Extração de fibras insolúveis do resíduo farelo de trigo.

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Doutor Neimar de Freitas Duarte

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Abstract

The generation of waste and by-products is inherent to any productive sector. The agroindustrial sectors produce large quantities of waste, which can present high final disposal problems and potential pollutants, and often represent losses of biomass and high-value nutrients. Among the agroindustrial chains, the wheat processing chain is praised for treating the cereal with the largest volume of production in the world, which generates significant volumes (23%) of waste (wheat bran), representing a major problem for the milling industry . Wheat bran is a renewable and poorly exploited food resource, although it is one of the richest sources of fiber, mainly insoluble fibers. Fiber fibers present several benefits to human health, being considered as functional component, acting in the prevention of several diseases. The food industry, attentive to the scenario, are developing several products enriched with fibers, aiming to meet the growing demand of individuals interested in a healthier diet. However, single fibers are expensive and their supply is currently restricted by international companies. In view of this context, the objective of the work is to develop or improve a methodology for the extraction of insoluble fiber from wheat bran, with the wheat mills being applied as well as obtaining a new product with higher added value, the insoluble fibers available for commercialization and In the food industry. This work was subdivided into three stages: 1) systematic bibliographical review, 2) physicochemical characterization of different wheat bran, and 3) experimentation of different methodologies for the extraction of insoluble fibers. In the experimentation of different extraction methods, the first preliminary experiment (EP-I) varied the content of the aqueous extraction solution between acids and bases. When the ideal aqueous solution was determined, preliminary experiment II (EP-II) was used in a completely randomized design, in a 3x2 factorial scheme with 3 different temperatures and at 20 and 30 minutes. The preliminary experiment III (EP-III), which worked on the purification step of the extracted solution, was carried out with the solution of ultrafiltration and activated carbon. With three preliminary experiments carried out, the extractive experiment was based on the main stage of the process, which is exactly the extraction phase, where it was varied between enzymatic, physical and mixed treatments.As a result ten patents related to the fiber extraction process were found, of which nine deal with the enzymatic extraction and only one of the physical extraction. The wheat bran samples analyzed had insoluble fiber contents between 39.9 - 44.1%, and the M3 sample had the highest content (44.1%). Among the extraction processes, the best results were E1 - physical treatment, with 12.3% of insoluble fibers in samples M1 and M2. The physical treatment extraction process showed an average yield of approximately 29%. The product obtained was an aqueous solution of fibers, which may or may not be subjected to the drying process. Therefore, the methodology of fiber extraction proposed by this work is summarized in: removal of impurities with ethyl alcohol; extraction in aqueous solution with pure water; autoclaving with minimum temperature and time of 174 °C and 20 minutes, respectively; centrifugation, purification with ultrafiltration membrane or reverse osmosis; bleaching and drying.


Resumo

A geração de resíduos e subprodutos é inerente a qualquer setor produtivo. Os setores agroindustriais produzem grandes quantidades de resíduos, os quais podem apresentar elevados problemas de disposição final e potencial poder poluente, além de representarem, muitas vezes, perdas de biomassa e de nutrientes de alto valor. Dentre as cadeias agroindustriais, a cadeia de processamento de trigo se enaltece por tratar do cereal com o maior volume de produção mundial e que gera volumes expressivos (23%) de resíduo (farelo de trigo), representando um grande problema para as indústrias moageiras. O farelo de trigo consiste em um recurso alimentar renovável e pouco explorado, apesar de se apresentar como uma das fontes mais ricas de fibras, principalmente fibras insolúveis. As fibras alimentares apresentam diversos benefícios à saúde humana, sendo considerada como componente funcional, agindo na prevenção de diversas doenças. As indústrias alimentícias, atentas ao cenário, estão desenvolvendo diversos produtos enriquecidos com fibras, visando atender à demanda crescente de indivíduos interessados em uma alimentação mais saudável. No entanto, as fibras isoladas possuem um alto custo e seu fornecimento, atualmente, é restrito por empresas internacionais. Diante deste contexto, o objetivo do trabalho é desenvolver ou aprimorar uma metodologia de extração de fibras insolúveis do farelo de trigo, sendo aplicáveis as indústrias moageiras de trigo, assim como obter um novo produto com maior valor agregado, as fibras insolúveis disponíveis para comercialização e utilização nas indústrias de alimentos. Este trabalho foi subdividido em três etapas: 1) revisão bibliográfica sistemática, 2) caracterização físico-química de diferentes farelos de trigo e 3) experimentação de diferentes metodologias de extração de fibras insolúveis. Na experimentação de diferentes métodos de extração, o primeiro experimento preliminar (EP-I) variou o conteúdo da solução aquosa de extração entre ácidos e bases. Determinada a solução aquosa ideal, o experimento preliminar II (EP-II) utilizou-se do delineamento inteiramente casualizado, em esquema fatorial 3x2 com 3 diferentes temperaturas e com os tempos de 20 e 30 minutos. Com solução aquosa e binômio tempo/temperatura determinados realizou-se o experimento preliminar III (EP-III), o qual trabalhou a etapa de purificação da solução extraída, variando entre o sistema de ultrafiltração e de carvão ativado. Com três experimentos preliminares realizados, o experimento extrativo se baseou na etapa principal do processo, que é propriamente a fase de extração, onde se variou entre tratamentos enzimáticos, físicos e mistos. Como resultado encontrou-se dez patentes relacionadas ao processo de extração de fibras, das quais nove tratam da extração enzimática e apenas uma da extração por meio físico. As amostras de farelo de trigo analisadas apresentaram teores de fibras insolúveis entre 39,9 - 44,1%, sendo a amostra M3 a que apresentou maior teor (44,1%). Entre os processos de extração o que obteve melhores resultados foi o E1 – tratamento físico, com 12,3% de fibras insolúveis nas amostras M1 e M2. O processo de extração por tratamento físico apresentou rendimento médio de aproximadamente 29%. O produto obtido foi uma solução aquosa de fibras, podendo a mesma ser submetida ou não ao processo de secagem. Portanto, a metodologia de extração de fibras proposta por este trabalho se resumiu em: remoção das impurezas com álcool etílico; extração em solução aquosa com água pura; extração em autoclave com temperatura e tempo mínimos de 174°C e 20 minutos, respectivamente; centrifugação; purificação com membrana de ultrafiltração ou osmose reversa; clareamento e secagem.

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