Valorização do cacto Opuntia monacantha para obtenção de farinha e mucilagem: caracterização e aplicação em biscoito sem glúten

Abstract

As cactáceas são plantas que demandam baixo consumo de água e energia para a sua exploração comercial. Além disso, os cactos apresentam elevado conteúdo de mucilagem (polissacarídeo) que pode ser utilizada como hidrocoloide para diversas aplicações alimentares. Nesse sentido, a matéria-prima utilizada neste trabalho foi o cacto nativo Opuntia monacantha que demonstra ampla distribuição na costa litorânea brasileira. O objetivo deste trabalho foi caracterizar a mucilagem e a farinha do cladódio obtidos desta planta quanto às suas potencialidades tecnológicas para aplicação em alimentos. Além disso, esses ingredientes também foram testados em biscoitos tipo cracker sem glúten. Para este propósito, no primeiro estudo fez-se a avaliação da mucilagem quanto às suas: características físico-químicas (composição centesimal, minerais, perfil dos monossacarídeos, atividade de água, cor, densidade aparente, viscosidade intrínseca e massa molar), morfologia do pó, distribuição do tamanho de partícula, e propriedades funcionais (solubilidade, propriedades emulsificantes, espumantes e de viscosidade). No segundo estudo, se analisou a farinha obtida por secagem e trituração do cladódio (denominada de farinha do cladódio) quanto às suas: características físico-químicas (composição centesimal, minerais, conteúdo de clorofila, cor e atividade de água) e propriedades tecnológicas (densidade aparente, swelling, capacidade de retenção de água e capacidade de retenção de óleo). Sequencialmente, ambos ingredientes (mucilagem e farinha do cladódio) foram utilizados na elaboração de biscoitos tipo cracker sem glúten. Foram elaboradas cinco formulações de biscoitos: cracker controle (contendo 2% de gomas comerciais - CMC e xantana), cracker adicionado de mucilagem (contendo 2% de mucilagem no lugar das gomas comerciais), crackers incorporados de 5%, 10% e 15% de farinha de cladódio (sem adição das gomas comerciais). Os biscoitos cracker foram avaliados quanto a sua composição centesimal, propriedades físicas, teor de fenólicos totais, composição de carotenoides, atividade antioxidante (ABTS) e análise sensorial. Os resultados do primeiro estudo evidenciaram que o rendimento de extração da mucilagem foi de 12% (em base seca), sendo composta por 80,12% de carboidratos, 15,14% de cinzas, 3,55% de proteínas e 1,19% de lipídios. A mucilagem apresentou elevados níveis de minerais, tais como potássio, cálcio, magnésio, manganês e zinco. O perfil dos monossacarídeos demonstrou que a mucilagem é um heteropolímero, constituído principalmente por galactose, ácido glicurônico e arabinose. As medidas viscosimétricas da mucilagem resultaram em uma viscosidade intrínseca de 9,02 dL/g e uma massa molar de 1,12 × 106 g/mol. A mucilagem reconstituída em água (1% p/v) apresentou um diâmetro médio de partícula (D4,3) de 648 nm e solubilidade acima de 85%. A capacidade emulsificante da mucilagem melhorou com o seu incremento na emulsão; da mesma forma, ela proporcionou alta estabilidade de emulsão através de diferentes proporções de óleo: solução de polissacarídeo. A mucilagem exibiu boa capacidade de formação de espuma, embora a estabilidade dessa espuma tenha reduzido progressivamente ao longo do tempo. Também, a sua mistura com a ovoalbumina resultou na melhoria da capacidade de formação de espuma e em uma estabilidade de espuma marcadamente maior em comparação com a ovoalbumina sozinha. Os estudos reológicos indicaram que as soluções de mucilagem demonstraram um comportamento pseudoplástico em concentrações entre 1 e 10%, e relativa estabilidade da viscosidade na faixa de temperatura de 5 a 80 °C.Conforme os resultados do segundo estudo, a farinha do cladódio apresentou composição centesimal de: 5,13% de umidade, 5,12% de proteína, 1,72% de lipídeos, 18,29% de cinzas, 45,36% de fibra dietética total, 32,86% de fibra dietética insolúvel, 12,50% de fibra dietética solúvel e 74,87% de carboidratos totais; ademais, exibiu os seguintes valores para as propriedades funcionais: swelling de 17,49 mL/g, 7,03 g/g de capacidade de retenção de água e 1,26 g/g de capacidade de retenção de óleo. Em relação aos biscoitos elaborados, a composição centesimal do cracker adicionado de mucilagem foi bastante semelhante ao controle (exceto pelo seu superior teor de cinzas), enquanto que os crackers adicionados de farinha de cladódio exibiram um aumento dos teores de cinzas e fibras. Em geral, as propriedades físicas dos biscoitos não foram afetadas pela utilização da mucilagem ou da farinha de cladódio, exceto pela coloração mais escura dos biscoitos suplementados com a farinha de cladódio. Os biscoitos contendo mucilagem e os incorporados de farinha de cladódio apresentaram maiores valores de compostos fenólicos totais e atividade antioxidante que o controle. Além disso, os biscoitos formulados com a farinha de cladódio foram incrementados de carotenoides. A avaliação sensorial revelou que o biscoito adicionado de mucilagem e o biscoito incorporado de 5% de farinha de cladódio foram os mais aceitos. Diante dos resultados obtidos neste trabalho, sugere-se que a mucilagem extraída do cacto O. monacantha pode apresentar aplicações potencialmente úteis em sistemas alimentícios, particularmente como agente emulsificante, espumante e espessante, ou como estabilizante.A farinha do cladódio, por sua vez, pode ser utilizada em muitas aplicações alimentares com o intuito de modificar a textura dos produtos, assim como para aumentar os teores de fibras, minerais e compostos bioativos. A aplicação da mucilagem e da farinha do cladódio na produção de biscoitos tipo cracker sem glúten, mostrou-se promissora na substituição das gomas comerciais usualmente utilizadas. Desta forma, devido às características apresentadas pelos ingredientes alimentícios obtidos do cacto Opuntia monacantha, sugere-se que tais ingredientes sejam testados em outros alimentos.

Cactaceae are plants that demand low consumption of water and energy for their commercial exploitation. In addition, cacti have a high mucilage content (polysaccharide) that can be used as a hydrocolloid for various food applications. In this sense, the raw material used in this work was the native cactus Opuntia monacantha that shows wide distribution in the Brazilian coastline. The objective of this work was to characterize the mucilage and the cladode flour obtained from this plant in terms of its technological potentialities for food application. In addition, these ingredients have also been tested on gluten-free crackers. For this purpose, in the first study the mucilage was evaluated for its physicochemical characteristics (proximate composition, minerals, monosaccharide profile, water activity, color, bulk density, intrinsic viscosity, and molar mass), powder morphology, particle size distribution, and functional properties (solubility, emulsifying, foaming and viscosity properties). In the second study, the flour obtained by drying and crushing the cladode (called cladode flour) was analyzed for its physicochemical characteristics (proximate composition, minerals, chlorophyll content, color, and water activity) and technological properties (bulk density, swelling, water holding capacity, and oil holding capacity).Sequentially, both ingredients (mucilage and cladode flour) were used in the preparation of gluten-free cracker-type biscuits. Five cracker formulations were prepared: control cracker (containing 2% of commercial gums - CMC and xanthan), cracker added of mucilage (containing 2% of mucilage instead of commercial gums), crackers incorporated of 5%, 10% and 15% of cladode flour (no commercial gums added). The crackers were evaluated for their proximate composition, physical properties, total phenolic content, carotenoid composition, antioxidant activity (ABTS) and sensory analysis. The results of the first study showed that the yield of mucilage extraction was 12% (dry basis), being composed of 80.12% of carbohydrates, 15.14% of ashes, 3.55% of proteins and 1.19 % of lipids. The mucilage presented high levels of minerals, such as potassium, calcium, magnesium, manganese, and zinc. The monosaccharide profile demonstrated that the mucilage is a heteropolymer, consisting mainly of galactose, glucuronic acid, and arabinose. The viscosimetric measurements of the mucilage resulted in an intrinsic viscosity of 9.02 dL/g and a molar mass of 1.12 × 106 g/mol. The reconstituted mucilage in water (1% w/v) had a mean particle diameter (D4,3) of 648 nm and solubility above 85%. The emulsifying capacity of the mucilage has improved with its increase in the emulsion; in the same way, it provided high emulsion stability through different proportions of oil: polysaccharide solution. The mucilage exhibited good foaming capacity, although the stability of that foam has progressively decreased over time. Also, its mixing with ovalbumin resulted in the improvement of foaming capacity and in a markedly greater foam stability compared to ovalbumin alone. The rheological studies indicated that the mucilage solutions showed a pseudoplastic behavior at concentrations between 1 and 10%, and relative viscosity stability in the temperature range of 5 to 80 °C. According to the results of the second study, the cladode flour had a proximate composition of 5.13% moisture, 5.12% protein, 1.72% lipids, 18.29% ash, 45.36% total dietary fiber, 32.86% insoluble dietary fiber, 12.50% soluble dietary fiber, and 74.87% of total carbohydrates; besides, exhibited the following values for the functional properties: swelling of 17.49 mL/g, water holding capacity of 7.03 g/g, and oil holding capacity of 1.26 g/g. In relation to the elaborated crackers, the proximate composition of the cracker added of mucilage was very similar to the control (except for its superior ash content), while the crackers incorporated with cladode flour exhibited an increase in ash and fiber contents. In general, the physical properties of the crackers were not affected by the use of mucilage or cladode flour, except for the darker coloring of the cladode flour- supplemented crackers. The crackers containing mucilage and the cladode flour-incorporated ones presented higher values of total phenolic content and antioxidant activity than the control. Additionally, the crackers formulated with the cladode flour were incremented with carotenoids. Sensory evaluation revealed that the cracker added of mucilage and the one incorporated of 5% cladode flour were those most accepted. Considering the results obtained in this work, it is suggested that the mucilage extracted from the O. monacantha cactus can present potentially useful applications in food systems, particularly as an emulsifying, foaming and thickening agent, or as a stabilizer. The cladode flour, in turn, can be used in many food applications in order to modify the texture of the products, as well as to increase the levels of fibers, minerals, and bioactive compounds. The application of the mucilage and the cladode flour in the production of gluten-free crackers has shown promise in the substitution of commercial gums usually used. Thus, due to the characteristics presented by the food ingredients obtained from Opuntia monacantha cactus, it is suggested that such ingredients must be tested in other foods.