Development of an organic extruded breakfast cereal using corn flour and passion fruit fiber

Orientador: Caroline Joy SteelDissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia de AlimentosResumo: É cada vez maior o número de pessoas que procura uma alimentação mais saudável, com alimentos frescos, de boa qualidade biológica e livre de defensivos agrícolas, como são os produtos orgânicos. Percebe-se também que nas dietas contemporâneas em geral existe um "déficit nutricional" de fibras. Este fato tem motivado as autoridades de saúde de diversos países a estimular um maior consumo de fibras por parte da população adulta, seja estimulando o consumo de alimentos como frutas, verduras, leguminosas, raízes, tubérculos e cereais integrais, ou através de produtos comerciais de consumo habitual que tenham sido enriquecidos com fibras. Já existem no mercado ou têm sido estudadas algumas fontes alternativas de fibras, como as fibras de beterraba, de caule de trigo, de laranja, de maracujá e a quitosana. Neste trabalho, optou-se por aproveitar os resíduos da extração de polpa de maracujá como fonte alternativa de fibras. Na extração de polpas e sucos, os resíduos resultantes do processo são normalmente utilizados em ração animal ou como adubo. O objetivo deste trabalho foi estudar o efeito de parâmetros da extrusão termoplástica (umidade da matéria-prima e temperatura de processo) e da adição de fibra sobre propriedades físicas, propriedades físico-químicas e propriedades nutricionais de produtos extrusados, no desenvolvimento de cereal matinal orgânico à base de farinha de milho e farelo de maracujá. A matéria-prima foi caracterizada quanto a sua composição centesimal; teores de fibra alimentar total, solúvel e insolúvel; índices de solubilidade em água (ISA), de absorção de água (IAA), de solubilidade em leite (ISL), de absorção de leite (IAL), de absorção de óleo (IAO), índice glicêmico (IG) e teor de compostos cianogênicos. Após a caracterização da matéria-prima, foi utilizado o processo de extrusão termoplástica para produzir uma base para cereal matinal, otimizando-se a formulação e os parâmetros de extrusão através da Metodologia de Superfície de Resposta, visando a obtenção de um produto com "alto teor de fibras" e propriedades tecnológicas adequadas. Os produtos extrusados foram caracterizados quanto a propriedades físicas, como índice de expansão (IE), cor, dureza e manutenção da textura em leite; propriedades físico-químicas, como ISA, IAA, ISL, IAL e IAO; e propriedades nutricionais, como IG e teor de compostos cianogênicos. Foi observado que o farelo de maracujá utilizado continha alto teor de fibra alimentar total (64,11%), apresentando teores significativos de fibra insolúvel (50,16%) e fibra solúvel (13,95%), ao contrário da farinha de milho que apresentou baixo teor de fibra alimentar total (3,68%), sendo 3,37% fibra insolúvel e 0,31% fibra solúvel. Os valores encontrados na determinação do ISA da farinha de milho e do farelo de maracujá foram 7,14 e 31,66%, respectivamente. O valor do IAA encontrado para a farinha de milho foi de 3,33 g de água/g material seco e para o farelo de maracujá foi de 14,38 g de água/g material seco. Os valores encontrados para o ISL da farinha de milho e do farelo de maracujá foram 5,23 e 14,53%, respectivamente. Os valores do ISL foram menores quando comparados com os valores do ISA. Os valores do IAL encontrados para a farinha de milho e para o farelo de maracujá foram de 3,26 e 12,50 g de leite/g material seco, maiores que os valores de IAA, possivelmente devido à formação de géis de pectina. Os índices de absorção de óleo da farinha de milho e do farelo de maracujá foram de 3,63 e 4,74 g de óleo/g de material seco, respectivamente. Os índices glicêmicos da farinha de milho e do farelo de maracujá foram de 48,03 e 45,00%, respectivamente. O farelo de maracujá apresentou um teor de compostos cianogênicos totais de 748,3 mg/kg. As superfícies de resposta demonstraram que a valores baixos das variáveis estudadas, foi obtida a maior expansão. Já, sobre a dureza dos produtos extrusados, as superfícies demonstraram que o efeito mais importante foi a umidade e a interação dela com a temperatura. Ao aumentar a umidade, a dureza dos produtos extrusados aumentou significativamente. No entanto, foi observado que a temperatura de processo foi o parâmetro que mais influenciou negativamente a textura do produto após 5 minutos de imersão em leite. Em relação à cor dos extrusados, altos níveis de farelo de maracujá diminuíram os valores de L* e hab, produzindo extrusados mais escuros e menos amarelos, ao contrário do efeito da temperatura, onde altas temperaturas aumentaram o valor de L* e o hab, produzindo extrusados mais claros e mais amarelos. Nos produtos extrusados, os maiores valores de ISA foram encontrados para os maiores teores de farelo de maracujá, enquanto que os maiores valores para o IAO foram obtidos com baixos teores de farelo. Aparentemente, não houve efeito das variáveis estudadas sobre o IG dos produtos extrusados. O teor dos compostos cianogênicos foi maior nos produtos com maiores teores de farelo de maracujá, como esperado. Além disso, parace haver um efeito da umidade da matéria-prima na redução dos compostos cianogênicos durante o processo de extrusão. O extrusado considerado como produto ótimo neste trabalho apresentou propriedades adequadas com respeito a IE e dureza. Também apresentou uma porcentagem de fibra alimentar alta (11%), bem superior à exigida pela Legislação Brasileira (6 g/100 g de produto) para ser denominado cereal matinal "com alto teor de fibras"Abstract: The number of people searching healthier eating habits, including fresh foods of good biological quality and free of pesticides, such as organic products, is increasing. It is also observed that in contemporary diets in general, there is a â?¿nutritional deficitâ?? of fibers. This fact has motivated health authorities of several countries to stimulate a greater ingestion of fibers by the adult population, either by stimulating the consumption of fruits, vegetables, legumes, tubers and wholegrain cereals, or through the enrichment of commonly consumed commercial products. There are already a few alternative fiber sources on the market or under study, such as beetroot, wheat stalk, orange, passion fruit fibers and chitosan. In this work, we opted to use the residues from the extraction of passion fruit pulp as an alternative fiber source. In the extraction of pulps and juices, the residues are usually used as animal feed or fertilizers. The objective of this work was to study the effect of thermoplastic extrusion parameters (raw material moisture content and process temperature) and fiber addition on physical, physical-chemical and nutritional properties of extruded products, as a step in the development of an organic breakfast cereal based on corn flour and passion fruit fiber. The raw material was characterized as to its proximate composition; total, soluble and insoluble fiber contents; water solubility index (WSI), water absorption index (WAI), milk solubility index (MSI), milk absorption index (MAI), oil absorption index (OAI); glycemic index (GI) and cyanogenic compounds. After characterization of the raw material, the thermoplastic extrusion process was used to produce a base for breakfast cereals, optimizing the formulation and process parameters through the Response Surface Methodology, with the aim of obtaining a â?¿high fiber contentâ?? product with adequate technological properties. The extruded products were characterized with respect to physical properties, such as expansion index (EI), color, hardness and maintenance of texture in milk; physicalchemical properties, such as WSI, WAI, MSI, MAI and OAI; and nutritional properties, such as GI and cyanogenic compounds. It was observed that the passion fruit fiber used had a high total fiber content (64.11%), presenting significant contents of insoluble (50.16%) and soluble (13.95%) fibers, different to the corn flour used that presented a low total fiber content (3.68%), of which 3.37% were insoluble fibers and 0.31% soluble fibers. The values found for the WSI of the corn flour and passion fruit fiber were 7.14 and 31.66%, respectively. The values found for the WAI of the corn flour and of the passionfruit fiber were 3.33 and 14.38 g water/g dry material, respectively. The values found for the MSI of the corn flour and passion fruit fiber were 5.23 and 14.53%, respectively. The MSI values were lower than the WSI values. The values found for the MAI of the corn flour and passion fruit fiber were 3.26 and 12.50 g milk/g dry material, higher than those of WAI, possibly due to the formation of pectin gels. The oil absorption indices of the corn flour and passion fruit fiber were 3.63 and 4.74 g oil/g dry material, respectively. The glycemic indices of the corn flour and passion fruit fiber were 48.03 and 45.00%, respectively. The content of cyanogenic compounds in passion fruit fiber were 748,3 mg/kg. The response surfaces demonstrated that at low values of the variables studied, greatest expansion was obtained. For the hardness of the extruded products, the surfaces demonstrated that the most important effect was moisture and its interaction with temperature. Increasing moisture, the hardness of the extruded products increased significantly. However, it was observed that process temperature was the parameter that had the greatest negative effect on the texture of the products after 5 minutes in milk. With respect to color of the extrudates, high levels of passion fruit fiber reduced L* and hab values, producing darker and less yellow extrudates, different to the effect of temperature, where high temperatures increased L* and hab values, producing lighter and more yellow extrudates. In the extruded products, the highest values for WSI were found with the highest passion fruit fiber contents, while the highest values for OAI were obtained with low fiber contents. Apparently, there was no effect of the variables studied on the GI of the extruded products. The content of cyanogenic compounds was higher in the products with greater percentages of passion fruit fiber, as expected. Apart from this, there seems to be an effect of raw material moisture content in the reduction of cyanogenic compounds during the extrusion process. The extrudate considered optimum in this work presented adequate properties with respect to EI and hardness. It also presented a high percentage of dietary fiber (11%), higher than that required by the Brazilian Legislation (6 g/100 g product) to be labeled as a â?¿high fiber contentâ?? breakfast cerealMestradoMestre em Tecnologia de Alimento

Development of functional instant noodles using atmospheric and vacuum frying

Orientador: Yoon Kil ChangTese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia de AlimentosResumo: A demanda por produtos com melhor qualidade nutricional e funcional tem aumentado nos últimos anos. O mercado de alimentos funcionais está aumentando no Brasil apresentando um crescimento superior a 50 % desde 2002. A soja e seus derivados apresentam grande potencial no mercado de alimentos funcionais, especialmente devido à presença das isoflavonas e ao alto teor protéico. Por outro lado, o amido resistente, considerado como um componente da fibra alimentar, não é digerido pelas enzimas presentes no sistema digestóriio dos seres humanos, mas pode ser fermentado pelas bactérias presentes no cólon, produzindo ácidos graxos de cadeia curta, trazendo benefociios á saúde das pessoas. O mercado mundial de macarrão instantâneo vem crescendo a taxas relativamente altas, maior do que o índice apresentado por sua própria categoria (massas alimentícias). O macarrão instantâneo, por ser um produto frito, contém uma alta porcentagem de óleo. Atualmente existe uma grande preocupação relacionada à saúde e ao consumo de alimentos com alto teor de gordura. Por isso, existe a necessidade de desenvolver produtos com melhor valor nutricional e a importância na utilização de novas tecnologias. A fritura a vácuo é uma forma alternativa de cozimento, a qual aumenta a qualidade dos alimentos desidratados. O objetivo geral deste trabalho visou o desenvolvimento de macarrão instantâneo funcional pela adição de amido resistente e isolado protéico de soja obtidos pelos processos de fritura convencional e a vácuo. Para alcançar o objetivo geral, o trabalho foi realizado em 3 etapas: i) Estudo da adição de sal (0-3 %) e de goma guar (0-1,5 %) na produção de macarrão instantâneo obtido pelo processo de fritura convencional, otimizando-se a formulação através da Metodologia de Superfície de Resposta, para obter um produto com características tecnológicas adequadas (baixo teor de gordura e boa firmeza); ii) Estudo da adição de 10 % de três amidos resistentes comerciais diferentes (Hi Maize 260, Promitor e farinha de banana verde) para estudar as propriedades reológicas e escolher a melhor formulação para obtenção de macarrão instantâneo funcional obtido pelos processos de fritura convencional e a vácuo, visando-se a obtenção de um produto com baixo teor de gordura, boa textura e alto teor final de amido resistente, e por ótimo; iii) Estudo da adição de amido resistente tipo 3 (AR3) (0-16 %) e de isolado protéico de soja (0-16 %) na produção de macarrão instantâneo obtido pelos processos de fritura convencional e a vácuo, visando-se a otimização da formulação através da Metodologia de Superfície de Resposta, com intuito de obter um produto com melhores características tecnológicas (baixo teor de gordura e boa firmeza), funcionais e nutricionais (alto teor de fibra e de proteína). Na primeira etapa, os resultados mostraram que a adição de goma guar e sal à formulação de macarrão instantâneo alteraram as propriedades da massa e a qualidade do produto final. Os maiores valores de absorção de gordura e os menores valores de firmeza foram obtidos quando utilizados valores médios das duas variáveis, enquanto que os menores valores foram alcançados ao utilizar os níveis extremos, ou seja, altos níveis de uma variável e baixos da outra, ou vice versa. Analisando os resultados obtidos no delineamento central composto rotacional (DCCR) foi possível escolher uma formulação adequada para dar continuidade ao estudo. Portanto, foi escolhido como ponto ótimo uma formulação com 0,22 % de goma guar e 2 % de sal para obter macarrões instantâneos de boa qualidade, com um teor de gordura moderadamente mais baixo e uma firmeza intermediária. Na segunda etapa, as misturas de farinha de trigo com 10 % de Hi Maize (HM10) (AR2) e Promitor (Prom10) (AR3) n? afetaram significativamente as propriedades reológicas da massa, quando comparados com a mistura com 10 % de farinha de banana verde (Ban10) que alterou significativamente a estabilidade da massa e o indice de tolerância à mistura. Os macarrões instantâneos Prom10 apresentaram as melhores propriedades tecnológicas, sendo que foram obtidos os menores valores de absorção de gordura e os maiores valores de firmeza, quando comparados com os macarrões instantâneos HM10 e Ban10. De uma forma geral, as amostras obtidas pelo processo de fritura a vácuo apresentaram menor teor de gordura, quando comparados aos macarrões obtidos pelo processo de fritura convencional. Concluindo, foi possível obter macarrões instantâneos funcionais com as três formulações diferentes estudadas, pois as amostras apresentaram um teor de amido resistente maior que 3 %, podendo ser declarados como fonte de fibra pela legislação brasileira. Na terceira etapa, as superfícies de resposta mostraram que a adição de amido resistente AR3 e de isolado protéico de soja diminuiu a absorção de gordura quando utilizados os dois processos de fritura (convencional e vácuo). No entanto, os macarrões instantâneos obtidos pelo processo de fritura convencional apresentaram teores de gordura maiores (18,28 - 25,09 %) do que os obtidos pelo processo de fritura a vácuo (18,08 e 22,26 %). Em ambos os processos foi possível obter macarrões instantâneos com um teor de amido resistente significativo (acima de 3 % para todos os ensaios). Na analise de textura, os macarrões obtidos pelo processo de fritura convencional apresentaram uma firmeza maior do que os obtidos pelo processo de fritura a vácuo. As superfícies de resposta mostraram que a adição de amido resistente e de isolado protéico de soja afetaram a firmeza dos macarrões devido à diluição das proteínas do glúten, apresentando macarrões menos firmes. Finalmente, independente do processo de fritura utilizado, ao adicionar 12 % de AR3 e 8 % de IPS foi possível desenvolver um produto funcional com alto teor de fibras, alto teor de proteínas, presença de isoflavonas e com um perfil de aminoácidos melhoradoAbstract: A higher demand for products with better quality has increased the use of new ingredients and new technologies. Therefore, nowadays, there is a greater demand for functional foods. The functional food market is growing in Brazil, showing a 50 % increase since 2002. Soybean and its derivatives present good potential in the functional food market, especially due to the presence of isoflavones and the quality of its protein and polypeptides. On the other hand, resistant starch, considered as a food fiber component, is poorly digested by the enzymes present in the human digestive system, but can be fermented by bacteria present in the colon, producing short chain fatty acids that provide health benefits to the consumer. The world instant noodle market has been growing at relatively high rates, higher than the rate presented by the category as a whole. Since they are fried products, instant noodles contain high levels of residual oil. Currently, there is a considerable concern about health with respect to the consumption of high fat foods. Therefore, there is a need to develop products with enhanced nutritional value and the use of new technologies. The vacuum frying process is an alternative way of cooking, which increases the quality of dehydrated foods when compared to the conventional deep-frying process. The objective of the present work was to develop instant noodles with functional properties, using both conventional and vacuum frying processes to reduce oil absorption and hence caloric content, by the partial substitution of wheat flour with soy protein isolate and resistant starch. To achieve the overall objective, the work was divided into three stages: i) Study of the addition of salt (0-3 %) and guar gum (0-1.5 %) in the production of instant noodles optimizing the formulation by Response Surface Methodology to obtain a product with appropriate technological characteristics (low in fat and good texture); ii) Study of the addition of 10 % of three different commercial resistant starches, such as Hi Maize (HM) (RS2), Promitor (Prom) (RS3) and green banana flour (GBF) to analyze the rheological properties to produce the best formulation of functional instant noodles obtained by both conventional and vacuum frying, in order to obtain a product with adequate technological properties (low in fat, good texture and high content of resistant starch), and finally, iii) Study of the addition of type 3 resistant starch (RS3) (0-16 %) and soy protein isolate (0-16 %) in the production of instant noodles obtained by conventional and vacuum frying, in order to optimize the formulation by Response Surface Methodology with the objective of obtaining a product with adequate technological properties (low fat and good texture) and high nutritional value (high fiber and protein). In the first stage, the results showed that the addition of guar gum and salt to instant noodles formulation changed the properties of the dough and the final product quality. The highest values of fat absorption and the lowest values of firmness were obtained when intermediate levels of the two variables were used, whereas the lowest values were achieved when using the extreme levels, i.e. high levels of one variable and low of the another, or vice versa. Analyzing the results obtained from the central composite rotational design (CCRD) it was possible to choose a suitable formulation to continue the next stages. Therefore, the instant noodles considered optimum in this stage contained 0.22 % guar gum and 2 % salt, resulting in a product of good quality, with significant lower fat content and intermediate firmness. In the second stage, mixtures of wheat flour with 10 % Hi Miaze 260 (HM10) (RS2) and Promitor (Prom10) (RS3) did not significantly affect dough¿s rheological properties when compared to the mixture with 10 % green banana flour (Ban10), that changed drastically the dough stability and the mixing tolerance index. Prom10 noodles presented the best technological properties, obtaining the lowest values of fat absorption and the highest values of firmness. In general, samples obtained by the vacuum frying process had lower fat content, compared to the samples obtained by the conventional frying process. Using the three different formulations, it was possible to obtain functional instant noodles because all samples presented a resistant starch content higher than 3 %, being possible to be claimed as source of fiber according to the Brazilian Legislation. In the third stage, the response surfaces showed that the addition of both resistant starch and soy protein isolate decreased fat absorption when using both frying processes (conventional and vacuum). However, instant noodles obtained by the conventional frying process presented higher levels of fat than those obtained by vacuum frying. In both cases there was a decrease in resistant starch content. In the texture analysis, noodles obtained by the conventional frying process presented higher firmness values than those obtained with the vacuum frying process. The response surfaces showed that resistant starch and soy protein isolate addition affected the firmness of noodles because of the dilution of gluten proteins, showing noodles with lower firmness. In conclusion, regardless of the frying process used in this study, when added 12 % of RS3 and 8 % of soy protein isolate, it was possible to develop a functional product with high fiber content (close to 8 %), high protein content (close to 11 %), isoflavones and with an improved amino acid profileDoutoradoDoutor em Tecnologia de Alimento

Evaluation of the in vitro glycemic index of a fiber-rich extruded breakfast cereal produced with organic passion fruit fiber and corn flour

The aim of this study was to determine the influence of process parameters and Passion Fruit Fiber (PFF) addition on the Glycemic Index (GI) of an extruded breakfast cereal. A 2³ Central Composite Rotational Design (CCRD) was used, with the following independent variables: raw material moisture content (18-28%), 2nd and 3rd barrel zone temperatures (120-160 ºC), and PFF (0-30%). Raw materials (organic corn flour and organic PFF) were characterized as to their proximate composition, particle size, and in vitro GI. The extrudates were characterized as to their in vitro GI. The Response Surface Methodology (RSM) and Principal Component Analysis (PCA) were used to analyze the results. Corn flour and PFF presented 8.55 and 7.63% protein, 2.61 and 0.60% fat, 0.52 and 6.17% ash, 78.77 and 78.86% carbohydrates (3 and 64% total dietary fiber), respectively. The corn flour particle size distribution was homogeneous, while PFF presented a heterogeneous particle size distribution. Corn flour and PFF presented values of GI of 48 and 45, respectively. When using RSM, no effect of the variables was observed in the GI of the extrudates (average value of 48.41), but PCA showed that the GI tended to be lower when processing at lower temperatures (<128 ºC) and at higher temperatures (&gt;158 ºC). When compared to white bread, the extrudates showed a reduction of the GI of up to 50%, and could be considered an interesting alternative in weight and glycemia control diets

Effect of adding unconventional raw materials on the technological properties of rice fresh pasta

The aim of this study was to develop fettuccini type rice fresh pasta by cold extrusion. To produce the pasta, a 2² Central Composite Rotational Design was used, in which the effects of the addition of pre-gelatinized rice flour - PGRF (0-60%) and modified egg albumin - MEA (0-10%) were studied. The dependent variables were the results of the cooking test and of the instrumental texture. The optimum cooking time for all of the formulations of rice fresh pasta was 3 minutes. MEA had a greater effect on increasing the weight of the pasta when compared to that of PGRF. It was found that with the addition of PGRF increase in loss of solids in cooking water, whereas MEA exerted the opposite effect on this parameter. Moreover, the maximum value of MEA (10%) had an optimum effect on pasta firmness, while PGRF had a negative effect on this parameter. The maximum values of PGRF and MEA reduced the stickiness of the pasta. Based on these results and on the parameters considered as most important, the rice pasta with the best technological characteristics was that with the maximum levels of MEA (10%) and no addition of PGRF (0%). This product was submitted to sensory and microbiological analyses, with good results