado diferença estatística,
verifica-se certa influência das características físicas e químicas dos grãos.
Tabela 5:
Rendimentos de amido e subprodutos recuperados nas moagens úmidas dos
quatro híbridos de milho
Rendimento
(%)
Sólidos na Água
dos processos
(%)
Híbrido
%
Ácido
lático
Germe
Fibra Amido Proteína
Mac. Filt.
Rendi-
mento
total
(%)
0,55 7,27
C
12,12
A
61,90
A
10,46
A
4,84
A
2,70
A
99,29
A
2B587
1,00 7,70
BC
12,00
A
62,15
A
9,76
A
5,67
A
2,59
A
99,87
A
0,55 8,26
AB
10,11
A
61,90
A
10,71
A
5,24
A
1,85
A
98,07
A
30F98
1,00 7,91
BC
9,87
A
62,80
A
9,26
A
6,06
A
2,21
A
98,11
A
0,55 7,79
BC
12,18
A
62,79
A
9,75
A
5,04
A
2,40
A
99,95
A
Somma
1,00 7,97
BC
9,80
A
63,82
A
10,61
A
5,46
A
2,33
A
99,99
A
0,55 8,59
A
12,04
A
61,76
A
10,58
A
4,79
A
2,20
A
99,96
A
A2555
1,00 8,39
B
9,46
A
62,98
A
10,24
A
6,23
A
2,43
A
99,73
A
A, B, C
– Médias seguidas de mesma letra, em cada coluna, não diferem entre si pelo teste de Tukey
(P<0,05).
Observa-se na Tabela 5 que o híbrido A2555 e o 30F98 foram os que proporcionaram
melhores rendimentos de germe (em média 8,59 e 8,26 %, respectivamente). O A2555 também
foi o híbrido que apresentou maior teor de lipídios em sua composição centesimal (4,77 ± 0,29
%) quando comparado aos demais híbridos na Tabela 4. O maior teor de lipídios e/ou maior
tamanho do germe desses grãos, facilitou a recuperação e estes se apresentaram maiores e
inteiros, com menor dano físico devido à primeira moagem. O menor dano físico indica que a
etapa de maceração foi adequada para estes dois híbridos, pois foi suficiente para amaciar o
47
grão e proporcionar melhor separação dos componentes. Rausch et al. (1999) também
observaram uma maior facilidade de recuperação de germes nos híbridos com maior teor de
lipídios. Observaram também que, além do maior rendimento em germe, tais germes
apresentavam maior teor de óleo quando comparado aos germes de um grão comum.
O híbrido 2B578, que possui característica de endosperma compacto (maior teor
protéico na composição centesimal), apresentou germes de menor tamanho que quebraram com
facilidade em todos os testes de moagens, o que dificultou sua recuperação, proporcionando
baixos rendimentos (em média 7,49 %). Isto está de acordo com os estudos de Duarte et al.
(2008), em que híbridos com maior produtividade geram menor rendimento em óleo. Esta
dificuldade de recuperação não pode ser relacionada ao menor teor de lipídios (3,23 ± 0,12 %)
de sua composição centesimal quando comparado aos demais híbridos na Tabela 4, pois o
30F98 possui teor de lipídios semelhante (3,00 ± 0,94 %) e nem por isso sua recuperação de
germe foi dificultada. Portanto, a maior dificuldade de recuperação e quebra dos germes do
híbrido 2B587 pode estar relacionada com outras características como a menor difusão da água
de maceração para o interior do grão. Assim, o grão não atingiu maciez suficiente para evitar os
danos no germe. Entre os fatores que podem ter dificultado a difusão está o alto teor protéico,
responsável pela maior compactação do endosperma.
Os rendimentos em fibra não se diferenciaram entre os híbridos. No entanto, a grande
danificação e dificuldade de recuperação do germe do híbrido 2B587, provavelmente fizeram
com que pequenos pedaços de germe fossem recuperados juntamente com a fração de fibra
(peneira mais fina), assim, o rendimento de fibras do híbrido 2B587 pode ter sido
influenciado por este fato. De acordo com Lopes Filho (1999), quando a maceração não é
suficiente em termos de tempo e quantidade de SO
2
e ácido lático, a fração de fibra é maior,
pois parte do amido e mesmo da porção protéica ficam agregados a ela. Assim, quanto maior
a quebra das redes de proteína, cujo principal responsável é o SO
2
, aliado a maior facilidade
de lavagem da fibra, onde o ácido lático tem papel importante, menor será a “contaminação”
da fração de fibra e, consequentemente, menor seu rendimento final, que é desejado na
produção de amido de milho. Pode-se observar na Tabela 5 que embora os rendimentos de
fibra não tenham se diferenciado estatisticamente, foram numericamente maiores para o
2B587, considerando que o teor de fibra de sua composição foi numericamente menor que os
demais híbridos. Vignaux et al. (2006) e Shandera et al. (1995) também observaram este
comportamento, onde grãos com alto teor protéico dificultaram a recuperação de amido, o
qual ficou agregado na parte protéica e na fibra. Isto foi observado na prática devido à maior
48
dificuldade na lavagem da fibra do híbrido 2B587. Em todas suas moagens, este híbrido
proporcionou fibras com aspecto gelatinoso, devido principalmente a presença de amido.
Os rendimentos de proteína apresentados na Tabela 5 (em média 10,12 %) estão
compatíveis com outros estudos (SINGH; ECKHOFF, 1996; MANZONI, 2000) e não foram
diferentes entre si. No entanto, as porcentagens de proteínas dos híbridos recuperadas nas
moagens são maiores que as porcentagens de proteína de suas composições apresentadas na
Tabela 4, ou seja, os grãos tiveram seus rendimentos aumentados devido a contaminações por
outras frações. O híbrido Somma, por exemplo, que apresentou menor teor de proteínas em
sua composição (8,21 ± 0,14 %) na Tabela 4, apresentou rendimento protéico na moagem
estatisticamente igual aos demais grãos (9,75 %) (Tabela 5), ou seja, teve seu rendimento
protéico aumentado ou “contaminado” por outra fração. Alguns fatores podem ter
influenciado no aumento deste rendimento como a “contaminação” por amido devido a
alguma falha do processo como desregulagem da inclinação da canaleta ou na vazão da
bomba. O mesmo ocorreu para o híbrido A2555 e 30F98.
Considerando que ocorreu uma “contaminação” para todos os híbridos, o híbrido
2B587 deveria ter apresentado também maior recuperação da fração protéica, uma vez que
apresentou maior teor protéico em sua composição apresentada na Tabela 4 (9,06 ± 0,08 %).
Isto indica que o híbrido 2B587 proporcionou menores rendimentos de proteína,
possivelmente por ser prejudicado pela falta de amaciamento devido a dificuldade de
penetração da solução de maceração em seu interior. Por não estarem amaciados
corretamente, os germes dos grãos foram quebrados na primeira moagem, o que liberou alto
teor de óleo na solução. O óleo liberado possui menor densidade que a água, facilitando a
decantação das proteínas juntamente com o amido na canaleta, prejudicando sua recuperação.
Fox et al. (1992) também observaram que os grãos com maior porcentagem de proteínas
apresentaram alto teor de proteína residual no amido obtido, devido a maior dificuldade de
separação amido-proteína. Esta dificuldade de escoamento das proteínas na mesa de amido foi
observada na prática, pois as proteínas do híbrido 2B587 decantavam ao longo de todo o
percurso da canaleta, dificultando a lavagem do amido e prejudicando seu rendimento.
Os rendimentos de amido também não foram estatisticamente diferentes entre os
híbridos e estão compatíveis a outros estudos da literatura (média de 62,50 %). Esse
rendimento significa uma recuperação em torno de 86% de todo o amido dos grãos levando-se
em conta os dados da Tabela 4. Esses valores são compatíveis com outros estudos conforme
apresentado na Tabela 1.
49
Apesar de não se diferenciarem estatisticamente, verificou-se uma tendência de
menor rendimento para o híbrido 2B587, comprovando o fato de que os grãos com
endosperma mais compacto tendem a apresentar menor rendimento devido às perdas nas
demais frações, principalmente de fibra. Apenas o híbrido A2555 apresentou menor
rendimento de amido que o 2B587, o que pode ser explicado por seu maior teor de lipídios,
que reduz a porcentagem de carboidrato. Rausch et al. (1999), também obtiveram menores
rendimentos de amido para híbridos com maiores teores de óleo. Provavelmente em função do
maior tamanho dos germes destes grãos.
Como pôde ser observado neste estudo, as características físicas e químicas não
influenciaram os rendimentos de subprodutos para os quatro híbridos de milho nas condições
de moagem estabelecidas. Porém, verificou-se a tendência de algumas influências, as quais
poderão ser exploradas e analisadas com maior clareza em outros estudos com novos níveis
de ácido lático.
As observações do presente estudo confirmam a teoria de Duarte (2007) de que não é
ideal julgar a qualidade de processamento de um grão por análises preliminares (como a
análise de peso volumétrico, aparência ou tamanho do grão), afinal, outros fatores podem
influenciar os rendimentos da moagem úmida, como por exemplo, a sua composição química.
Para otimizar a moagem úmida do milho deve-se entender os mecanismos de
absorção de água, SO
2
e ácido lático pelos grãos de milho durante a maceração (LOPES
FILHO et al., 2006). Vários estudos foram realizados neste sentido incluindo a determinação
do efeito do SO
2
e do ácido lático nas taxas de hidratação e a variação de volume e massa dos
grãos durante a maceração (ROUSHDI et al, 1981; HAROS et al., 1995; VERMA; PRASAD,
1999). No entanto, é essencial o estudo e a caracterização, ou seja, o entendimento da
influência das características físico-químicas de diferentes híbridos para ajustes no processo
de moagem como aumento do tempo da maceração e/ou aumento da concentração de SO
2
e/ou ácido lático e/ou temperatura para a melhor extração dos componentes de um
determinado grão.
Influência do ácido lático: A maior concentração de ácido lático favorece a
penetração da solução de maceração no interior do grão, aumentando a eficiência da atuação
do SO
2
no rompimento das cadeias protéicas. A separação dos componentes é facilitada
melhorando a recuperação dos subprodutos. Os valores da Tabela 5 indicam, em média, uma
tendência de melhores rendimentos para a concentração de 1,00 % de ácido. Entretanto, os
resultados não foram estaticamente diferentes para os dois níveis (Tabela 5). Um rendimento
50
total de 98-99 % é comum no procedimento de moagem úmida, não sendo aceitável, de
acordo com Du et al. (1996), recuperação abaixo de 97 %. Os resultados deste estudo estão
dentro do esperado.
Foi observado também um aumento na porcentagem de sólidos solúveis da solução
de maceração com 1,00 % de ácido lático. Wang (1944) e Lopes-Filho (1997) também
reportaram maiores quantidades de sólidos solúveis. Além disso, a maior facilidade de
recuperação dos componentes, principalmente a recuperação do germe, foi constatada na
prática em todas as moagens com 1,00 % de ácido lático.
Apesar de também não terem se diferenciado estatisticamente, verificou-se uma
tendência de menor rendimento de fibras com o aumento do ácido lático, o que significa que
parte da fibra recuperada na moagem com 0,55 % de ácido pode ser amido residual. Como a
hidratação do grão foi mais eficiente, houve melhor separação dos componentes e o amido foi
recuperado mais facilmente (LOPES FILHO, 1999).
De acordo com a análise estatística não há vantagem na utilização de 1,00 % do
ácido em comparação com 0,55 % para os híbridos estudados. Níveis maiores poderão ser
testados para confirmação destes resultados. Singh et al. (1997) trabalhando com 18 híbridos
comerciais em três níveis de ácido lático, determinaram que o nível ótimo de concentração
deste ácido para a recuperação do amido ficou entre 0,55 e 1,67 %. Seus estudos mostraram
que abaixo de 0,55 % e acima de 1,67 % os rendimentos de amido decrescem. Roushdi et al.
(1981) verificaram também que não somente o excesso de SO
2
prejudica a ação do ácido
lático, como o contrário também é verdadeiro. O excesso de ácido lático diminui o
rendimento de amido e aumenta a porcentagem residual de proteína do mesmo, pela possível
interação com o SO
2
prejudicando sua ação. Não se tem conhecimento da ação do ácido no
complexo amido-proteína (SHANDERA et al., 1995).
5.4 Análise do teor protéico residual dos amidos
As médias dos resultados obtidos da análise do residual protéico dos amidos são
apresentadas na Tabela 6. Os teores de proteína nos amidos não se diferenciaram
estatisticamente entre os quatro híbridos e nem entre as moagens com diferentes níveis de
ácido lático. No entanto, há uma tendência de redução da porcentagem de proteína residual no
amido quando o grão foi macerado com 1,00 % de ácido lático. Isto pode ser devido a uma
maior hidratação do grão e, consequentemente, maior ação do SO
2
no rompimento das cadeias
protéicas efetivando a separação amido-proteína. O híbrido 2B587 comprova este fato, pois
51
teve o amido com maior contaminação residual de proteína, devido a sua maior dureza e
conseqüente menor hidratação e menor ação do SO
2
no rompimento das cadeias de proteínas.
Tabela 6: Porcentagens de proteína nos amidos obtidos
Híbrido % de ácido
% de proteína no
amido
0,55 0,80
A
2B587
1,00 0,68
A
0,55 0,71
A
A2555
1,00 0,69
A
0,55 0,71
A
Somma
1,00 0,60
A
30F98 0,55 0,59
A
1,00 0,51
A
Média Total 0,66
A, B, C
– Médias seguidas de mesma letra, em cada coluna, não
diferem entre si pelo teste de Tukey (P<0,05).
Para as indústrias, níveis de 0,35 a 0,50 % de proteína residual no amido são
aceitáveis (ECKHOFF et al., 1993). De acordo com Singh et al. (1997), embora a indústria de
moagem úmida tenha por objetivo obter um amido com residual de 0,30 % de proteína,
valores de até 0,50 % são aceitáveis para híbridos dentados. Assim sendo, a maioria dos
resultados do teor protéico no amido dos estudos comparados na Tabela 1, se enquadram nos
padrões industriais. Apenas algumas pesquisas ficaram fora dos padrões, como por exemplo, a
de Singh e Eckhoff (1995) (citado na Tabela 1), que utilizaram a maceração por batelada com
recirculação e mesas de amido, apresentando 0,64 % de proteína residual. Os resultados do
presente estudo (Tabela 6) apresentaram média de 0,66 %, valor também inaceitável para a
indústria. No entanto, segundo Eckhoff et al. (1993), altos níveis de proteína residual são
esperados quando mesas de amido e separação manual de fibras são efetuadas. Nas indústrias
os amidos passam por uma etapa de lavagem para remoção da proteína adicional. Diferenças
de resultados de proteína residual no amido também podem ser verificadas no mesmo tipo de
processo (maceração por batelada com recirculação e utilizando mesas de amido para
separação amido-proteína) (Tabela 1), pois também dependem dos métodos empregados,
equipamentos e tipo de grão envolvido. Neste estudo, todas as moagens foram realizadas pelo
mesmo processo e mesmos equipamentos, o que permitiu as comparações entre os resultados
considerando que as mesmas deficiências ocorreram em todos os testes de moagens.
52
6 CONCLUSÕES
•
Os híbridos diferenciaram-se estatisticamente quanto à porcentagem de grãos boiantes,
peso volumétrico, massa de cem grãos, umidade, proteínas, lipídios e cinzas.
•
As diferenças de aparência e das características físico-químicas dos quatro híbridos de
milho analisados não influenciaram os rendimentos de amido, proteína, germe e fibra,
obtidos na moagem úmida.
•
As características físicas de um grão não devem ser analisadas isoladamente para
prever sua qualidade industrial. Um grão com maior peso volumétrico não indica
necessariamente maior teor de sólidos e maior rendimento em amido. Parte de seu
peso pode corresponder à sua umidade ou outra fração (germe, fibra, proteína), e isto
só será verificado após análise da composição centesimal.
•
O aumento da concentração de ácido lático na água de maceração (0,55 para 1,00 %)
não influenciou os rendimentos de subprodutos dos híbridos. Porém, observou-se uma
tendência de melhoria dos rendimentos de amido, aumento da concentração de sólidos
solúveis na água de maceração e redução do rendimento de fibra. Isto comprova que a
maior concentração de ácido lático pode melhorar a hidratação e a separação das
frações.
53
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