UNIVERSIDADE FEDERAL DA BAHIA FACULDADE DE FARMÁCIA
PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM CIÊNCIA DE ALIMENTOS
DESENVOLVIMENTO DE BARRAS DE CEREAIS ELABORADAS COM COLÁGENO E RESÍDUOS
AGROINDUSTRIAIS (Malpighia emarginata e Vitis vinifera L.)
MARCELLO FERNANDES LEITE
Salvador- BA
2014
MARCELLO FERNANDES LEITE
DESENVOLVIMENTO DE BARRAS DE CEREAIS ELABORADAS COM COLÁGENO E RESÍDUOS
AGROINDUSTRIAIS (Malpighia emarginata e Vitis vinifera L.)
Orientadora: Profa. Dra. Maria Spínola Miranda
Dissertação submetida ao Programa de Pós-Graduação em Ciência de Alimentos (nível Mestrado Acadêmico) da Faculdade de Farmácia da Universidade Federal da Bahia, como requisito parcial para obtenção do título de mestre em Ciência de Alimentos.
Salvador-BA
2014
Sistema de Bibliotecas - UFBA
Leite, Marcello Fernandes. Desenvolvimento de barras de cereais elaboradas com colágeno e resíduos agroindustriais (Malpighia emarginata e Vitis vinifera L.) / Marcello Fernandes Leite. - 2014. 73 f.: il. Inclui anexo.
Orientadora: Profª. Drª. Maria Spínola Miranda. Dissertação (mestrado) - Universidade Federal da Bahia, Faculdade de Farmácia, Salvador,
2014. 1. Cereais. 2. Barra de cereal. 3. Resíduos orgânicos. 4. Uva. 5. Acerola. 6. Colágeno. I. Miranda, Maria Spínola. II. Universidade Federal da Bahia. Faculdade de Farmácia. III. Título.
CDD - 613.28 CDU - 613.26
iii
“Em memória de meu avô Manoel Fernandes e de meu
irmão Raphael Fernandes Leite.”
iv
AGRADECIMENTOS
Inicialmente, gostaria de agradecer a todo o programa de pós-graduação
em Ciência de Alimentos da Universidade Federal da Bahia que desde o início de
minha trajetória neste mestrado procurou me auxiliar e resolver os meus
problemas sempre da melhor forma possível. Em especial às Profs.ª Dr.ª Alaise
Gil, Eliete Bispo, Janice Druzian; ao Profs. Drs. Celso Duarte e Ederlan de Souza
Ferreira e todos que estiveram à frente da secretaria de curso, Priscila Oliveira,
Jeane e Carol.
Não lhe esqueci, Mara Spinola! O meu agradecimento a Senhora é
especial, MUITO OBRIGADO por tudo!
Ao amigo Breno de Paula que fez parte, não só do início deste trabalho,
mas de toda minha trajetória e currículo como engenheiro de alimentos.
Ao amigo Marcus Andrade pela imensa ajuda nos tratamentos estatísticos
deste trabalho.
À Prof.ª Dr.ª Virgínia da Matta, não só pelo conhecimento e sabedoria na
correção e avaliação deste trabalho, mas atenção e carinho dispensados.
Aos colegas de mestrado e laboratório, Camila Graça Pinheiro, Luciane
Santos Souza e Valterney de Deus pela ajuda e suporte durante a realização de
algumas análises.
Ao amigo José André pelas correções gramaticais e de formatação, além
da força e estímulo em momentos difíceis.
Aos colegas do IFBA Porto Seguro que de alguma forma quebraram meu
galho durante minhas viagens e ausências durante este período.
Aos meus pais Eugênia e Elson Catalão e demais familiares pelo apoio,
carinho e criação ao longo de toda minha vida. Luca Leite, te amo meu filho!
v
SUMÁRIO
SISTEMA DE BIBLIOTECAS - UFBA .......................... ERRO! INDICADOR NÃO DEFINIDO.
LISTA DE TABELAS ............................................................................................................ VI
LISTA DE FIGURAS ........................................................................................................... VII
OBJETIVOS ........................................................................................................................ 12
GERAL ................................................................................................................................ 12
ESPECÍFICOS ..................................................................................................................... 12
CAPÍTULO 1 – REFERENCIAL TEÓRICO ......................................................................... 13
1. BARRA DE CEREAIS .................................................................................................... 14
2. COLÁGENO ................................................................................................................... 16
2.1. Definição e Conceitos ....................................................................................... 16
2.2. Benefícios à Saúde .......................................................................................... 17
2.3. Agente Ligante ................................................................................................. 18
2.4. Colágeno e a Vitamina C .................................................................................. 18
3. RESÍDUOS AGROINDUSTRIAIS ................................................................................... 19
4. A ACEROLA E SEUS RESÍDUOS AGROINDUSTRIAIS ............................................... 20
5. A UVA E SEUS RESÍDUOS AGROINDUSTRIAIS ......................................................... 22
6. COMPOSTOS ANTIOXIDANTES ................................................................................... 24
7. FIBRAS ........................................................................................................................... 26
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS .................................................................................... 27
CAPÍTULO 2- AVALIAÇÃO DE BARRAS DE CEREAIS COM SUBSTITUIÇÃO PARCIAL DA SACAROSE POR COLÁGENO .................................................................... 34
ABSTRACT ......................................................................................................................... 35
RESUMO ............................................................................................................................. 36
MATERIALS AND METHODS ............................................................................................ 38
RESULTS AND DISCUSSION ............................................................................................ 42
CONCLUSION ..................................................................................................................... 47
REFERENCES .................................................................................................................... 47
CAPÍTULO 3- PHYSICAL CHEMICAL, ANTIOXIDANT AND SENSORY EVALUATION OF CEREAL BARS MADE WITH COLLAGEN, ACEROLA AND GRAPE RESIDUES ...... 50
ABSTRACT ......................................................................................................................... 51
INTRODUCTION ................................................................................................................. 52
MATERIAL AND METHODS ............................................................................................... 54
RESULTS AND DISCUSSION ............................................................................................ 58
CONCLUSION ..................................................................................................................... 66
REFERENCES .................................................................................................................... 66
CONCLUSÕES ................................................................................................................... 71
ANEXO A - FIGURAS ......................................................................................................... 72
vi
LISTA DE TABELAS
CAPITULO 1
Tabela 1. Composição centesimal e parâmetros físico-químicos da farinha do resíduo da acerola. ....................................................................................................................21
Tabela 2. Composição mineral seca (mg/100g) da farinha da semente e farinha do
resíduo da acerola (semente, pele e restos de polpa). .............................................22 Tabela 3. Concentração de Compostos bioativos (mg/100g) da farinha da semente e
farinha do resíduo da acerola (semente, pele e restos de polpa). ............................22 Tabela 4. Composição química, fenólicos totais e atividade sequestrante do radical DPPH
em bagaço de uvas de vinho....................................................................................24
CAPITULO 2
Table 1. Percentages of dry and syrup ingredients used in the production of the cereal bars. .........................................................................................................................39
Table 2. Effect of different concentrations of collagen in texture, water activity and
moisture in cereal bars. ............................................................................................43 Table 3. Centesimal composition of CB8 and control cereal bars.. ..................................44 Table 4. Results for microbiological analysis in CB8.. ......................................................45
CAPITULO 3
Table 1. Percentages of dry and syrup ingredients used in the production of the cereal bars. .........................................................................................................................55
Table 2. Proximate composition, minerals (Ca, K) and vitamin C contents for acerola
(CBA) and grape (CBU) pomace cereal bars. ..........................................................59 Table 3. Color results for acerola (CBA) and grape (CBU) pomace cereal bars... ............61 Table 4. Total phenolics, flavonoids and antioxidant power results for acerola (CBA) and
grape (CBU) pomace cereal bars... ..........................................................................62 Table 5. Mean scores assigned by 60 consumers for sensory acceptance of cereal bars
with acerola pomace flour (CBA) and wine grape pomace flour (CBU).... .................63
vii
LISTA DE FIGURAS
CAPITULO 2
Figure 1. Sensory evaluation scores of overall impression, flavor, texture and appearance of control and CB8 cereal bars. Error bars represent standard deviation. .................46
Figure 2. Buying intention scores for control and CB8 cereal bars. The evaluation was
made by 100 panelists in a 5-point hedonic scale: 5 - Definitely would buy; 4 - probably buy; 3 - Might buy, might not buy; 2 – Probably would not buy; 1 - Definitely would not buy.. .........................................................................................................46
CAPITULO 3
Figure 1. Sensory evaluation scores of overall impression, flavor, texture, color, aroma and appearance of cereal bars with acerola pomace flour (CBA) and wine grape pomace flour (CBU).. ...............................................................................................65
Figure 2. Buying intention of the cereal bars with acerola pomace flour (CBA) and wine
grape pomace flour (CBU)... ....................................................................................65
ANEXO A
Figura 1. Três fases de preparo do bagaço de uva. (a) Folhelho, grainhas e engaço desidratados (b) Folhelho após separação manual (c) Triturado e peneirado.. ........72
Figura 2. Bagaço de acerola antes e depois da desidratação... ......................................72 Figura 3. Preparo da calda com agentes ligantes e bagaço de uva... .............................72 Figura 4. Barra de cereal em forma retangular e após o corte.........................................73
viii
RESUMO O interesse por produtos mais saudáveis e de maior praticidade é crescente em consumidores de todo o mundo, e, em paralelo, as demandas caminham em direção a uma alimentação que possa, adicionalmente, contribuir para combater problemas sociais e ambientais. As barras de cereais foram idealizadas para serem alimentos saudáveis, embora muitos produtos no mercado utilizem ingredientes de baixo valor nutricional e/ou funcional. Neste contexto, este trabalho teve como objetivos desenvolver barras de cereais produzidas com teor reduzido de açúcares, utilizando colágeno como agente ligante, e com a incorporação de coprodutos agroindustriais de acerola (Malpighia emarginata) e uva (Vitis vinifera L.). Inicialmente, foram avaliadas diferentes concentrações de colágeno como substituto de açúcar (2, 4, 6 e 8%) e realizou-se a comparação da textura, umidade e atividade de água dessas formulações com a barra de cereal denominada controle. Os resultados não indicaram diferença estatística (p>0,01) entre as quatro formulações e a barra controle, além de valores baixos de umidade (<10%) e atividade de água (<0,6) que propiciam estabilidade química e microbiológica durante o armazenamento em temperatura ambiente. A formulação com 8% de colágeno foi selecionada e caracterizada por meio de composição centesimal, avaliação microbiológica e aceitação sensorial. Os resultados para as análises de coliformes a 45ºC, Salmonella sp. e Bacillus cereus atenderam a legislação brasileira e a contagem para bolores e leveduras 3,5x103 UFC/g. Os julgadores avaliaram em “gostei” e “gostei muito” a textura, sabor, aparência e impressão global da barra com colágeno. A esta formulação, adicionou-se, então, bagaço desidratado de acerola (CBA) e de uva (CBU) com o intuito de saborizar o produto, além de enriquecer com fibras, minerais, vitaminas e compostos antioxidantes. Foram realizadas análises físico-químicas e sensoriais, cujos principais resultados, para CBA e CBU, foram respectivamente: proteína, 17,3% e 17,6%; lipídeos, 12,8% e 13,9%; açúcares, 34,0% e 34,7%; fibras totais, 9,1% e 7,2%; Cálcio, 80 e 180 mg/100g; Potássio, 108 e 236 mg/100g; Vitamina C, 22 e 6 mg/100g; fenólicos totais, 85 e 98 mgGAE/100g; atividade antioxidante (FRAP), 516 e 616 µM FeSO4/g. Em relação à fibra alimentar e vitamina C, a amostra CBA apresentou maiores teores, enquanto que a CBU apresentou maior teor de cálcio, potássio e, também, de atividade antioxidante. Os escores para aceitação sensorial ficaram entre 5 (“gostei ligeiramente”) e 6 (“gostei muito”) e a intenção de compra “definitivamente compraria”. Portanto, os resultados obtidos com o emprego de colágeno e resíduos de uva e de acerola na produção de barras de cereais demonstraram que o produto pode ser considerado como nutritivo, funcional, tendo elevada aceitação sensorial, além de ser uma alternativa para o emprego de resíduos agroindustriais. Palavras-chave: barra de cereal, bagaço de uva, bagaço de acerola, colágeno.
ix
ABSTRACT
The interest in healthier and more practical food products is crescent in consumers world widely, and the demands increase toward a food consumption that could, additionally, help to tackle social and environmental problems. Cereal bars were designed to be healthy foods, although many products on the market use ingredients that are poor nutritionally and functionally. In this context, this study aimed to develop cereal bars made with reduced sugar, using collagen as a binder, and with the incorporation of agro-industrial waste from acerola (Malpighia emarginata) and grape (Vitis vinifera L.). Initially, different concentrations of sugar replacement (2, 4, 6 and 8%) by collagen were evaluated and texture, moisture and water activity of these formulations were compared with a control cereal bar. Results didn’t indicate significant difference (p>0.01) among the four formulations and the control bar, and low values for moisture (<10%) and water activity (<0.6), that propitiate chemical and microbiological stability during storage at room temperature. The formulation with 8% of collagen was selected and characterized by proximal composition, microbiological analysis and sensory acceptance. The results for the analysis of coliforms at 45ºC, Salmonella sp. and Bacillus cereus counts according to brazilian legislation and yeasts and molds equal to 3.5x103 CFU/g. Panelists evaluated as "like" and "really like" the texture, flavor, appearance and overall impression of the cereal bar with collagen. Thereafter, dehydrated pomace of acerola (CBA) and grape (CBU) were added to the formulation in order to flavorize the cereal bar and also enrich with fiber, minerals, vitamins and antioxidant compounds. Physical-chemical and sensory analysis were realized, and main results for CBA and CBU were, respectively: protein, 17.3% and 17.6%; lipids, 12.8% and 13.9%; sugars 34.0% and 34.7%; total dietary fiber, 9.1% and 7.2%; calcium, 80 and 180 mg/100g; potassium, 108 and 236 mg/100g; vitamin C, 22 and 6 mg/100g; total phenolics, 85 and 98 mgGAE/100g; antioxidant activity (FRAP), 516 and 616 mM FeSO4/g. Considering fiber and vitamin C contents, CBA presented higher values, while CBU presented higher contents of calcium and potassium and antioxidant activity. Sensory acceptance scores were all between 5 (“like slightly”) and 6 (“really like”) and buying intention “definitely would buy”. Therefore, the results obtained with the use of collagen and wastes from acerola and grape in the production of cereal bars demonstrated that these products might be considered nutritious, presented high sensory acceptance and that it may be an alternative to the use of agro-industrial wastes.
Keywords: Cereal bar, collagen, acerola pomace, grape pomace.
10
INTRODUÇÃO GERAL
Em resposta aos crescentes indicadores, que acusam e associam diversas
doenças crônicas, como diabetes, pressão alta e arteriosclerose, a uma má
alimentação, uma boa parcela da população mundial tem buscado opções mais
saudáveis nas prateleiras dos supermercados. No entanto, as exigências do
mercado consumidor moderno vão além e exigem cada vez mais que os produtos
e empresas contribuam para a solução de problemas sociais e ambientais, como
a diminuição do desperdício de alimentos e a agressões ao meio ambiente.
Em meio a isso, inúmeras soluções já foram levantadas pela academia e entre
elas, podem ser destacadas: a diminuição do consumo de açúcar, o aumento do
consumo de alimentos com propriedades funcionais como fibras e compostos
antioxidantes, a diminuição do desperdício de alimentos e a destinação de
resíduos agroindustriais para a elaboração de novos produtos alimentícios.
As barras de cereais, quando bem elaboradas, podem atender a um mercado
consumidor exigente, pois é um alimento de fácil consumo, transporte e
armazenamento. Contudo, a proporção entre ingredientes secos, ligantes,
gordurosos e água deve ser bem elaborada de modo que eles se complementem
e garantam um produto de alta qualidade. A incorporação de ingredientes nas
mais diversas finalidades tem sido relatada em trabalhos científicos; em destaque,
encontra-se o colágeno, uma escleroproteína amplamente encontrada no tecido
conjuntivo animal, que tem sido associada a diversos benefícios e funcionalidades
para o corpo humano, como melhorias na elasticidade da pele, tendões e
ligamentos e tratamentos para osteoartrite e osteoporose.
A acerola, que é reconhecida pelo alto teor de vitamina C e, também, como
fonte de minerais e compostos bioativos, como compostos fenólicos e
carotenóides, possui uma polpa que representa 70-80% de seu peso, e o restante
(pele, caroço e polpa residual) normalmente é descartado como resíduo pelas
indústrias agroalimentares. O resíduo desidratado pode ser reaproveitado para a
produção de farinhas e para sua incorporação como ingrediente em outros
produtos alimentícios, pois é uma excelente alternativa para o aproveitamento
total deste fruto.
11
A vitivinicultura brasileira vem crescendo ano a ano nas regiões Sul e
Nordeste e, com isso, produz toneladas de bagaço. A cada 100L de vinho, são
gerados cerca de 32kg de resíduo composto por folhelho, grainhas e engaço. Do
ponto de vista químico, esses subprodutos são ricos em alcoóis, ácidos, aldeídos,
ésteres, pectinas, polifenóis, minerais, açúcares e fibras, apresentando, assim,
um elevado potencial de valorização.
Salientamos ainda que os antioxidantes são moléculas capazes de inibir ou
prevenir a oxidação de substratos e proteger sistemas biológicos dos danos
induzidos por formas reativas do oxigênio. Muitos antioxidantes (vitamina C,
tocoferol, carotenos, polifenóis, etc.) são naturalmente encontrados em frutas e
vegetais e quando consumidos com regularidade podem prevenir e combater
diversos tipos de câncer e doenças cardiovasculares.
Portanto, considerando todos os possíveis benefícios nutricionais,
funcionais e ambientais, a produção de barras de cereais com colágeno, bagaço
de acerola e de uva se apresenta como uma excelente alternativa para o
consumo de produtos que sejam saudáveis e, ao mesmo tempo, contribua para a
diminuição dos resíduos gerados nas agroindústrias.
12
OBJETIVOS
GERAL
Desenvolver barras de cereais com teor reduzido de açúcares, utilizando
colágeno como agente ligante e com a incorporação de resíduos agroindustriais.
ESPECÍFICOS
• Testar a substituição parcial da sacarose por diferentes
concentrações de colágeno;
• Comparar as barras com colágeno com a barra controle, nos
parâmetros: textura, umidade e atividade de água;
• Verificar se a barra de cereal atende aos padrões microbiológicos da
legislação vigente;
• Determinar a composição centesimal das barras de cereais
desenvolvidas;
• Determinar os compostos fenólicos totais, o poder antioxidante, os
teores de cálcio, potássio e vitamina C das barras de cereais
desenvolvidas;
• Avaliar a aceitação do produto por análise sensorial.
13
CAPÍTULO 1 – REFERENCIAL TEÓRICO
14
1. BARRA DE CEREAIS
As barras de cereais podem ser definidas como produtos
multicomponente elaborados a partir de uma mistura de ingredientes secos
unidos por agentes ligantes e, devido à infinidade de possibilidades de mistura de
ingredientes, tanto secos quanto ligantes, apresentam uma relativa complexidade
na sua formulação. A seleção destes produtos implica em alterações de qualidade
em diversos aspectos, tais como: nutricional, funcional, sensorial e de
estabilidade, além de variar o público alvo que se pretende atingir. Portanto, para
a etapa de seleção e definição da formulação é fundamental garantir uma boa
combinação e complementaridade entre seus componentes (RUFFI e CRUZ,
2009).
As barras de cereais são alimentos práticos, não requerem muitos
requisitos no preparo, mas alguns aspectos devem ser observados como a
escolha de cereais e amêndoas, o tipo e quantidade de açúcares (equilíbrio entre
o sabor, estabilidade e adesividade), o enriquecimento ou não com ingredientes
nutritivos e funcionais e sua estabilidade ao longo da vida de prateleira (ESTEVEZ
et al. 1995).
O método de fabricação de uma barra de cereal pode apresentar
muitas variações, assim como proporções entre os ingredientes podem variar.
Segundo a metodologia proposta por Torres (2009), as proporções entre os
grupos de ingredientes são: 20-60% de grãos integrais ou em flocos (aveia, trigo,
cevada, arroz, sorgo e milho); 35-60% de aglutinantes, que pode incluir
composições de carboidratos que consistem em sacarose, glicose, mel, xarope de
arroz, caramelo, oligofrutose, inulina e misturas dos mesmos e 5-40% de
compostos de revestimento podendo conter gordura, carboidratos, flavorizantes e
fibras, sendo misturados com o aglutinante, aplicados sobre a barra de cereal por
cobertura, como forma de melhorar o sabor e evitar o ressecamento da barra,
para ajudar a manter a estabilidade do produto ao longo de sua vida de prateleira.
A associação entre barra de cereais e saúde é uma tendência de
mercado e beneficia a venda destes produtos. Para Silva et al. (2011), as barras
de cereais vêm ganhando a aceitação do consumidor, principalmente em termos
nutritivos, devido à sua contribuição no teor de fibras alimentares. A popularidade
desses produtos está ligada à recomendação do aumento do consumo de fibras,
15
pois seu baixo consumo pode implicar em um aumento do fator de risco de
doenças como a síndrome do colón irritado e até mesmo alguns tipos de câncer.
Trabalhos científicos têm mostrado diversas possibilidades de
enriquecimento das barras de cereais: fibras, isoflavonas de soja, resíduos
agroindustriais, leguminosas e até ingredientes populares, como o biscoito de
amido de milho (DIAS et al., 2010).
Para Ruffi e Cruz (2009), em termos de classificação, as barras de
cereais podem ser subdivididas em alguns grupos, tais como: barras assadas
(crocantes), barras com ligante de base gordurosa (chocolate e substitutos do
cacau), barras com ligantes de base açucarada em temperaturas mais baixas
(mais tradicionais), barras com ligantes de base açucarada em altas temperaturas
(estado vítreo), barras com ligantes diversos (gomas, polióis, polidextrose,
colágeno, oligossacarídeos).
Normalmente, as barras de cereais são vendidas no formato
retangular, embaladas individualmente por filme revestido e protegido contra a
luz, trocas gasosas e umidade. O tamanho e peso são definidos tendo-se como
base uma porção individual de consumo. Embora não seja regra, estas práticas
comerciais atendem aos apelos de praticidade inerentes ao produto (RUFFI e
CRUZ, 2009).
Para atender a essa demanda, a indústria de barras de cereais está
sempre na busca de novos ingredientes: entre eles um grupo tem merecido
especial atenção, o de agentes ligantes. O uso de ingredientes não derivados de
xaropes açucarados, entre eles alguns hidrocolóides e o colágeno hidrolisado,
podem enquadrar o produto dentro da categoria de alimentos para fins especiais
como os “Light” e “Diet” (FURLAN e SREBERNICH, 2009).
A solução ligante de uma barra de cereal tem papel fundamental na
qualidade do produto e influencia diretamente em aspectos como doçura, aroma,
dureza, “mouthfeel”, valor calórico, estabilidade, conservação, atividade de água,
aglomeração dos ingredientes secos, entre outros. Tradicionalmente são
utilizados açúcares simples na forma de cristal ou de xarope, óleos e gorduras,
água e emulsificantes. Todavia, é possível substituir alguns destes ingredientes
por outras substâncias que contenham alguma outra função nutricional ou
funcional, por exemplo: carboidratos como gomas, polióis, maltodextrina e
amidos; proteínas como gelatina e colágeno; e edulcorantes para atribuir o sabor
16
doce na ausência de açúcar (FREITAS e MORETTI, 2006; RUFFI e CRUZ, 2009;
TORRES, 2009).
Todos estes fatores juntos fizeram com que as barras de cereais
fossem objeto de várias pesquisas nos últimos anos (FREITAS e MORETTI,
2006; SILVA et al., 2011; COLUSSI et al., 2013), pois a infinita possibilidade de
incorporação de matérias-primas as tornam excelentes meios de promoção de
melhorias na alimentação e saúde, desde que sejam bem aproveitadas pela
indústria de alimentos.
2. COLÁGENO
2.1. Definição e Conceitos
Fennema et al. (2010) definem o colágeno como um termo atualmente
utilizado para denominar uma família de pelo menos 27 proteínas encontradas no
tecido conjuntivo de ossos, tendões, cartilagem, pele, dentes e músculos.
É uma escleroproteína de origem animal e representa cerca de 30% de
toda a proteína presente em humanos, composta de cadeias peptídicas com
aproximadamente 1050 aminoácidos e estrutura formada pelo entrelaçamento de
três dessas cadeias, que compõem a chamada tripla hélice. Quando várias
dessas hélices se entrelaçam são formadas as fibrilas de colágeno. Essas fibrilas
se cruzam, estabilizam e compõem uma rede tridimensional que não é solúvel em
água (FENNEMA et al., 2010). Cada grupo desses possui uma função no
organismo animal e contribui de forma diferente na formação rígida e complexa do
corpo humano; entre essas funções podemos citar o enrijecimento muscular, a
formação da pele e cartilagem e a junção de músculos e tendões com o osso e
etc. (PRESTES, 2013).
O colágeno nativo insolúvel é um subproduto do couro de curtume
obtido dos resíduos da derme e do tecido subcutâneo, devendo ser pré-tratado
antes que possa ser convertido em uma forma adequada para a extração. Esses
materiais são previamente submetidos ao tratamento químico para a remoção de
gordura e para a eliminação do cálcio (SILVA e PENNA, 2012).
A partir do colágeno nativo (tropocolágeno) podem ser obtidos a fibra
de colágeno, o colágeno parcialmente hidrolisado (gelatina) e o colágeno
17
hidrolisado. Do ponto de vista químico, o colágeno e a gelatina (colágeno
parcialmente hidrolisado) são compostos por grandes cadeias de aminoácidos.
Para fins de produção industrial, a gelatina é obtida a partir da matéria-prima por
hidrólise parcial via ácida e alcalina, enquanto que o colágeno hidrolisado é obtido
por hidrólise química e enzimática sob condições controladas (DENIS et al., 2008;
PRESTES, 2013).
Todavia, Ziegler e Sgarbieri (2009) relatam que a composição em
aminoácidos do colágeno é bastante atípica e deficiente em aminoácidos
essenciais. Dessa forma, o seu valor nutritivo, com base no escore de
aminoácidos essenciais, poderá ser considerado zero.
2.2. Benefícios à Saúde Segundo Tanaka et al. (2009), o colágeno extraído com água quente
de ossos, couro ou escamas de peixe é frequentemente chamado de gelatina ou
de peptídeos de colágeno quando utilizado como suplemento alimentar. A
ingestão desses peptídeos ou da gelatina afetam várias funções do corpo humano
como ossos, tendão de Aquiles, pele e cartilagens.
Mari et al. (2010) relatam que o colágeno tem sido amplamente
utilizado para propósitos biomédicos, pois tem efeitos garantidos na osteoporose
de ratos devido ao aumento do material orgânico contido nos ossos dos mesmos.
De forma similar, Shigemura et al. (2009) pesquisaram o efeito da
ingestão de peptídeos de colágeno na migração e crescimento de fibroblastos da
pele de ratos, observando, a partir de testes realizados in vitro sob condições
controladas, que houve crescimento dos fibroblastos após incubação e adição de
hidroxiprolina. Os resultados sugeriram que peptídeos de colágeno podem
estimular o aumento do número de fibroblastos na pele.
Em testes com humanos, Schunck e Oesser (2013) obtiveram
resultados que indicam que o hidrolisado de colágeno tem impacto sobre a
biossíntese de moléculas da matriz extracelular em tendões e ligamentos e
podem ser uma opção interessante para o tratamento e prevenção de alterações
patológicas nos ligamentos e tendões, como tendinopatia, podendo ainda reduzir
o risco de lesões e ruptura.
18
Tanaka et al. (2009) sugerem que peptídeos do colágeno são
benéficos quando utilizados como suplementos dietéticos, na supressão de danos
na pele causados por radiação UVB e foto-envelhecimento.
Na mesma linha de pesquisa, Proksch et al. (2013) concluíram que
após quatro semanas de suplementação de peptídeos de colágeno na dieta, a
pele de 69 mulheres atingiu maiores níveis de elasticidade.
2.3. Agente Ligante Com teores de aminoácidos hidrofóbicos (62%) e hidrofílicos (37%), o
colágeno pode participar beneficamente em produtos elaborados. Pesquisas
mostram evidências da participação do colágeno na estabilização de glóbulos de
gordura, além da capacidade de retenção de água e melhoria de textura em
produtos emulsionados (CRISTAS, 2012).
Diversos estudos foram realizados para avaliar a aplicação do
colágeno como ingrediente funcional em alimentos e, por fim, chegou-se à
conclusão que seu tecido conjuntivo está presente em praticamente todos os
fluidos extracelulares e extravasculares, sendo muito importante para regular a
quantidade de água e eletrólitos no corpo. Por isso, há um aumento no interesse
da indústria de alimentos pelo colágeno e pela gelatina, devido às suas
propriedades como emulsificantes, agentes espumantes, estabilizantes coloidais,
formadores de películas biodegradáveis e agentes microencapsulantes (SILVA e
PENA, 2012).
Em barras de cereais, alguns estudos, como o de Srebernich et al.
(2011) e Furlan e Srebernich (2009), obtiveram resultados interessantes do uso
do colágeno em conjunto com a goma acácia como agente ligante, substituindo a
calda açucarada.
2.4. Colágeno e a Vitamina C Em 1912, Casimir Funk formulou uma teoria em que dizia haver uma
amina vital para a manutenção da saúde do organismo. Hoje se sabe que as
vitaminas são grupos de substâncias heterogêneas constituintes dos alimentos,
eficientes em quantidades mínimas e essenciais à vida e, neste caso, a atividade
vitamínica do ácido ascórbico é a sua ação antiescorbútica (ROSA et al., 2007).
19
A vitamina C é solúvel em água, presente em frutas e vegetais e
importante para múltiplas funções biológicas. Os seres humanos não são capazes
de produzir a vitamina C, por isso, devem fazer sua ingestão diariamente (PARK
et al., 2010).
A vitamina C age como um potente antioxidante devido à sua
capacidade para eliminar uma grande variedade de espécies reativas de oxigênio
e nitrogênio. Em adição a seus efeitos antioxidantes, também é importante na
cicatrização das feridas, essencial na síntese de colágeno, atuando como cofator
para as enzimas lisil e propil hidroxilases, que estimulam a transcrição dos genes
do colágeno (AZULAI et al., 2003; CARR et al., 2013).
Estudos recentes realizados por Park et al. (2010), Wei et al. (2012) e
Carr et al. (2013) mostraram que há uma relação direta na produção de colágeno
pelo metabolismo humano e o consumo de vitamina C (ascorbato), seja pela
inibição da ação do peptídeo antimicrobiano LL-37, seja pela pelo acúmulo no
tecido muscular esquelético ou no estímulo da ação da enzima telomerase.
3. RESÍDUOS AGROINDUSTRIAIS
Para Parfitt et al. (2010), falhas de informação e incertezas fazem com
que não haja um consenso sobre a proporção da produção mundial de alimentos
que está sendo desperdiçada. São citadas de 10 a 50% de perdas, porém uma
análise mais aprofundada do conjunto de dados primários dessas estimativas
remete a trabalhos de campo realizados entre os anos de 1970 a 1980. Sendo
assim, as discussões sobre o potencial de redução global de desperdício de
alimentos continuarão a ser, em grande parte, retórica, e medir o progresso contra
qualquer redução mundial um alvo impossível.
Reduzir as perdas de alimentos e resíduos gerados é considerado uma
das medidas mais promissoras para melhorar a segurança alimentar nas
próximas décadas. As perdas de alimentos também afetam o uso de recursos
como água doce, terras cultiváveis e fertilizantes. Se os percentuais de perdas
mais baixos alcançados em certas regiões fossem extrapolados a um nível
mundial, as perdas no abastecimento de alimentos poderiam ser reduzidas pela
metade. Se isso fosse feito, um bilhão de pessoas poderia ser alimentada
diariamente (KUMMU et al., 2012).
20
Resíduo é tudo aquilo que sobra da matéria-prima e não é aproveitado
durante o processamento de um produto alimentício e esse mesmo material, caso
seja transformado industrialmente para fins determinados, é conhecido como
subproduto. Estes resíduos, cada vez mais, geram preocupações para a indústria,
pois quando não são utilizados com alimentação animal ou adubo, são
descartados e comprometem o meio ambiente (EVANGELISTA, 2005).
Ao longo das últimas duas décadas, a literatura tem discutido o
problema dos resíduos gerados pela indústria de alimentos e da possibilidade de
reutilizá-los não só para a alimentação animal ou fertilização orgânica, mas
também como matéria-prima para novos produtos alimentares. Assim, existe uma
necessidade premente para melhorar o uso de frutas e vegetais por meio da
exploração integral das espécies, minimizando a geração de resíduos alimentares
e a criando novas fontes de alimentos (FERREIRA et al., 2013).
De um modo geral, as camadas externas e extremidades de frutas e
vegetais são removidas durante o processamento, pois elas compreendem
essencialmente talos e cascas. E quando somadas a outros resíduos (sementes
ou caroços e bagaço) de indústrias de suco, polpa e bebidas, percebemos uma
grande perda de nutrientes. São inúmeras moléculas bioativas e biopolímeros
como carboidratos, proteínas, lipídeos, vitaminas, minerais, fibras, compostos
antioxidantes, etc (FERREIRA et al., 2013).
Resumindo, a utilização de produtos e/ou subprodutos de pouca ou
nenhuma utilização comercial/industrial, ou até mesmo dos resíduos industriais,
serve como base para formulação de novos produtos (TORRES, 2009).
4. A ACEROLA E SEUS RESÍDUOS AGROINDUSTRIAIS
A classificação botânica da acerola é comumente associada a três
espécies: Malpighia glabra L, Malpighia punicifolia L e Malpighia emarginata D.C.
Entretanto, em 1986, o Comitê Internacional de Recursos Genéticos de Plantas
adotou a denominação Malpighia emarginata para a acerola mais comumente
cultivada (MARQUES, 2013; NEVES, 2007).
Também conhecida como Cereja das Antilhas e Cereja dos Barbados,
a acerola é um arbusto cultivado em regiões tropicais e subtropicais em áreas que
vão do extremo sul do Texas, descendo pelo México e América Central chegando
até o Caribe e norte da América do Sul. Também foi introduzido amplamente em
21
áreas tropicais da Ásia e África. O arbusto produz uma fruta macia e vermelha
que pode ser consumida fresca ou processada em uma grande variedade de
alimentos, incluindo sucos, polpas, bebidas energéticas e suplementos
farmacêuticos, sendo considerada como uma rica fonte de vitamina C (DELVA e
SCHNEIDER, 2013).
De acordo com Cerezal e Vigoa (2000), Vendramini e Trugo (2004) e
Delva e Schneider (2013), a acerola é reconhecida pelo teor de vitamina C, mas
também uma excelente fonte de vitaminas A e do complexo B (Tiamina,
Riboflavina e Niacina), ferro, cálcio e compostos bioativos como antocianinas,
compostos fenólicos não antociânicos e carotenóides.
O mesocarpo ou polpa da acerola representa de 70-80% do peso total
do fruto e o resíduo restante constituído de pele, três caroços e polpa residual.
Borges (2011) e Pereira et al. (2013) analisaram e caracterizaram farinhas obtidas
do resíduo da acerola conforme apresentado na Tabela 1.
Marques (2013) analisou farinhas obtidas de resíduos de acerola em
duas frações, farinha de sementes e farinha do bagaço residual da produção de
sucos e polpas, constituído por pele, caroços e restos de polpa. Os resultados
para a composição mineral e compostos bioativos das farinhas são apresentados
nas Tabelas 2 e 3, respectivamente.
Tabela 1. Composição centesimal e parâmetros físico-químicos de farinhas do resíduo da acerola.
Determinações (1) (2)
pH 3,64 3,69 Acidez total titulável (%) 1,18 4,68 Atividade de Água 0,45 - Umidade (%) 8,53 8,25 Cinzas (%) 6,88 1,41 Proteína Bruta (%) 9,45 2,64 Gordura (%) 0,48 1,16 Açúcares Redutores (%) 3,42 - Açúcares Redutores Totais (%) 9,02 - Fibra detergente ácido (%) 4,21 - Fibra detergente neutro (%) 13,45 - Vitamina C (mg/100g) - 31,03
Fontes: (1) Borges, 2011; (2) Pereira et al., 2013.
22
Tabela 2. Composição mineral seca (mg/100g) da farinha da semente e farinha do resíduo da acerola (semente, pele e restos de polpa).
Minerais Farinha da Semente Farinha do bagaço
Cálcio 264 87 Potássio 179 791 Magnésio 77 106 Fósforo 99 151 Cobre 0,8 0,4 Manganês 0,2 0,1 Ferro 21 5,8 Enxofre 115 140 Zinco 4,2 1,7 Fonte: Marques, 2013.
Acerola é, portanto, uma fruta exótica que tem excelente potencial
agroindustrial e seu resíduo representa perspectivas para os produtores atingirem
novos nichos de mercado criados pela demanda dos consumidores por produtos
ricos em nutrientes, para a manutenção da saúde e prevenção de doenças
degenerativas (DELVA e SCHNEIDER, 2013).
Tabela 3. Concentração de compostos bioativos (mg/100g) da farinha da semente e farinha do resíduo da acerola (semente, pele e restos de polpa).
Nitratos Saponinas Fitatos Compostos fenólicos
Farinha da semente 0,08 0,49 0,23 4,73
Farinha do bagaço 0,20 0,26 0,18 10,82 Fonte: Marques, 2013.
5. A UVA E SEUS RESÍDUOS AGROINDUSTRIAIS
A árvore que produz a uva chama-se videira, também conhecida como
parreira. Originária do árido Cáucaso, na Ásia, em 6.000 AC, a uva é uma das
frutas mais antigas utilizadas na alimentação humana e sua produção se espalha
por todo o mundo. No Brasil, o cultivo da videira teve inicio em 1535, na Capitania
de São Vicente, trazida pelos portugueses (KATO et al., 2012).
23
A videira é uma planta pertencente à família Vitaceae, a qual abrange
mais de mil espécies, incluídas em 19 gêneros. O gênero Vitis L. é diverso,
compreendendo 29 espécies na Ásia, cerca de 34 na América do Norte e uma
única espécie na Europa – Vitis vinifera L. Esta última é a espécie mais cultivada
atualmente. As outras espécies de Vitis são geralmente utilizadas como porta-
enxertos e cultivares resistentes a fungos. Estima-se existirem cerca de 6000
variedades de V. Vinifera L., das quais menos de 400 são de importância
comercial (SCHUCK, 2007).
Segundo Guerra (2009), a vitivinicultura brasileira nasceu e cresceu
com base em uvas americanas, as chamadas uvas comuns, variedades das
espécies Vitis labrusca e Vitis bourquina, usadas para a elaboração de vinhos de
mesa. Mais de uma dezena de regiões produzem vinhos de mesa e/ou vinhos
finos. Os vinhos finos são aqueles elaborados exclusivamente a partir de uvas de
variedades europeias (Vitis vinifera L.).
Atualmente, a vitivinicultura brasileira de vinhos finos é desenvolvida
como atividade economicamente importante nas regiões geográficas Sul e
Nordeste. Na região sul do Brasil colhe-se uma safra por ano, como na viticultura
mundial clássica. Já no Nordeste as colheitas se sucedem ao longo do ano e se
concentram nos Estados de Pernambuco e Bahia (Vale do Submédio São
Francisco) (GUERRA, 2009).
A uva, após a laranja, é a fruta de maior produção mundial, com mais
de 61 milhões de toneladas ao ano. Os principais subprodutos da vinificação são
separados durante as etapas de esmagamento e prensagem das uvas, e apenas
pequenas quantidades desses resíduos são valorizados ou aproveitados. Os
subprodutos da indústria vinícola são o bagaço, sementes, folhelho, engaço,
borras e sarro (TORRES, 2002; SILVA, 2003; ROCKENBACH, 2008).
Dados da indústria mostram que para 100 litros de vinho produzidos
geram-se 31,7 kg de resíduos, dos quais 20 kg são de bagaço. Destes, temos um
percentual de 50% de peles de uva e restos de polpa (folhelho), 25% de
sementes (grainhas) e 25% de caules (engaço). Do ponto de vista químico, estes
subprodutos são ricos em alcoóis, ácidos, aldeídos, ésteres, pectinas, polifenóis,
minerais, açúcares e fibras, apresentando, com isso, um elevado potencial de
valorização (ROMEU, 2013).
24
No entanto, a composição química dessas frações é variável, não só
devido à diversidade de espécies de videiras como também das condições
geoclimáticas da região produtora. O folhelho é essencialmente constituído por
polissacarídeos estruturais (celulose e hemicelulose), proteínas, taninos, açúcares
(principalmente glicose e frutose), lipídios (ácidos graxos e ceras) e minerais,
como mostra a Tabela 4 (ROMEU, 2013; TSENG e ZHAO, 2013).
Essa composição torna o resíduo da vitivinicultura um excelente
candidato para aplicação em produtos alimentícios, nutracêuticos e médicos,
devido a seus altos teores de compostos fenólicos, fibras dietéticas, antocianinas
e atividade antioxidante (DENG et al., 2011).
Tabela 4. Composição química, fenólicos totais e atividade sequestrante do radical DPPH em bagaço de uvas de vinho.
Parâmetro Valor (%) (base seca)
Umidade 5,6
Cinzas 5,0
Proteínas 10,3
Lipídeos 11
Açúcares 3,9
Pectina 3,7
Taninos 12
Fibra dietética 61
Compostos fenólicos totais (mg GAE/g) 67,7
Atividade Antioxidante DPPH (mg AAE/g) 37,5
GAE: Equivalente em Ácido Gálico; AAE: Equivalente em Ácido Ascórbico;
Fonte: Tseng e Zhao, 2013.
6. COMPOSTOS ANTIOXIDANTES
Desde a década de 60 várias doenças degenerativas têm sido
associadas a formas reativas de oxigênio a ponto de serem chamadas de
doenças ferruginosas, ao serem comparadas com o processo de oxidação do
ferro por um toxicologista russo. E, embora o oxigênio seja vital para a
sobrevivência da maioria dos organismos vivos, paradoxalmente ele é capaz de
25
danificar sítios biológicos fundamentais. Espécies reativas de oxigênio são
produzidas a todo instante em nosso metabolismo durante a respiração celular e
pelo sistema imunológico, como também por fatores exógenos, como poluição,
fumaça e alimentação (TEMPLE, 2000).
Contudo, o corpo humano possui mecanismos próprios para combater
o estresse oxidativo, composto por componentes moleculares e enzimas
endógenas. A forma de combatê-lo é diversa e varia de acordo com o meio, seus
componentes e sua concentração. A essas moléculas capazes de inibir ou
prevenir a oxidação de substratos e proteger sistemas biológicos dos danos
induzidos por formas reativas do oxigênio, denominamos de antioxidantes
(SERAFINI, 2006).
Além dos antioxidantes produzidos pelo nosso próprio corpo (catalase,
superóxido dismutase, peroxidase glutationa, bilirrubina, etc.), também
encontramos diversos antioxidantes naturais entre os vegetais (vitamina C,
tocoferol, carotenos, polifenóis, etc.) (HALLIWELL, 1996). E, segundo Block et al.
(1992), inúmeras pesquisas científicas associam o consumo de antioxidantes
naturais de frutas e vegetais à diminuição do risco de diversos tipos de câncer e
doenças cardiovasculares.
Entre os antioxidantes naturais, os compostos fenólicos possuem
grande destaque em função da sua alta capacidade de sequestrar radicais livres e
quelar metais (HALIWELL, 1996; LUO et al., 2002; SERAFINI, 2006).
Quimicamente, são definidos por seu anel aromático contendo um ou mais
substituintes hidroxílicos, sendo normalmente encontrados na natureza de forma
conjugada a mono ou polissacarídeos (ROCKENBACH, 2008).
Mais de oito mil diferentes compostos fenólicos já foram identificados e,
de acordo com sua estrutura química, são classificados em ácidos fenólicos,
flavonóides, estilbenos e taninos. Além disso, a atividade antioxidante dessas
moléculas pode variar de acordo com o número e a posição das hidroxilas e das
substituições no anel aromático (BALASUNDRAM et al., 2006).
Além de eficientes na prevenção da autoxidação, os compostos
fenólicos podem influenciar e contribuir com cor, aroma, adstringência e
estabilidade em alguns produtos alimentícios. Diversas frutas podem ser citadas
como fontes naturais de compostos fenólicos, como frutas cítricas, frutas
26
vermelhas, uva e acerola (VENDRAMINI e TRUGO, 2004; ROCKENBACH et al.,
2011; KARAMAN et al., 2012).
7. FIBRAS A legislação Brasileira (BRASIL, 2001) define fibra alimentar como
sendo: [...] “qualquer material comestível que não seja hidrolisado pelas enzimas
endógenas do trato digestivo de humanos”. Tal fato explica porque o consumo de
fibras, quando associado com uma ingestão adequada de líquidos, pode prevenir
a constipação, ajudar no controle do colesterol e glicemia elevados e ainda
reduzir o risco de alguns tipos de câncer (MARCHINI et al., 1998).
As fibras podem ser classificadas em quatro grupos diferentes:
insolúveis; solúveis, não-viscosas e rapidamente fermentadas; solúveis, viscosas
e rapidamente fermentadas; solúveis, viscosas e não-fermentáveis (McRorie e
Fahey, 2013). Essa classificação é definida de acordo com sua solubilidade em
água, capacidade de fermentação e viscosidade, mesmo que não possam ser
metabolizadas e fornecer energia. Em linhas gerais, as fibras solúveis, como a
pectina e os hidrocolóides, estão mais associadas à redução do colesterol
sanguíneo e absorção da glicose no intestino; enquanto as insolúveis, como a
celulose e lignina, relacionadas à regulação intestinal (THEBAUDIN et al., 1997).
A quantidade de ingestão de fibras em uma dieta pode se relacionar
com uma alimentação saudável, pois este nutriente, normalmente, está associado
a vegetais, frutas, alimentos integrais e pouco refinados e, por isso, também rica
em minerais, vitaminas e outros compostos bioativos (BRASIL, 2005). Alimentos
fonte de fibras devem fazer parte de nossa dieta diária, embora muitos não o
façam com a frequência recomendada. Sendo que para as fibras exercerem seu
papel benéfico e regulador do intestino, uma ingestão adequada de líquidos,
principalmente água, deve estar associada (ARBONÉS et al., 2003).
No Brasil, a Resolução RDC 54, de novembro de 2012, estabelece que
para um alimento ser caracterizado como fonte de fibra o mesmo deve conter no
mínimo 2,5g de fibras por porção ou 3,0g por 100g em pratos preparados. Os
alimentos com alto conteúdo de fibras, por sua vez, devem conter no mínimo 6,0g
fibras por porção ou 5,0g por 100g em pratos preparados (BRASIL, 2012).
Segundo Storck et al. (2013), folhas, talos, cascas e sementes de
vegetais podem ser excelentes fontes de fibras e, quando bem direcionadas e
27
incorporadas na preparação de alimentos, podem enriquecê-los nutricionalmente,
além de aproveitar partes dos vegetais que normalmente são descartadas.
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34
CAPÍTULO 2- AVALIAÇÃO DE BARRAS DE CEREAIS COM SUBSTITUIÇÃO
PARCIAL DA SACAROSE POR COLÁGENO
____________________________
Este capítulo foi submetido como artigo em 08/09/2014 ao periódico Brazilian
Journal of Food Technology
35
CEREAL BAR WITH COLLAGEN AS A PARTIAL REPLACEMENT OF SUCROSE
AVALIAÇÃO DE BARRA DE CEREAIS COM SUBSTITUIÇÃO PARCIAL DA
SACAROSE POR COLÁGENO
Marcello Fernandes Leite1,3, Maria Spinola Miranda3, Breno Pereira de Paula2 and Eliete Silva Bispo3
I Instituto Federal de Educação Ciência e Tecnologia da Bahia - IFBA, Porto Seguro, BA, Brazil. e-mail: [email protected]
Address: BR 367, Km 57.5. Fontana I – Porto Seguro/BA. CEP 45810-000 2 Centro Federal de Educação Tecnológica Celso Suckow da Fonseca –
CEFET/RJ, Valença, RJ, Brazil. e-mail: [email protected] 3 Universidade Federal da Bahia-UFBA/Faculdade de Farmácia, Salvador,
BA, Brazil. e-mail: [email protected]
ABSTRACT
The high consumption of sugar is one of the factors that contribute to health problems these days, and even then, cereal bars have been commercialized as an alternative and healthy product, although many brands found in the market have a high concentration of sugars. Meanwhile, collagen peptides have been largely associated to several health benefits as well as vital body functions. This study aimed at the development of cereal bars with four levels (2, 4, 6 and 8%) of replacement of sucrose by collagen and comparison of shear strength, moisture and water activity of these formulations with the control bar and, furthermore, analyze the final product by proximal composition, sensory acceptance and microbiological assays. In general, the treatments did not differ significantly (p> 0.01) when compared with the control bar by Dunnet statistical test. The low water activity (<0.6) and humidity (<11%) values indicate a good microbiological stability for the product during storage. Results for proximal composition of CB8 were: moisture (12.9%), ash (1.3%), protein (16.4%), fat (12.0%), sugars (33.6%), total dietary fiber (5.5%) and total carbohydrate (51.36%). The results for the analysis of coliforms at 45ºC, Salmonella sp. and Bacillus cereus counts according to brazilian legislation and yeasts and molds equal to 3.5x103 CFU/g. Sensory acceptance presented mean scores between 5 ("like") and 6 ("really like") for the attributes texture, flavor, appearance and overall impression and 55% of the panelists affirmed that definitely would buy the cereal bar with collagen. Therefore, the replacement of sucrose by collagen is an alternative to reduce sugar and maintain cereal bars characteristics. KEYWORDS Binding agent; low sugar; texture; sensory analyses.
36
RESUMO
O elevado consumo de açúcar é um dos fatores que contribuem para problemas de saúde nos dias de hoje e, mesmo assim, as barras de cereais têm sido comercializadas como um produto alternativo e saudável, embora muitas marcas encontradas no mercado tenham uma alta concentração de açúcares. Por sua vez, peptídeos de colágeno têm sido largamente associados a diversos benefícios para a saúde assim como para funções vitais do nosso corpo. Este estudo visou o desenvolvimento de barras de cereais com diferentes percentuais de substituição (2, 4, 6 e 8%) da sacarose por colágeno e a comparação da textura, umidade e atividade de água dessas formulações com a barra controle e, por final, caracterizar o produto final através da composição centesimal, aceitação sensorial e análises microbiológicas. Em geral, os tratamentos não tiveram diferenças significativas (p>0,01) quando comparadas com o controle pelo teste estatístico de Dunnet. Os valores baixos de atividade de água (<0,6) e umidade (<11%) indicam uma boa estabilidade microbiológica para o produto ao longo do armazenamento. Resultados para a composição centesimal: umidade (12,9%), cinzas (1,3%), proteínas (16,4%), gorduras (12,0%), fibras totais (5,5%) e carboidratos totais (51,36%). Os resultados para as análises de coliformes a 45ºC, Salmonella sp. e Bacillus cereus atenderam a legislação brasileira e a contagem para bolores e leveduras 3,5x103 UFC/g. A aceitação sensorial apresentou resultados médios entre 5 (“gostei”) e 6 (“gostei muito”) para os parâmetros textura, sabor, aparência e qualidade global e 55% dos provadores afirmaram que definitivamente comprariam a barra de cereal com colágeno. Portanto, a substituição parcial da sacarose por colágeno é uma alternativa para reduzir os níveis de açúcar mantendo as características das barras de cereais. PALAVRAS-CHAVE Agente ligante; açúcar reduzido; textura; análise sensorial.
INTRODUCTION
Cereal bars are popular portable foods and are associated to snack bars and rapid
meals. Generally they have sweet and pleasant flavor and are made by a
combination of ingredients that complement each other in flavor, texture and
physical properties. Its multi-component formulation is usually based on a mixture
of dry ingredients (cereals, nuts, fruits, seeds) and binding agents (sugars, honey,
fat, chocolate) (IZZO and NINESS, 2001; KHOURYIEH and ARAMOUNI, 2013;
PALLAVI et al., 2013).
In most cereal bars brands, sugar and syrups represent the main ingredient and
according to Bray and Papkin (2014), the intake of calorie-sweetened beverages
37
and food have been increasing for decades and as a result an epidemic of
diseases such as obesity, metabolic syndrome and fatty liver disease are
occurring.
As consequence, the demand for functional food and diets based on whole grains
and fruits and vegetables are increasing world widely due its nutritious value and
health benefits as sources of dietary fiber, minerals, antioxidants and vitamins
(PADMASHREE et al., 2011; KHOURYIEH and ARAMOUNI, 2013).
To attend the requirements of this crescent market, the food industry is always in
search of new ingredients that might promote such benefits. The use of binding
agents such as acacia gum and hydrolyzed collagen in replacement for sugar
syrups may produce a sugar free cereal bar (FURLAN and SREBERNICH, 2009).
Hydrolyzed collagen is a binder that has unique hydration properties and
contributes with water retention capacity, emulsification, stability and enhance
cohesion and adhesion in food products (PETRACCI et al., 2013).
Collagen is the main structural protein in the connective tissue of animals and
comprises about 30% of all organic materials in humans. It can be extracted from
bovine and porcine bones and hides and fish scales. According to its hydrolysis,
can be called native collagen, gelatin or collagen peptide (TANAKA et al., 2009).
Ingestion of collagen peptides have been associated to several benefits and
functions of the body, such as moisture and elasticity of skin (PROKSCH et al.,
2013), osteoarthritis treatment (MCALINDON et al., 2011), antiamnesic and
antithrombotic (DZIUBA and DAREWICZ, 2007) and anti-oxidant activity (AO and
LI, 2012).
Thus, targeting sugar reduction, nutritional and functional enrichment of cereal
bars, mainly because it is a healthy and convenient food, this work aimed at the
38
development of cereal bars with different levels of replacement of sucrose by
collagen and comparison of texture, moisture and activity water of these
formulations with the control bar. Also, characterized the final product by
proximate composition, sensory acceptance and microbiological analyzes.
MATERIALS AND METHODS
Cereal bar ingredients
Hydrolyzed collagen from Gelita Brazil Ltda. (Maringá, Paraná, Brasil),
maltodextrin 1920 from Indukern S/A (Barcelona, Spain), glucose syrup from Yoki
Alimentos S/A (São Paulo, Brasil), palm fat from Agropalma S/A, (Tailândia, Pará,
Brasil), soybean lecithin from Cargill S/A (Uberlândia, Minas Gerais, Brasil), whole
oat flakes, rice flakes, dehydrated banana, black raisins, cashew nuts, skinless
peanuts, whole white sesame, whole golden flaxseed, and sucrose were
purchased in a local health food store.
Cereal bars preparation
The control bar (without hydrolyzed collagen) was formulated with a proportion of
50% of dry ingredients, 39.15% of sugars, 3.85% of fatty material and 7% of water.
Four treatments were studied by replacing different percentages of sucrose by
collagen in the syrup ingredients: CB2 (2% of collagen), CB4 (4% of collagen),
CB6 (6% of collagen) and CB8 (8% of collagen) - as shown in Table 1.
The elaboration of the cereal bar was initiated by the preparation of the
syrup in a stainless steel pan, where sugars were homogenized with collagen
before adding the water and led to heat. At 95°C, fatty materials (palma fat and
soy lecithin) were added up and the mixture was then stirred until it reached a
soluble solid content of 84-88°Brix. At this point and still hot, the mixture of dry
ingredients was added, mixed up, discharged in a mold and pressed until achieve
39
a uniform and rectangular shape. After cooling at room temperature the bars were
cut in 3cm2 square pieces and packed in plastic resealable bags. The samples
were kept in the dark at room temperature until analyses that were realized in a
maximum period of ten days.
Table 1. Formulation used in the production of each treatment (CB2, CB4, CB6 and CB8) and control cereal bar.
Dry Ingredients (%)
Treatments
Control CB2 CB4 CB6 CB8 Rolled oats 15.0 15.0 15.0 15.0 15.0 Rice flakes 12.5 12.5 12.5 12.5 12.5 Dried banana 9.0 9.0 9.0 9.0 9.0 Cashew nuts 6.0 6.0 6.0 6.0 6.0 Black raisins 4.0 4.0 4.0 4.0 4.0 Peanuts 2.0 2.0 2.0 2.0 2.0 Whole White Sesame 1.0 1.0 1.0 1.0 1.0 Whole golden flaxseed 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 Syrup Ingredients (%) Sucrose 19.0 17.0 15.0 13.0 11.0 Hydrolyzed collagen 0.0 2.0 4.0 6.0 8.0 Glucose syrup 10.0 10.0 10.0 10.0 10.0 Maltodextrin 10.0 10.0 10.0 10.0 10.0 Palma Fat 3.6 3.6 3.6 3.6 3.6 Soybean lecithin 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4 Water 7.0 7.0 7.0 7.0 7.0
Physical measurements of cereal bars
Water activity
It was performed in a hygrometer Aqualab CX-2 (Decagon Devices Inc.,
Washington, U.S.A.). Crushed samples (approximately 2g) of the cereal bars were
placed in the equipments cup and led to the chamber for automatic measurement.
Data reported are the averages of three measurements.
Moisture content
It was determined according to the method 12/IV from IAL (2004) in the
isotemperature oven Q-317B-32 (Quimis Aparelhos Científicos Ltda., São Paulo,
40
Brasil). Samples weighing approximately 2g of each cereal bar were placed in
porcelain evaporating dishes and dried in the oven at 105°C until constant weight.
Data reported are the averages of three measurements.
Shear strength
For comparison of hardness of cereal bars by shearing, a TA-XT2i texture
analyzer (Stable Micro Systems, Surrey, England) with a HDP/BS blade and
100kg load cell was used. The shear strength was indicated by the peak force
required to break the samples. The analysis was carried out at a test speed of 2.0
mm/s, post-test speed of 10.0 mm/s and a distance of 10mm. Data reported are
the averages of nine measurements.
Four proportions of replacement of sucrose by collagen were tested and the mean
results were compared with the results of the control treatment. This comparison
was realized by Dunnett's test and aimed at the evaluation of similarity among
each treatment only with the control bar.
The formulation with highest concentration of collagen and no statistical difference
with the control was analyzed by sensory and microbiological evaluation and had
its proximate composition determined.
Proximate Composition
Proteins, total fat, total sugars, moisture and ash were determined according to the
methods proposed by IAL (2004), methods 36/IV, 32/IV, 40/IV, 12/IV and 18/IV,
respectively. Dietary fiber determined according to Horwitz (1997), method 985.29.
Total carbohydrate content was calculated by difference. Data reported are the
averages of three measurements and expressed on a dry matter basis.
41
Sensory evaluation
For the sensory analysis, involving humans, the project was approved by the
Ethics Committee (opinion number 480.936/2013) of the State University of Bahia.
Consumer acceptability was carried out with a randomized block of 100 untrained
panelists that evaluated the attributes texture, flavor, appearance and overall
impression of the formulated cereal bar and were also asked about sex, age and
frequency of consumption. The panelists evaluated monadically, in individual
cabins, two codified samples and, between them, a cup of water was offered to
cleanse their palates. The sensory panel was presented in a 7-point hedonic scale
(7=like very much, 6=like, 5=like slightly, 4=nor like nor dislike, 3=dislike slightly,
2=dislike, 1=dislike very much) to determine degree of liking the product.
Moreover, the panelists were also questioned about their buying intention of the
cereal bars in a 5-point hedonic scale (5=definitely would buy, 4=probably would
by, 3=might buy might not buy, 2=probably would not buy, 1= definitely would not
buy).
Microbiological analysis
The analysis of the pathogenic microorganisms Salmonella, Bacillus cereus and
coliforms at 45ºC were realized because of its importance in public health and also
as a legislation requirement (BRASIL, 2001), and yeasts and molds due its
potential to deteriorate low moisture food. These analyses were realized according
to the methods proposed by APHA (2001).
In aseptic conditions, 25g of the sample were homogenized with 225mL of 1%
peptone water in a stomacher blender for 2min. Serial dilutions were made with
peptone water as needed for plating and incubation realized according to each
microorganism.
42
Coliform bacteria was enumerated using most probable number method in 9mL
tubes of lauryl tryptose broth at 35ºC for 24hs fallowed by EC broth at 45ºC for
another 24hs. Yeasts and molds were determined by surface plate count on potato
dextrose agar with tartaric acid after 5 days of incubation at 25°C. For the
Salmonella spp test, lactose broth was used for selective enrichment followed by
incubation in tetrationate and selenite cystine broths for 24hs at 35°C. Then, they
were plated in hectoen enteric agar, brilliant green agar and xylose-lysine-
desoxycholate agar in the same conditions as before. Bacillus cereus surveillance
used the most probable number method and isolation was realized in trypticase
soy polymixin broth at 30°C for 48hs. Turbid tubes were platted in Bacara agar for
more 24hs and, in case of typical colonies growth, biochemical testing for
confirmation might have been done.
Statistical analysis
Statistical analysis were performed with the program SAS 9.1 (SAS Institute Inc.,
Cary, USA) to calculate mean, standard deviation, ANOVA, multiple comparisons
by Dunnet test (physical-chemical analyses) and F test (sensory analyses and
centesimal composition). All differences were reported at a significance level of
p<0.01.
RESULTS AND DISCUSSION
In order to evaluate the replacement of sucrose by collagen in cereal bars, the
results of physical properties (shear strength, water activity and moisture) of the
control bar were compared to the four different formulations with collagen (CB2,
CB4, CB6 and CB8).
The mean values for these parameters are shown in Table 2.
43
Table 2. Effects of different concentrations of collagen in texture, water activity and moisture content of cereal bars.
Formulations Shear strength (gf) Water activity Moisture (%) Control 9.150,8 ± 2.538,1 0,58 ± 0,07 9,65 ± 0,80 CB2 6.177,2 ± 1.314,5 0,56 ± 0,01 10,02 ± 0,95 CB4 6.332,8 ± 1.599,0 0,58 ± 0,01 11,33 ± 0,47 CB6 11.989,9 ± 2.927,3 0,56 ± 0,01 7,70 ± 0,55 CB8 10.447,8 ± 2.671,2 0,60 ± 0,01 9,56 ± 0,53
Mean ± standard deviation. Statistical analysis by ANOVA followed by Dunnett test (p>0,01).
No statistical difference (p>0,01) was found in any analyzed parameter
when Dunnett Test was applied. The samples of all treatments had no difference
when compared to the control cereal bar for shear strength, water activity and
moisture analysis.
A high standard deviation might be noticed in the instrumental texture
analysis (shear strength) and is due to the complexity of the formulation that has
many components of very different texture (oats, rice flakes, nuts, raisin, etc.).
Similar results, with high standard deviation, were also observed by Silva et al.
(2009). Khouryieh and Aramouni (2013) obtained lower values for shear strength
and standard deviation in a cereal bar made with flaxseed and uniform texture.
The low values (<0.6) of water activity ensures microbiological stability of
the product during storage (FRANCO and LANDGRAF, 2008).
Moisture values around 10% are typically found in this type of product and
similar data were reported by other authors (FREITAS and MORETTI, 2006;
SILVA et al., 2011).
After observation, it was decided that CB8 would be the selected
formulation and that would have its proximal composition, microbiological quality
and sensory acceptability determined. This choice was due to the fact that there
were no significant difference (p>0,01) in the parameters among the control and
44
the collagen bars, and that the treatment CB8 was the one with the highest
concentration of collagen.
Proximal Composition
Table 3 presents the proximal composition of CB8 and control cereal bars.
Only changes in sugars and proteic levels were detected when the F Test (p<0,01)
was applied and it occurred exactly because of the substitution of sucrose for
collagen. It promoted an increase of 131% of the proteic content in relation to the
control bar and the difference between the results is consistent with the theoretical
addition of collagen.
There were no significant differences between the treatments in ashes, total
fat and total dietary fiber. Although a reduction of sugar occurred, the caloric value
was almost the same because of the energetic similarity between carbohydrates
and proteins.
Table 3. Proximal composition of CB8 and control cereal bars.
Composition Control CB8
Ashes (g/100g) 1,26a ± 0,02 1,27a ± 0,02
Protein (g/100g) 7,10b ± 0,14 16,40a ± 0,30
Total Fat (g/100g) 11,46a ± 0,28 12,04a ± 0,08
Sugars (g/100g) 43,25a ±0,14 33,63b ± 0,07
Total Carbohydrate* (g/100g) 62,62a ± 0,79 52,08b ± 1,08
Total dietary fiber 7,38a ± 0,17 5,36a ± 0,45
Calories (Kcal) 382,0 382,2
Mean of three samples ± standard deviation. Data expressed on dry weight basis. a,b Numbers within a line followed by the same letters are not significantly different by F Test (p < 0,01). *Calculated by difference
45
Microbiology
Microbiological results presented in Table 4 are in accordance to the values
established in Brazilian standards (Brasil, 2001) and the developed cereal bar was
adequate for human consumption. Yeasts and molds count (3.5x103 CFU/g) is
commonly found in low moisture food and cereal bars as reported by Stelato et al.
(2010) and Srebernich et al. (2011).
Table 4. Results for microbiological analysis in CB8.
Parameter Value
Escherichia coli (MPN.g-1) <50
Bacillus cereus (CFU.g-1) <500
Salmonella SP Absent in 25g
Yeasts and mold (CFU.g-1) 3,5x103
Microbiolical Standards for cereal bars (Brasil, 2001) - E. coli: 5x10² CFU/g; Bacillus cereus: 5x10³ CFU/g; Salmonella sp.: Absent in 25g. MPN: Most Probable Number; CFU: Colony Forming Unit.
Sensory Evaluation
The sensory evaluation was carried out with 64.5% of female and 35.5% male
panelists and 78% said to be consumers of cereal bars. Panelists were between
18-50 years old and 63.5% were between 18 and 20 years old.
Observing data from figure 1, it appears that the tasters did not detect
significant difference for the attributes flavor, appearance and overall impression
among the evaluated samples. The only attribute in which significant difference
was detected was the texture. All mean scores were between 5 and 6 which
correspond respectively to "Like" and "like very much".
46
Figure 1. Sensory evaluation scores of overall impression, flavor, texture and appearance of control and CB8 cereal bars. Error bars represent standard deviation.
Figure 2 presents the results for the purchase intention test where the
scores for both cereal bars (control and CB8) were very close and indicate a mean
result for “would buy” intention according to the panelists.
The panelists of a similar study conducted by Furlan and Srebernich
(2009) demonstrated a 78.4% buying intention, 18.3% uncertainty and only 3.3%
not buying intention toward a collagen cereal bar.
Figure 2. Buying intention scores for control and CB8 cereal bars. The evaluation was made by 100 panelists in a 5-point hedonic scale: 5 - Definitely would buy; 4 - probably buy; 3 - Might buy, might not buy; 2 – Probably would not buy; 1 - Definitely would not buy.
1
2
3
4
5
6
7
FLAVOR TEXTURE APPEARANCE GLOBAL
IMPRESSION
Sco
res
Sensory Attributes
CONTROL CB16
27%
50%
17%
4% 2%
26%
62%
10%
1% 1%
0%
20%
40%
60%
80%
100%
5 4 3 2 1
Po
rce
nta
ge
of
pa
ne
list
s
Buying Intention
CB16 Control
47
Considering that the interest of this work was to replace a portion of the
sucrose by collagen without causing any major sensory changes and this change
was barely noticed by the judges, it can be stated that the replacement was
successful. The consumers, in general, considered the collagen bar similar to the
control and had good intention to purchase it.
CONCLUSION
The partial substitution of sucrose by collagen in the studied level enabled the
production of a cereal bar with texture, moisture, water activity and sensory
characteristics very similar to the control bar. Therefore, collagen has complied its
role as binding agent contributing to reduce sugar levels, which is usually very
high in commercial cereal bars.
The positive sensory results combined with the healthy claim of the
developed product make it a good option for the food market.
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50
CAPÍTULO 3- PHYSICAL CHEMICAL, ANTIOXIDANT AND SENSORY
EVALUATION OF CEREAL BARS MADE WITH COLLAGEN, ACEROLA AND
GRAPE RESIDUES
___________________________
Este capítulo está formatado para submissão à revista Food Science and
Technology International
51
Physical chemical, antioxidant and sensory evaluation of cereal bars made with collagen, acerola and grape residues
Marcello F Leite1,2, Maria S Miranda2, Ligia R R de Santana3
1Federal Institute of Education, Science and Technology of Bahia, Porto Seguro, Brazil 2Farmacy College, Federal University of Bahia, Salvador, Brazil 3Life Sciences Department, State University of Bahia, Salvador, Bahia Corresponding author: Marcello F Leite, Federal Institute of Education, Science and Technology of Bahia, BR 367, Km 57.5, Fontana I, Porto Seguro, Bahia, Brazil. CEP 45810-000. Email: [email protected].
ABSTRACT
Nowadays, consumers market claims not only for practical food but also for healthy, functional and sustainable products. Cereal bars have been undervalued by most brands that elaborate them with low quality ingredients. The enrichment of cereal bars with acerola and grape pomace combined with sugar reduction, might attend these demanding consumers. Thereby, this study aimed at the development of cereal bars made with a mixture of collagen and sugars as binding agents and enriched with acerola (CBA) and grape (CBU) pomace flours (2.5%). The bars were submitted to physico-chemical analysis and sensory evaluation. Physico-chemical composition of acerola and grape bars were, respectively: protein, 17.3% and 17.6%; fat, 12.8% and 13.9%; sugars, 34.0% and 34.7%; total dietary fiber, 9.1% and 7.2%; Calcium, 80 and 180 mg/100g; Potassium, 108 and 236 mg/100g; vitamin C, 22 and 6 mg/100g. Total phenolics, 85 and 98 mgGAE/100g; antioxidant capacity, 516 and 616 µM FeSO4/g. Sensory acceptance scores were between “like slightly” and “like very much” and buying intention “definitely would buy”. The bar with acerola pomace presented more fiber and vitamin C contents and better acceptance, while with grape pomace, higher calcium, potassium and total phenolics contents and antioxidant capacity. The physico-chemical and sensory characteristics of the developed products demonstrate high sensorial acceptance and nutritive potential to attend the market demands. Keywords: Vitis vinifera L, Malpighia emarginata , agroindustrial waste, food product. RESUMO O mercado consumidor mais moderno clama não só por produtos de fácil consumo, mas que também sejam mais saudáveis, funcionais e sustentáveis. As barras de cereais têm sido subvalorizadas por grande parte das empresas, que utilizam ingredientes de baixa qualidade na sua elaboração. O enriquecimento deste tipo de produto com bagaço de acerola e uva e a redução dos teores de açúcar pode atender aos consumidores que buscam produtos mais saudáveis e sustentáveis. Este estudo teve como objetivo o desenvolvimento de barras de cereal com uma mistura de colágeno e açúcares como agentes de liga e o enriquecimento (2,5%) com farinha dos bagaços de acerola (CBA) e de uva
52
(CBU). As barras foram submetidas a análises físico-químicas e sensoriais. A composição centesimal das barras de acerola e uva, respectivamente, foi: proteína, 17,3% e 17,6%; lipídeos, 12,8% e 13,9%; açúcares, 34,0% e 34,7%; fibra dietética total, 9,1% e 7,2%; Cálcio, 80 e 180 mg/100 g; Potássio, 108 e 236 mg/100g; vitamina C, 22 e 6 mg/100 g. Fenólicos totais, 85 e 98 mgGAE/100g; capacidade antioxidante (FRAP), 516 e 616 mM FeSO4/g. Os escores para aceitação sensorial foram entre “gostei ligeiramente” e “gostei muito” e a intenção de compra “definitivamente compraria”. A barra com bagaço de acerola apresentou maiores teores de fibra e vitamina C e aceitação sensorial, enquanto a de uva maiores teores de cálcio, potássio, fenólicos totais e capacidade antioxidante. As características físico-químicas e sensoriais do produto desenvolvido demonstram elevada aceitação sensorial e valor nutritivo para atender às atuais demandas de mercado. Palavras-chave: Vitis vinifera L, Malpighia emarginata , resíduos agroindustriais, produto alimentício.
INTRODUCTION
Several actual problems of the present civilization can be explained by our choices
and can be observed in several diseases caused by bad alimentation (Bray and
Papkin, 2014), in unequal food distribution and unnecessary food waste (Kummu
et al., 2012). To enhance food products many choices can be made by individuals
or businessman: reduce sugar (Bray and Papkin, 2014), increase fibers
(Padmashree et al., 2011), increase natural antioxidants (Block et al., 1992) and
many others. Another tendency in the food market nowadays is the use of rapid
meals and snacks served in small and individual portions (Izzo and Niness, 2001).
All these concepts might be observed and applied in cereal bars where most of the
products found in the consumers market have excess of sugar and low quality
ingredients (Pallavi et al., 2013). Moreover, cereal bars have infinite possibilities of
composition and incorporation of functional and healthy ingredients (Silva et al.,
2011), dehydrated pomace and residues from food industries (Ferreira et al.,
2013).
Although cereal bars have multiple possibilities, the ingredients need to
complement each other in order to maintain quality in aspects such as stability,
physical properties, texture, flavor, nutrition, etc. They are made by the mixture of
dry ingredients with binging agents and usually formed in rectangles to be
consumed in individual portions (Estevez et al., 1995). Many researches have
been done in order to enrich cereal bars with functional properties, regional
ingredients and agroindustrial wastes (Dias et al., 2010).
53
For Kummu et al. (2012), reduce food wastes might be one of the most important
goals to achieve food security in the next decades and also effect other resources
such freshwater, cropland, and fertilizers. In the last two decades, researchers
have been discussing the waste generated by the agribusiness and how to reuse
them not only for organic fertilizers and animal nutrition but as ingredients in other
food products (Ferreira et al., 2013). In this segment, the pomace originated from
the production of wine and acerola pulp make a good option to avoid waste and
produce healthy food products (Deng et al., 2011; Delva e Schneider, 2013)
Marques (2013) analyzed flours obtained from acerola pomace and concluded that
they are rich in dietary fiber and minerals, have high emulsion stability and
absorption capacity. He also affirmed that the flour has good potential to be used
as ingredient in meat and bakery products.
In the same direction, Deng et al. (2011) stated that the residue from viticulture is
an excellent candidate for application in food, nutraceutical and medical products
due its high quantities of phenolic compounds, dietary fiber and anthocyanins.
The presence of reactive species of oxygen in our metabolism originates several
of degenerative diseases that may be influenced by endogenous and exogenous
(food, pollution, smoke, etc.) factors (Temple, 2000). But to prevent these
reactions and protect our biological system, our body produces and ingests
antioxidant compounds. These substances are capable to inhibit or prevent the
oxidative stress in our organism and consequently prevent diseases such some
types of cancer and arteriosclerosis (Serafini, 2006).
Many substances might have an antioxidant activity but phenolic compounds have
been cited with highlights by many authors due its high capacity to scavenge free
radicals and chelate metals. More than eight thousand of different phenolic
compounds have been identified and may have different classifications:
anthocyanins, flavonoids, tannins, pnhenolic acids, etc (Balasundram, 2006).
Besides the oxidation prevention, they can contribute with aroma, color, stability
and astringency. Many fruits can be cited as sources of phenolic compounds such
as grapes and acerola (Rockenbach et al., 2011).
Dietary fibers consumption has also been largely associated to health benefits and
prevention of several chronic diseases (arterial hypertension, diabetes,
gastrointestinal disorders, etc.) in the past decades. These components are
mostly found in plant foods such as cereals, legumes, vegetables and tubers
54
(Bernaud and Rodrigues, 2013). They can be classified in four different groups
according to their solubility in water, fermentation capacity and viscosity but either
way, cannot be metabolized and contribute with calories to our body (McRorie and
Fahey, 2013).
In order to decrease the use of sugars in cereal bars a good option is to use
collagen peptides as a binding agent (Furlan e Srebernich, 2009). Collagen is a
protein that comprises tissues, bones and tendons in vertebrate bodies and yet
largely used in meat products due its emulsifying, stabilizing, binding and jellifying
properties (Prestes, 2013). Beyond these properties, several papers have been
claiming diverse health benefits of the consumption of collagen peptides: moisture
and elasticity of skin (Proksch et al., 2013), antiamnesic and antithrombotic
(Dziuba and Darewicz, 2007), osteoarthritis treatment (Mcalindon et al., 2011) and
tendons and bones formation (Tanaka et al., 2009).
Therefore, this paper aimed at the evaluation of physico-chemical and sensory
properties of the incorporation of acerola and wine grape pomace flours in order to
flavorize and enrich cereal bars made with a mixture of dry ingredients and a
mixture of collagen and sugars as binding agents.
MATERIAL AND METHODS
Elaboration of acerola (Malpighia emarginata) pomace flour
To obtain the pomace flour, fresh and ripe acerola fruits were purchased from a
street market of Salvador, Bahia, Brazil. The fruits were blended in Waring
Comercial Blender (Waring Products Co., Connecticut, USA) with 200mL of
filtered water for 30 seconds in maximum speed. The juice was separated and
sifted from the pomace using a sieve of 1mm opening. The pomace containing
peel, seeds and pulp residue was dried in a dehydrating oven, model 400ND
(Nova Etica, São Paulo, Brazil), for 10h at 50ºC and 3m3/s air flow. The dry
pomace was blended for 3 minutes and the resulting powder sieved to remove
remaining unbroken seeds. The acerola pomace flour obtained was packed in
resealable plastic bags and stored free from light and heat.
Elaboration of grape (Vitis vinifera L.) pomace flours
The red grape pomace (Vitis vinifera L. cv Alicante Bouschet) was obtained from
Santa Maria of Boa Vista winery, situated in the San Francisco Valley, semiarid of
Bahia, Brazil. The dry pomace contained peel, seeds and stem, although for this
55
study only the peels where used after manually separation. The peels where
grinded in blender for 2 minutes in maximum speed. The resulting powder was
sieved to homogenize the particles size. The grape pomace flour was also packed
in resealable plastic bags and stored free from light and heat.
Cereal bars preparation
Hydrolyzed collagen from Gelita Brazil Ltda. (Maringá, Brazil), maltodextrin 1920
from Indukern S/A (Barcelona, Spain), glucose syrup from Yoki Alimentos S/A
(São Paulo, Brazil), vegetable fat from Bunge Alimentos S/A, (São Paulo, Brazil),
soybean lecithin from Cargill S/A (Uberlândia, Brazil), whole oat flakes, rice flakes,
raisins, cashew nuts, skinless peanuts, sesame, linseed, and sucrose were
purchased in a local market. Acerola and grape pomace flours were obtained as
previously described.
The formulation of the cereal bar is listed in Table 1. The procedure of its obtaining
consisted of homogenization of collagen and sugars in a stainless steel pan
followed by the addition of water. After homogenization of the mixture, the heating
plate was set to 100ºC. Fatty ingredients (vegetable fat and soybean lecithin) were
added when the mixture reached 95ºC, and then stirred until 84-88°Brix. Rapidly,
the mixture of dry ingredients were added, mixed up, discharged in a rectangular
mold and pressed until texture is uniform. After cooling in room temperature bars
were cut in 3cm2 squares and packed in plastic resealable bags. The samples
were kept in the dark at room temperature until analyses. The cereal bar
containing acerola pomace was designated as CBA and with wine grape pomace
as CBU.
Table 1: Percentages of dry and syrup ingredients used in the production of the cereal bars.
Dry Ingredients (%) Syrup Ingredients (%) Rolled oats 16,5 Sucrose 20,0 Rice flakes 14,0 Hydrolyzed collagen 8,0 Cashew nuts 6,5 Glucose syrup 9,0 Black raisins 4,5 Maltodextrin 3,5 Peanuts 2,0 Vegetable Fat 4,0 Sesame 1,0 Soybean lecithin 0,4 Linseed 0,5 Water 7,6 Pomace flour (Acerola or Grape) 2,5
56
Proximate Composition
Proteins, total fat, total sugars, moisture and ash were determined according to the
methods proposed by IAL (2005), methods 36/IV, 32/IV, 40/IV, 12/IV and 18/IV,
respectively. Dietary fiber was determined according to method 985.29 of AOAC
(1997). Total carbohydrate content was calculated by difference. All analyses were
performed in triplicate and expressed on a dry matter basis.
Minerals
The analysis of calcium (Ca) and potassium (K) were performed in the
spectrometer Bruker S2 Picofox (Bruker AXS Inc., Germany) by the technique of
total reflection X-ray fluorescence (TXRF). Samples (0,2g) where prepared by
digestion for 10hs with HNO3 65% and then diluted to 10mL with a 2% solution of
HNO3. 10 µl of an internal standard solution (Ga, 100 mg/l) were added to a
sample aliquot of 1 ml and homogenized. 5µl of this solution were then applied
onto a quartz glass carrier and carefully dried on a heating plate. Analyses were
performed in triplicate.
Vitamin C
The quantification of vitamin C was performed by the method 364/IV proposed by
IAL (2005). This titulometric method is based on the oxidation of the ascorbic acid
by potassium iodide.
Total phenolics determination
The quantification of total phenolics compounds was done by the Folin-Ciocalteu
method, as described by Swains and Hillis (1959), and is based on the reduction
of its reagent by the phenolics compounds. The reaction produces a blue complex
whose intensity increases linearly in 765nm. The extraction took place in aqueous
and aqueous-methanolic solutions (80:20) in folk tubes with 5g of crushed
57
samples and agitated for 5 minutes in a vortex mixer fallowed by 10 minutes in a
centrifuge - model EEQ-9004B (Astral scientific, Curitiba, Brazil). For
quantification, 2,5mL of the Folin-Ciocalteau solution, 2,0mL of sodium carbonate
solution and 500µL of the sample were mixed and incubated for 30 minutes at
50ºC in water bath. The absorbance measured at 765nm, spectrometer biochrom
libra (Nova Analítica, São Paulo, Brazil), was replaced in the standard curve
previously prepared with gallic acid (GAE) for quantification. All analyses were
performed in triplicate.
Ferric Reducing Antioxidant Power – FRAP determination
For this determination it was used the method described by Rufino et al. (2006).
This method is based on the ability of the antioxidants to reduce the complex
tripyridyltriazine-Fe3+ and form Fe2+, of intense blue coloration and maximum
absorbance at 595nm. A 90µL aliquot of each dilution of the extract was mixed
with 270µL of distilled water and 2,7mL of FRAP reagent in a tube agitator and
maintained for 30 min in water bath at 37°C. The FRAP reagent was used as
blank to calibrate the spectrometer biochrom libra (Nova Analítica, São Paulo,
Brazil). To calculate the antioxidant capacity, a linear equation was made with
1000µM of ferrous sulfate. All analyses were performed in duplicate.
Instrumental color measurement
The color of the cereal bars were measured using a colorimeter Minolta CR400
(Konica Minolta Inc., Tokyo, Japan). Colors are expressed by CIE Lab parameters
that correspond to L* (L* = 0 [black] and L* = 100 [white]), a* (−a* = greenness and
+a* = redness), and b* (−b* = blueness and +b* = yellowness). To compare
different results of color in a unique parameter, the equation below is routinely
used:
58
∆E = [ (∆L*)² + (∆a*)² + (∆b*)² ]0,5
Where ∆L*, ∆a* e ∆b* are the differences of the colors between different samples.
Data reported are the average of nine measurements in geometrical points of the
cereal bar.
Sensory evaluation
Consumer acceptability was carried out with a randomized block of 60 untrained
panelists that evaluated the attributes texture, flavor, appearance, aroma, color
and overall impression and were also asked about sex and age. The panelists
evaluated two codified samples monadically and, between them, a cup of water
was offered to cleanse their palates. The sensory panel was presented in a 9-point
hedonic scale (9=like extremely, 8=like very much, 7=like, 6=like slightly, 5=nor
like nor dislike, 4=dislike slightly, 3=dislike, 2=dislike very much, 1=dislike
extremely) to determine degree of liking the product. Moreover, the panelists were
also questioned about their buying intention of the cereal bars, using a 5-point
hedonic scale (5=definitely would buy, 4=probably would by, 3=might buy might
not buy, 2=probably would not buy, 1= definitely would not buy).
Statistical analysis
Statistical analyses were performed with the program SAS 9.1 (SAS Institute Inc.,
Cary, USA) and used to calculate mean, standard deviation, variance, F test and
Tukey (sensory analyses). Differences were reported at a significance level of
p<0.05.
RESULTS AND DISCUSSION
Physico-chemical analysis
The results for the proximate composition, vitamin C and minerals of the acerola
and grape pomace cereal bars are presented on Table 2.
59
Table 2. Proximate composition, minerals (Ca, K) and vitamin C contents for acerola (CBA) and grape (CBU) pomace cereal bars.
Composition CBA CBU
Ash (g/100g) 1.22a ± 0.04 1.21a ± 0.01
Protein (g/100g) 17.29a ± 0.24 17.56a ± 0.17
Lipid (g/100g) 13.92b ± 0.13 12.80a ± 0.24
Sugars (g/100g) 34.04a ± 1.07 34.69a ± 0.26
Total dietary fiber 9.08a ± 1.18 7.19a ± 0.45
Moisture (g/100g) 13.16a ± 0,05 11.51b ± 0,05
Total Carbohydrate* (g/100g) 46.45 ± 2.83 48.61 ± 1.08
Energy (kcal) 370 390
Calcium (mg/100g) 79.6b ± 4.9 180.3a ± 7.8
Potassium (mg/100g) 107.8b ± 4.2 235.9a ± 3.5
Vitamin C (mg/100g) 21.82a ± 0,08 5.92b ± 0,06
CBA – Acerola pomace cereal bar; CBU – Grape pomace cereal bar Mean±standard deviation. Means with different letters in lines indicate significant difference (p<0.05) by F Test. Data expressed on dry weight basis. *Calculated by difference
Differences in proximate composition of acerola and grape pomace flours did not
imply in many differences (p<0.05) in the composition of CBA and CBU as
observed in Table 2. Only lipid and moisture contents were statistically different.
The low moisture content (<15%) is interesting because it reduces chemical and
microbiological reactions favoring stability during storage. The difference on the
moisture of the cereal bars is due to processing and it is difficult to control because
of the rapid water evaporation that occurs when heating the mixture. The
difference in lipids values can be explained by the fact that only in acerola pomace
flour the seeds were used and according to Marques (2013) they contain nearly
5.5% of lipid content. Even with no significant difference, according to Brazilian
60
legislation (ANVISA, 2012) that requires a minimum of 2.5g of dietary fiber in a
portion of 30g of a cereal bar to be considered as source of fiber, only CBA with
2.72g/30g can be considered as a fiber source food product. Ferreira et al. (2013)
produced fiber source cereal bars with vegetable residue flour and crude fiber
varied among 7.2 and 7.8 g/100g. Comparing to other cereal bars, with protein
content between 6.0 and 6.4% (Khouryie and Aramouni, 2013; Marques, 2013),
the protein content of CBA and CBU are very high and are consequence of the
utilization of collagen as a binding agent.
CBU, with 180 and 236 mg/100g of calcium and potassium, provided nearly twice
of these minerals than CBA, with 80 and 108 mg/100g. A “source of mineral” claim
requires a 15% intake of the daily value reference based on portion of 30g of a
cereal bar (ANVISA, 2012). Thereby, neither CBU nor CBA could be considered
as a calcium or potassium sources. Freitas and Moretti (2006) characterized a
functional cereal bar made with soy protein and wheat germ and found similar
result for calcium (82mg/100g) and higher potassium content (497mg/100g). Sung
et al. (2014) obtained better results, 640 mg/100g of calcium, in an anti obesity
cereal bar containing welsh onion extract (5%).
Vitamin C content was 3.7 times higher for CBA than CBU with 21.8 and 5.9
mg/100g, respectively. Considering a daily reference value of 45mg (ANVISA,
2005), 100g of CBA provides 48% of the vitamin C daily intake. Oliveira et al.
(2013) evaluated a cereal bar made with cashew apple bagasse fiber and found
45.3mg/100g of vitamin C, equivalent to 100% of daily value reference. Moreover,
vitamin C is essential in collagen synthesis by stimulating genes transcription (Carr
et al., 2013) and therefore the combination of vitamin C and collagen in the cereal
bar maximizes its benefits.
61
Color
The color of a food is a key factor of choice and quality assessment by their
customers and the use of acerola and grape pomace flours brought significant
(p<0.05) differences in the color of these cereal bars. Observing the results from
Table 3, it can be concluded that CBA has a tendency to be brighter, redder and
yellower than CBU while CBU has a tendency to be darker, bluer and greener than
CBA.
Table 3. Color results for acerola (CBA) and grape (CBU) pomace cereal bars. L* a* b*
CBA 46.01b ± 3.46 23.40a ± 1.58 7.26a ± 1.00
CBU 51.99a ± 4.48 20.47b ± 1.55 2.50b ± 0.65
Means with different letters in columns indicate significant difference (p<0.05) by F Test. Values are expressed as means±standard deviations. L* designates the lightness of the sample, 100=white and 0=black; a* (ranges from +60 to -60) indicates redness when positive, greenness when negative; b* (ranges from +60 to -60) indicates yellowness when positive, blueness when negative.
The sum of the differences of all three evaluated parameters yields to ∆E and are
equal to 6.91 (CBA) and 5.36 (CBU). Marques (2013) also produced a cereal bar
with acerola pomace flour and the ∆E between the produced bar and CBA was
4.41.
Total phenolics
The results for total phenolics and antioxidant assays are presented on Table 4. In
both cases, the results were higher for the aqueous-methanolic extracts.
CBU presented 14% more total phenols then CBA with 98 mgGAE/100g. Total
phenolics in aqueous and hydro alcoholic extracts from acerola pulp residue
where evaluated by Souza et al. (2011) and they found higher quantities of these
substances, 248 and 278 mg/100g, respectively. Córdova et al. (2012) evaluated
phenolic compounds in cereal bars made with different levels of fermented wheat
62
(Agaricus brasilensis) and found concentrations between 67 and 82 mg GAE/100g
of total phenolics.
Table 4. Total phenolics and antioxidant activity results for acerola (CBA) and grape (CBU) pomace cereal bars.
Total phenolics (mg GAE/100g)
Antioxidant activity - FRAP (µM FeSO4/g)
CBA (Aqueous)*
2.5 ± 0.7 368.9 ± 5.7
CBA (Methanol 80:20)
85.4 ± 3.3 516.6 ± 25.6
CBU (Aqueous)
2.7 ± 0.9 419.6 ± 31.3
CBU (Methanol 80:20)
97.7 ± 4.1 616.4 ± 41.7
*Extractions took place in aqueous and aqueous-methanol (80:20) solutions. Values are expressed as means±standard deviations.
Ferric Reducing Antioxidant Power (FRAP)
Observing data from Table 4, it is possible to correlate results of total phenolics
and antioxidant activity: as the concentration of total phenolics increases, so does
the antioxidant activity. In this case, the highest result was for the methanolic
extract of the grape pomace cereal bar with 616 µM FeSO4/g.
Using this same technique, Guo et al. (2003) determined the antioxidant activity of
the pulp, seeds and peel of 28 fruits commonly consumed in China and found that
seeds and peels had higher FRAP values when compared to the pulp. Henríquez
et al. (2010) evaluated different varieties of apples and also found higher FRAP
values in the peel. The variety “Red delicious” presented higher values: 210 µM
FeSO4/g and 11 mgGAE/100g of total phenolics. For the fresh acerola pulp,
Rufino et al. (2010) obtained a less expressive result, 148 µM FeSO4/g and for
Myrciaria cauliflora extract, 635 µmol FeSO4/g.
63
Sensory evaluation
The sensory evaluation was carried out with 60 panelists, where 72% were female
and 28% male. Panelists were from 18 to 63 years of age (53% ages 19-24, 25%
ages 25-44, 12% ages 45-63).
Table 5. Mean scores assigned by 60 consumers for sensory acceptance of cereal bars with acerola pomace flour (CBA) and wine grape pomace flour (CBU).
Attributes CBA CBU msd (5%)
Flavor 7.9a 7.7b 0.19
Texture 7.2b 7.9a 0.11
Appearance 8.2a 6.1b 0.28
Aroma 7.2a 6,9b 0.15
Color 8.2a 6.0b 0.30
Global Impression 7.9a 7.6b 0.13
Means with different letters in lines indicate significant difference (p<0.05) by Tukey Test. msd: minimun significant difference. Sensory attributes as determined by panelists evaluation (N=60) on a 9-point hedonic scale: 1 – dislike extremely, 5 – neither like nor dislike, 9 – like extremely.
The result for this assessment, showed on Table 5 and Figure 1, reveals that the
majority of the panelists accepted acerola and grape pomace flours in the cereal
bars. The lowest scores given by the panelists was “like slightly” for appearance
and color in CBU samples and might be attributed to the dark blue spots that the
pomace flour brought to the bar. All the other results were between “like” or “really
like” in both products. Comparing the cereal bars, the panelists preferred CBA
rather than CBU in almost all attributes and with a small difference of 0.3 points in
global impression. Texture was the only attribute that the panelists preferred in
CBU cereal bar. Aquino et al. (2010) also tested sensorially the addition of acerola
pomace flour, but in cookies, and differently from this study did not obtain good
results. The cookies with up to 20% of incorporation of acerola pomace flour had
64
all scores varying from “did not like” to “neither like nor dislike” for the attributes
appearance, aroma, flavor, texture and global impression. Klajn and Piovanesa
(2013) evaluated cereal bars with replacement of black raisins (3%) for wine grape
bagasse and, differently from this study, the panelists did not differ the cereal bar
with bagasse in the attribute appearance but differed for flavor, signalizing that the
panelists did not reject the color, but the flavor of the wine grape bagasse.
Beside the consumer acceptability, a buying intention was evaluated with the
panelists. The majority (55%) affirmed that “Definitely would buy” CBA and CBU
and the other share (45%) still had intentions to buy CBA. The only negative result
occurred for CBU where 5% of the panelists affirmed that did not have intentions
to buy the cereal bar. The incorporation of 20% acerola pomace flour in the
cookies made by Aquino et al (2010) caused a major rejection by the panelists
where 44% declared certainly not to buy the product due to the acidity and dark
color. The buying intention of the cereal bar with grape bagasse tested by Klajn
and Piovanesa (2013) did not have good results, reaching up to 46% of rejection
(not buy) and only 27% of approval (would buy).
Figure 1. Sensory evaluation scores of overall impression, flavor, texture, color, aroma and appearance of cereal bars with acerola pomace flour (CBA) and wine grape pomace flour (CBU).
Figure 2. Buying intention of the cereal bars with acerola pomace flour (CB
1
2
3
4
5
6
7
8
9
FLAVOR TEXTURE
0
10
20
30
40
50
60
70
Definetely
would not
buy
65
Sensory evaluation scores of overall impression, flavor, texture, color, aroma and appearance of cereal bars with acerola pomace flour (CBA) and wine grape pomace flour (CBU).
Buying intention of the cereal bars with acerola pomace flour (CBA) and wine grape pomace flour (CBU).
TEXTURE APPEARANCE GLOBAL
IMPRESSION
AROMA
CBA
Definetely
would not
buy
Probably
would not
buy
Might buy,
might not
buy
Probably
would buy
Definetely
would buy
CBA CBU
Sensory evaluation scores of overall impression, flavor, texture, color, aroma and appearance of cereal bars with acerola pomace flour
Buying intention of the cereal bars with acerola A) and wine grape pomace flour (CBU).
COLOR
CBU
66
CONCLUSION
The incorporation of 2.5% of acerola and grape pomace flours provided dietary
fiber, vitamin C, minerals (Ca,K), phenolic compounds and antioxidant activity in a
cereal bar made with a mixture of collagen and sugars as binding agents. Equally
important, the use of these pomaces did not compromise sensorially the product.
Consumer acceptability results indicated that the cereal bars were very well
accepted and the attributes color and appearance of the grape pomace were the
most critical factor according to the panelists. The cereal bar with acerola pomace
may be considered as a fiber source according to Brazilian legislation. The residue
incorporation enabled the production of natural flavored products with enhanced
nutritional and functional characteristics.
Therefore, the use of pomaces of acerola and wine grapes as ingredients is
promising and can be a market claim for customers that demand for healthy and
sustainable products.
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71
CONCLUSÕES
A substituição parcial da sacarose por colágeno em concentrações de até
8% da formulação da barra de cereais permitiu a produção de um produto com
menor teor de açúcar, com características de textura e estabilidade similares a
barra controle e com boa aceitação sensorial.
O colágeno possibilitou o aumento do teor de proteínas e a redução dos
açúcares e carboidratos totais. A barra de cereal desenvolvida atendeu aos
padrões microbiológicos da legislação Brasileira.
A incorporação de resíduos de acerola e uva em uma concentração de
2,5% enriqueceu funcionalmente as barras de cereais, que apresentaram teores
de fibras, respectivamente, iguais a 9 e 7 g/100g; proteínas, 17 g/100g; vitamina
C, 22 e 6 mg/100g; cálcio, 80 e 180 mg/100g; potássio, 108 e 236 mg/100g;
fenólicos totais, 85 e 98 mgGAE/100g e atividade antioxidante, 516 e 616 µM
FeSO4/g. A barra de cereal com acerola pode ser considerada como fonte de
fibras e 100g do produto fornecem 48% da IDR para vitamina C de acordo com a
legislação brasileira.
Ambas as barras apresentaram escores “gostei” e “gostei muito” para todos
os atributos avaliados mostrando que os provadores aceitaram a incorporação
dos bagaços de acerola e uva.
Portanto, a utilização de peptídeos de colágeno e bagaço de acerola e uva
em barras de cereais possibilitou a produção de um produto saborizado, saudável
e funcional. Além disso, o reaproveitamento de resíduos agroindustriais pode ser
uma “alegação de mercado” para consumidores que demandam por produtos
saudáveis e sustentáveis.
72
ANEXO A - FIGURAS
Figura 1. Três fases de preparo do bagaço de uva. (a) Folhelho, grainhas e engaço desidratados (b) Folhelho após separação manual (c) Triturado e peneirado.
Figura 2. Bagaço de acerola antes e depois da desidratação.
Figura 3. Preparo da calda com agentes ligantes e bagaço de uva
(a) (b) (c)
73
Figura 4. Barra de cereal em forma retangular e após o corte.