Avaliação das melhores condições de secagem de grãos de soja visando à manutenção do teor de proteínas

Abstract

A soja é um grão rico em proteínas e a sua inclusão na alimentação das pessoas possibilita uma maior fonte de proteína que alimentos comuns como o arroz e o feijão. Entretanto, para possibilitar o armazenamento e transporte sem afetar a qualidade dos grãos, há a necessidade de um processo de secagem que normalmente é otimizado para produção de óleo de soja, e não há preocupação em preservar a parte proteica dos grãos. Tratamentos térmicos aplicados a alimentos, como a secagem, podem modificar a funcionalidade das proteínas. Logo, torna-se necessário estudar as melhores condições da utilização do processo de secagem que possibilitem minimizar a desnaturação proteica dos grãos de soja. Neste estudo foram realizados, inicialmente, experimentos de secagem de grãos de soja variando o tipo de secador, a altura de camada da amostra, assim como a velocidade e a temperatura do ar de secagem, para avaliar o processo em função da redução do teor de umidade. Com os resultados obtidos nestes experimentos, foi avaliado o ajuste de modelos matemáticos retirados da literatura através da análise do percentual do erro médio relativo (EMR) e do coeficiente de determinação (R2) obtidos via regressão nãolinear. Para os dois secadores avaliados (secador piloto e estufa de secagem), o modelo que melhor se ajustou às curvas de secagem obtidas foi o modelo da Aproximação da difusão. A partir dos resultados obtidos nestes experimentos, outros foram realizados para assim avaliar como a secagem influencia na desnaturação proteica dos grãos. Utilizou-se o método de Kjeldahl modificado para quantificar as proteínas totais e dispersáveis dos grãos. Por meio dos resultados obtidos, foi possível observar que a temperatura do ar e o tempo de processo são parâmetros primordiais para o processo. Contudo, a melhor condição de secagem não pode ser determinada sem levar-se em consideração o custo energético e o tempo disponível para o processo. Por exemplo, se houver a possibilidade de utilizar um tempo maior para secar os grãos de soja, a temperatura de 60°C mostrou-se como uma boa opção para manter alto o teor de proteína dispersável, 29 kg de proteína dispersável/100 kg de sólidos secos (s. s.), em 30 minutos de secagem. Caso seja economicamente viável, utilizar ar a 100°C também se mostrou como uma boa opção de secagem, sendo obtidos grãos de soja com aproximadamente 29,5 kg de proteína dispersável/100 kg de s. s. em apenas 6 minutos de secagem. Adicionalmente, foram determinadas experimentalmente isotermas de sorção de umidade para os grãos de soja nas temperaturas de 10 e 25ºC. Modelos de isoterma de sorção de umidade foram selecionados da literatura para ajuste aos dados experimentais obtidos, avaliando-se o percentual do erro médio relativo (EMR), coeficiente de determinação (R2) e valor de chi-quadrado (χ2) como indicadores da qualidade do ajuste. Foi observado que o modelo de GAB obteve o melhor ajuste aos dados obtidos (EMR = 4,1643%, R2 = 0,9937 e χ2 = 1,6684). A partir destes resultados, foi determinado o calor total de sorção, onde foi observado que o mesmo diminuiu com o aumento do teor de umidade de equilíbrio dos grãos, atingindo o valor correspondente ao calor de vaporização da água em um teor de umidade dos grãos de soja de aproximadamente 23% (base seca). Por fim, através dos resultados obtidos, é possível afirmar que a temperatura do ar e o tempo de secagem são parâmetros primordiais para o processo de secagem dos grãos de soja visando a produção de proteínas de soja, não permitindo eleger uma melhor condição de secagem sem levar em consideração o custo energético e o tempo disponível para o processo.

Soybean is a grain rich in proteins and their inclusion in the diet of people provides a greater source of protein than common foods like rice and beans. However, to enable storage and transport without affecting grain quality, there is a need for a drying process which is normally optimized for the production of soybean oil, and there is no concern for preserving the protein content of the grains. Heat treatment applied to foods, such as drying, can modify the functionality of the proteins. Therefore, it becomes necessary to study conditions for the best utilization of the drying process, enabling to minimize protein denaturation of the soybean. This study was conducted initially with soybean drying experiments varying the type of dryer, the height of the sample layer as well as the drying air velocity and temperature, evaluating the process according to the reduction of moisture content. With the results of these experiments, it was evaluated the fit of mathematical models taken from the literature by examining the percentage of mean relative deviation (MRD) and the coefficient of determination (R2) obtained using nonlinear regression. For the two dryers evaluated (pilot-scale dryer and oven), the model that best fitted the drying curves obtained was Approximation of diffusion model. Using the results obtained in these experiments, others were conducted so as to evaluate how drying influences protein denaturation of the grains. It was used a modified Kjeldahl method to quantify the total and dispersible protein content of the grains. From the obtained results, it was observed that the air temperature and the process time are essential parameters for the process. However, the best drying condition cannot be determined without taking into account the energy cost and the time available for the process. For example, if there is the possibility of using a longer time to dry soybeans, the temperature of 60°C proved to be a good choice to maintain a high dispersible protein content, 29 kg of dispersible protein /100 kg dry solids (d. s.) in 30 minutes of drying. If economically feasible, using air at 100°C was also a good option for drying, obtaining soybeans with approximately 29.5 kg of dispersible protein /100 kg d. s. within 6 minutes. Additionally, moisture sorption isotherms for soybeans were experimentally determined in the temperatures of 10 and 25°C. Models of moisture sorption isotherms were selected from the literature to fit the experimental data obtained by assessing the percentage of mean relative deviation (MRD), the coefficient of determination (R2) and chi-square value (χ2) as quality indicators of the fitting. It was observed that the GAB model had the best fit to the data obtained (MRD = 4.1643%, R2 = 0.9937 and χ2 = 1.6684). From these results, it was determined the total heat of sorption, where it was observed to decrease with the increase of the equilibrium moisture content of the beans, reaching the value corresponding to the heat of vaporization of water at a moisture content of approximately 23% (dry basis). Finally, from the results obtained, it can be stated that the air temperature and drying time are vital parameters for the process of drying the soybeans in order to produce soy proteins, not being possible however to elect a best drying condition without taking into account the energy costs and the time available for the process.