Resumo
Biosynthesis is the only source of potato starch which is an important raw material for food processing, modified starch and biomass energy. However, it is not clear about the evolution of starch synthesis with tuber development in potato. The present study evaluated the differences of starch synthesis and gelatinization properties of potato tubers with different starch content. Relative to cultivars of medium and low starch content, cultivars of high starch content showed significantly higher SBEII gene expression, AGPase and SSS enzyme activity, and total starch content after middle stage of starch accumulation, and had smaller average starch granule size during whole process of tuber development, and had higher pasting temperature before late stages of tuber growth, and had lower pasting temperature after middle stage of starch accumulation. Path analysis showed that, after middle stage of starch accumulation, effects on starch gelatinization of cultivars with high, medium and low starch content represented starch synthesis enzyme activity > starch accumulation > starch granule distribution > starch synthesis enzyme gene expression, starch synthesis enzyme gene expression > starch synthesis enzyme activity > starch accumulation > starch granule distribution, starch synthesis enzyme gene expression > starch granule distribution > starch synthesis enzyme activity > starch accumulation, respectively. In the study, phases existed in the starch biosynthesis of potato tuber, and the starch quality and its formation process were different among varieties with different starch content. The findings might contribute to starch application and potato industries.
A biossíntese é a única fonte de amido de batata que é uma importante matéria-prima para o processamento de alimentos, amido modificado e energia de biomassa. No entanto, não está claro sobre a evolução da síntese do amido com o desenvolvimento do tubérculo na batata. O presente estudo teve como objetivo avaliar as diferenças nas propriedades de síntese e gelatinização do amido de tubérculos de batata com diferentes teores de amido. Em relação às cultivares de médio e baixo teor de amido, as cultivares de alto teor de amido apresentaram expressão do gene SBEII, atividade enzimática AGPase e SSS e teor de amido total significativamente maiores após o estágio intermediário de acúmulo de amido, bem como menor tamanho médio dos grânulos de amido durante todo o processo de desenvolvimento do tubérculo, maior temperatura de colagem antes dos estágios finais de crescimento do tubérculo e menor temperatura de colagem após o estágio intermediário de acúmulo de amido. A análise de trilha mostrou que, após o estágio intermediário de acúmulo de amido, os efeitos na gelatinização do amido de cultivares com alto, médio e baixo teor de amido representaram a atividade da enzima de síntese de amido> acúmulo de amido> distribuição de grânulos de amido> expressão gênica de enzima de síntese de amido; expressão gênica de enzima de síntese de amido > atividade da enzima de síntese de amido> acúmulo de amido> distribuição de grânulos de amido; expressão gênica da enzima de síntese de amido> distribuição de grânulos de amido> atividade de síntese de amido> acúmulo de amido, respectivamente. No estudo, as fases existentes na biossíntese do amido do tubérculo de batata, e a qualidade do amido e seu processo de formação foram diferentes entre as variedades com diferentes teores de amido. As descobertas podem contribuir para a aplicação de amido e as indústrias de batata.
Assuntos
Solanum tuberosum/genética , Solanum tuberosum/química , Expressão Gênica , Amidos e FéculasResumo
A extrusão é um processo complexo que emprega elevada temperatura, pressão e umidade, que modifica as estruturas do alimento, alterando seu valor nutricional, vida útil e características sensoriais. Estudou-se a relação entre características da matériaprima, do processamento industrial e do produto acabado, sobre a digestibilidade in vitro, gelatinização do amido e na caracterização das alterações de macromoléculas através da técnica Espectroscopia no Infravermelho por Transformada de Fourier acoplado Reflexão Total Atenuada (FTIR-ATR) em alimentos extrusados para cães e gatos. Para isto, registrou-se dados do processamento de 68 amostras de alimentos secos extrusados para cães e gatos, dados esses referentes às configurações de software e hardware e parâmetros de secagem. Além de dados de processo, também foram coletados amostras de produtos antes da extrusão (Raw material RW), diretamente do moinho e na saída do secador sem cobertura de óleo, considerado como produto acabado (Extrused Ex), referente a 11 diferentes alimentos comerciais completos para cães jovens, cães adultos e gatos adultos. A digestibilidade in vitro da matéria orgânica (DIVMO) e o teor de gelatinização foram consideradas variáveis dependentes para a análise estatística e as demais variáveis como medidas de composição e processamento foram consideradas variáveis independentes. Estas últimas foram submetidas à análise fatorial comum (AFC) e, posteriormente, agrupadas. Dentre os seis componentes principais (CP) que foram formados, os componentes relacionados à energia térmica (30,13%), produtividade (20,37%) e à composição bromatológica (11,69%) tiveram maior impacto na DIVMO. A DIVMO foi dividida em três clusters hierárquicos, sendo: baixa (726 g/kg), média (803 g/kg) e alta (842 g/kg) digestibilidade. Para a gelatinização do amido foi utilizado os mesmos componentes principais e foram formados quatro clusters hierárquicos, sendo: baixa gelatinização (83%), moderada (87%), alta (92%) e muito alta (95%), significativamente diferentes entre si (p<0,0001). Quanto para as modificações estruturais, as principais diferenças foram detectadas por meio de análise multivariada dos espectros, sendo que a região pertencente aos ácidos graxos e ligações de ésteres entre glicerol e ácidos graxos registraram maior variabilidade amostral na região espectral de 3040 a 2800 cm-1 e o pico em 1743 cm-1 (C=O), respectivamente. Além disso, as proteínas, representadas por amida I e amida II, localizadas na região entre 1700 e 1600 cm-1 e 1600 a 1500 cm-1, variam de forma menos intensa, seguido das bandas de polissacarídeos que se encontram sobrepostos entre 1180 e 953 cm-1. Apesar da formulação dos alimentos se basearem na mistura de ingredientes e composição bromatológica, neste estudo ficou evidente a importância do processamento industrial em relação à DIVMO e na gelatinização, especialmente em relação à energia térmica. Os resultados obtidos através da técnica de FTIR mostrou que essa é promissora como metodologia a ser utilizada para detectar as alterações ocorridas pelo processamento, sendo que as modificações espectrais observadas podem estar associadas à oxidação de lipídeos e proteínas, mudanças conformacionais das proteínas e processos de complexação entre lipídeos proteínas e carboidratos.
Extrusion is a complex process that uses high temperature, pressure and humidity, which modifies the food structures, changing its nutritional value, shelf life, and sensorial characteristics. The relationship between the characteristics of the raw material, industrial processing, and finished product, on in vitro digestibility, starch gelatinization, and macromolecule alterations through the coupled Fourier Transform Infrared Spectroscopy technique. (FTIR-ATR) in extruded food for dogs and cats was evaluated. For this, processing data of 68 samples of dogs and cats extruded dry food were recorded, data referring to software and hardware configurations and drying parameters. In addition to process data, product samples were also collected before extrusion (raw material "RW"), directly from the mill and at the dryer outlet, without oil cover, considered as a finished product (Extrused "Ex"), referring to 11 different complete commercial food for young and adult dogs and adult cats. The in vitro digestibility of organic matter (IVDOM) and the gelatinization content were considered dependent variables for statistical analysis and the other variables as composition and processing measures were considered independent variables. The latter were subjected to common factor analysis (CFA) and subsequently grouped. Among the six main components (MC) that were formed, the components related to thermal energy (30.13%), productivity (20.37%) and chemical composition (11.69%) had the highest impact on IVDOM. IVDOM was divided into three hierarchical clusters, being: low (726 g/kg), medium (803 g/kg) and high (842 g/kg) digestibility. For starch gelatinization the same main components were used, and four hierarchical clusters were formed, being: low gelatinization (83%), moderate (87%), high (92%) and very high (95%), significantly different from each other (p <0.0001). As for structural modifications, the main differences were detected through multivariate analysis of the spectra, with the region belonging to the fatty acids and ester linkages between glycerol and fatty acids registering a higher sample variability in the spectral region from 3040 to 2800 cm- 1 and the peak at 1743 cm- 1 (C = O), respectively. In addition, the proteins, represented by amide I and amide II, located in the region between 1700 and 1600 cm- 1 and 1600 to 1500 cm- 1, vary less intensely, followed by the polysaccharide bands that overlap between 1180 and 953 cm- 1. Although the formulation of the food is based on the mixture of ingredients and chemical composition, in this study it became evident the importance of industrial processing in relation to DIVMO and gelatinization, especially in relation to thermal energy. The results obtained through the FTIR technique showed that it is promising as a methodology to be used to detect the changes occurred by the processing, and the observed spectral changes may be associated with the oxidation of lipids and proteins, conformational changes of proteins and complexation processes between lipids, proteins and carbohydrates
Resumo
Este estudo teve como objetivo avaliar diferentes condições de extrusão, temperatura e umidade de ração padrão contendo amido de milho e farinha de peixe como macro nutrientes, bem como as propriedades físico-químicas e tecnológicas dos extrusados além da avaliação de digestibilidade aparente em tilápias do Nilo. A melhor condição de extrusão foi estabelecida utilizando delineamento composto central rotacional com temperatura de saída (92 138°C) e umidade (15 39%) como variáveis independentes, e flutuabilidade e teor de amido disponível como resposta. Através deste planejamento experimental, foram realizados 11 testes. O maior teor foi encontrado no experimento 1, no qual empregou-se 100°C como temperatura de saída e 15% de umidade. Através das imagens obtidas pela microscopia eletrônica de varredura, nota-se a presença de poros de diferentes tamanhos, com predominância de poros de diâmetro pequeno, indicando boa expansão e desenvolvimento do amido. Posteriormente, foram determinados os coeficientes de digestibilidade aparente da matéria seca (MS), proteína bruta (PB), matéria mineral (MM), matéria orgânica (MO) e extrato etéreo (EE) de duas dietas, uma na forma extrusada e outra, peletizada para exemplares de tilápias do Nilo, sendo ambas dietas com mesma composição nutricional. Foram avaliados índices digestivos e atividades de enzimas digestivas. Doze exemplares de tilápias do Nilo foram distribuídos aleatoriamente em seis incubadoras (200 L), o delineamento experimental foi o inteiramente casualizado, com dois tratamentos e três repetições. Os dados foram submetidos a análise de variância e as médias comparadas pelo teste t de Student (P<0,05). Não houve diferença estatística nos parâmetros avaliados, exceto na composição centesimal das rações (MS, MM e EE) e fezes (PB), e o coeficiente de digestibilidade aparente de extrato etéreo. Em suma, ambas as dietas, tanto extrusadas quanto peletizadas usando os mesmos procedimentos empregados podem ser utilizadas para tilápias do Nilo, não interferindo nos parâmetros avaliados. Vale enfatizar que o processo de extrusão, nas condições testadas, melhorou a digestibilidade da proteína, reduzindo a excreção deste nutriente através das fezes em comparação à dieta peletizada.
This study aimed to evaluate different extrusion conditions, temperature and humidity of standard feed containing corn starch and fish meal as macro nutrients, as well as the physical-chemical and technological properties of the extrudates in addition to the evaluation of apparent digestibility in Nile tilapia. . The best extrusion condition was established using a central rotational composite design with outlet temperature (92 - 138 ° C) and humidity (15 - 39%) as independent variables, and buoyancy and available starch content as an answer. Through this experimental planning, 11 tests were carried out. The highest content was found in experiment 1, in which 100°C was used as the outlet temperature and 15% humidity. Through the images obtained by scanning electron microscopy, the presence of pores of different sizes is noted, with a predominance of pores of small diameter, indicating good expansion and development of starch. Subsequently, the apparent digestibility coefficients of dry matter (DM), crude protein (CP), mineral matter (MM), organic matter (OM) and ether extract (EE) of two diets were determined, one in extruded form and the other, pelleted for Nile tilapia specimens, both diets with the same nutritional composition. Digestive indexes and digestive enzyme activities were evaluated. Twelve specimens of Nile tilapia were randomly distributed in six incubators (200 L), the experimental design was completely randomized, with two treatments and three replications. The data were subjected to analysis of variance and the means compared by Student's t test (P<0.05). There was no statistical difference in the parameters evaluated, except in the centesimal composition of the diets (DM, MM and EE) and feces (CP), and the apparent digestibility coefficient of ether extract. In short, both diets, both extruded and pelleted using the same procedures employed, can be used for Nile tilapia, without interfering with the evaluated parameters. It is worth emphasizing that the extrusion process, under the conditions tested, improved the digestibility of the protein, reducing the excretion of this nutrient through the feces compared to the pelleted diet.
Resumo
O amido é o nutriente responsável por aglutinar e expandir o pélete durante a gelatinização, que ocorre no processo de extrusão de ração. A qualidade e quantidade de amido dos ingredientes vegetais podem afetar a qualidade física dos péletes. O objetivo desse estudo foi avaliar a qualidade física de rações extrusadas formuladas com diferentes ingredientes vegetais. Foram formuladas cinco rações isoproteicas com 28% de PB e isoenergéticas com 3.506 kcal de EB/kg conforme as necessidades nutricionais do tambaqui (Colossoma macropomum) durante a fase de engorda, variando a fonte de amido: amido de milho, crueira de mandioca, arroz moído, milho moído e farinha de trigo. Todas as misturas foram extrusadas em extrusora monorosca com temperaturas de 60 ºC da água do barril (pré-condicionador) e 100 ºC do canhão. Os péletes foram analisados quanto ao teor de umidade (U), densidade aparente (DA), flutuabilidade (F), taxa de expansão (TE), índice de absorção de água (IAA), índice de solubilidade em água (ISA), resistência a água (RA), índice de durabilidade (IDP) e microestrutura. O maior teor de umidade foi observado nas rações contendo crueira de mandioca, farinha de trigo e amido de milho, 25,22, 24,60, 23,90%, respectivamente. A ração com milho moído apresentou maior DA de 363,35 e o menor foi observado para crueira de mandioca 306 g/l. A TE para arroz moído foi de 89,03, farinha de trigo com 75,84, crueira de mandioca 66,08, amido de milho 65,67 e milho moído 62,51%. Os valores de DA e TE garantiram 100% de flutuabilidade dos péletes de todas as rações, confirmados pelas várias câmaras de ar presentes nas fotomicrografias de varredura dos péletes. Para IAA, as rações com milho moído e crueira de mandioca apresentaram as maiores médias com 7,10 e 6,51%, respectivamente. Os valores de ISA, RA e IDP se mantiveram similares ao redor de 1,48, 84,51 e 99,72% demonstrando que as fontes de amido gelatinizaram e aglutinaram todos os componentes das rações, permitindo que os péletes mantivessem suas integridades físicas na água. Apesar das diferenças entre algumas variáveis, todas as rações apresentaram alta qualidade física dos péletes. Em especial, a crueira de mandioca se apresenta como um ingrediente potencial para formulação de rações para tambaqui na Amazônia, devido a sua alta disponibilidade e baixo custo.
Starch is the nutrient responsible for agglutinating and expanding the pellet during gelatinization, which occurs in the aquafeed extrusion. The quality and quantity of starch in ingredients can affect the pellets physical quality. The aim of this study was to evaluate the physical quality of extruded feed formulated with different vegetable ingredients. Five isoproteic diets (28% CP) and isoenergetics (3,506 kcal GE/kg) were formulated according to meet the nutritional requeriments of tambaqui (Colossoma macropomum) during the fattening phase, varying the starch source: ground corn, cassava, ground rice, corn and wheat flour. The ingredients of each diet were extruded in a single-screw extruder with water at 60 ºC from the barrel (preconditioner) and extruding chambre at 100 ºC. Pellets were analyzed for moisture content (MC), bulk density (BD), floatability (F), expansion ratio (ER), water absorption index (WAI), water solubility index (WSI), stability water (WS), pellet durability index (PDI) and pellet microstructure. The highest moisture content was observed in cassava pellets, wheat flour and corn starch, 25.22, 24.60, 23.90%, respectively. The ground corn pellets showed a higher BD of 363.35 and the lowest was observed for 306 g/l cassava pellets. The ER for rice ground was 89.03, wheat flour 75.84, cassava 66.08, corn starch 65.67 and ground corn 62.51%. The values of BD and ER guaranteed 100% buoyancy of all diets pellets, confirmed by the various air chambers present in the scanning photomicrographs of the pellets. For WAI, the rations with ground corn and cassava presented the highest averages with 7.10 and 6.51%, respectively. WSI, WS and PDI values remained similar 1.48, 84.51 and 99.72% demonstrating that the starch sources gelatinized and agglutinated all ingredients of the feeds, allowing the pellets to maintain their physical integrity in the water. Despite the differences between some variables, all extruded feeds showed high pellet physical quality. In particular, cassavas a potential ingredient for tambaqui feed f in the Amazon due to its high availability and low cost.
Resumo
A adição de água é uma das variáveis que otimiza o processo de extrusão, uma vez que favorece o umedecimento dos ingredientes e transferência de calor, proporcionando o cozimento adequado; ocasiona mudanças na viscosidade e nas características macroestruturais dos kibbles reduzindo o desgaste da rosca extrusora; e se adicionada em quantidades suficientes, diminui a taxa de ocorrência da reação de Maillard. Apesar de sua importância, não se localizaram estudos sobre os melhores intervalos de umidade de processamento para a produção de rações para gatos. O objetivo deste trabalho foi avaliar os efeitos da umidade da massa no canhão da extrusora sobre os parâmetros de processamento, macroestrutura dos kibbles, balanço de massa e energia, gelatinização do amido e teor de lisina reativa em alimentos extrusados para gatos. Uma fórmula padrão para gatos foi extrusada, e durante o processo de extrusão foram adicionadas seis diferentes quantidades de água no canhão extrusor, correspondendo as umidades da massa de 22%, 27%, 30%, 32%, 35% e 37% (tratamentos). O alimento foi produzido em extrusora de rosca simples e as condições de processamento foram estabilizadas para a dieta 22%, não sendo alteradas para as demais dietas. Os parâmetros registrados foram a temperatura do pré-condicionador, temperatura, pressão e produtividade da extrusora. Amostras de ração foram coletados a cada 15 minutos na saída da extrusora, sendo considerado cada coleta uma unidade experimental. A energia mecânica específica e a energia térmica específica, transferidas à massa, foram calculadas de acordo com Riaz (2007). A lisina reativa foi avaliada pelo método da O-metilisoureia (Moughan e Rutherfurd, 1996). Os dados obtidos foram submetidos à análise de variância (ANOVA) e as médias comparadas por contrastes polinomiais (P<0,05). A adição de água aumentou a umidade de processamento de forma linear (P<0,001), o que resultou em diminuição da pressão e temperatura de extrusão, redução quadrática da aplicação de energia mecânica específica (EME) (P<0,001), redução quadrática na densidade aparente e específica, e na expansão radial e longitudinal (P<0,01), sem alterar a força de ruptura e a gelatinização do amido das dietas. Houve ainda um aumento da lisina ligada, indicando maior complexação do aminoácido (P<0,001). Conclui-se que uma elevada umidade da massa no canhão leva à uma redução da EME, da temperatura, da pressão, da gelatinização do amido, explicado pelo aumento da fluidez da massa e consequente reduz do cisalhamento. Por outro lado, a baixa umidade da massa reduziu a expansão, a temperatura e o flash-off ou vaporização da água, fenômeno chave na formação celular e expansão do extrusado.
The addition of water is one of the variables that maximizes the extrusion process, since it favors the hydration of the ingredients and the heat transfer, providing a proper cooking; it also causes changes in the viscosity and macrostructural characteristics of the kibbles, reducing the wear of the extruder thread; if added in sufficient amounts it decreases the occurrence of Maillard reaction. Despite their importance, there are no studies evaluating the best processing moisture ranges for the production of cat food. The objective of this work was to evaluate the effects of the in-barrel moisture on the processing parameters, kibble macrostructure, mass and energy balance, starch gelatinization and reactive lysine content of extruded foods for cats. A standard formula for cats was extruded, and during the extrusion process six different amounts of water were added to the extruder barrel, corresponding to the moistures of22%, 27%, 30%, 32%, 35% and 37% (treatments).The feed was extruded in a single screw extruder and the processing conditions were stabilized for the 22% diet, they were not changed for the other diets. The productivity, pressure and temperatures of the conditioner and of the extruder were recorded. Feed samples were collected every 15 minutes at the end of the extruder, each sample was considered an experimental unit. The specific mechanical energy and specific thermal energy transferred to the mass were calculated according to Riaz (2007). The reactive lysine was evaluated by the O-methylisourea method (Moughan and Rutherfurd, 1996). The data were submitted to analysis of variance (ANOVA) and the means were compared by polynomial contrasts (P <0.05). Addition of water linearly increased the processing moisture (P <0.001), which resulted in a decrease in extrusion pressure and temperature, quadratic reduction of specific mechanical energy application (P <0.001), quadratic reduction in density apparent and specific, radial and longitudinal expansion (P <0.01), without altering the breaking strength and the starch gelatinization of the diets. There was also an increase in the bound lysine indicating greater amino acid complexation (P <0.001). It is concluded that an increase in in-barrel moisture leads to a reduction in the EME, the temperature, the pressure, the starch gelatinization, explained by the increase of the fluidity mass and consequent reduction of the shear. On the other hand, a low in-barrel moisture reduced expansion, a temperature and flash off, a key phenomenon in the cell formation and expansion of the extrudate.
Resumo
O uso generalizado da tecnologia de extrusão em alimentos para cães deve-se ao fato desta promover mudanças físicas e químicas no ingrediente tornando possível seu uso na alimentação animal. Estas mudanças ocorrem principalmente devido a aplicação de energia térmica especifica (ETE) e energia mecânica especifica (EME) aplicada ao processo de extrusão. Diversos estudos evidenciam o uso e a quantidade de EME para o adequado processamento de alimentos, contudo, ainda se desconhecem as diferenças nutricionais e a influência na macroestrutura dos kibbles resultantes do cozimento por ETE em relação a aqueles obtidos pela aplicação de EME. Desta forma, os objetivos deste estudo foram avaliar a aplicação de seis quantidades de energia térmica específica (ETE) no pré-condicionador, em dois sistemas de extrusão, sobre os parâmetros de processo, a gelatinização do amido, a macroestrutura dos kibbles, a digestibilidade in vitro e in vivo de alimento para cães e produtos da fermentação microbiana no cólon. O estudo foi dividido em dois experimentos. O primeiro experimento avaliou o efeito da aplicação de ETE em dois sistemas de extrusão sobre os parâmetros de processo e a partir destes resultados, as dietas que apresentaram maior variação em relação ao cozimento do amido foram utilizadas para o segundo experimento que avaliou a digestibilidade, produtos da fermentação e palatabilidade de rações para cães. Uma dieta padrão para cães adultos em manutenção foi formulada de acordo com as recomendações nutricionais do Fédération Européenne de I´industrie des Aliments pour Animaux Familiers (FEDIAF, 2014). As rações foram produzidas em extrusora Wenger X-20 (extrusora A) e extrusora Manzoni Mex-250 (extrusora B) por meio da modulação de adição de água e vapor para obtenção das temperaturas desejadas que corresponderiam a aplicação de seis ETE (Temperaturas: 45ºC; 55ºC; 65ºC; 75ºC; 85ºC; 95ºC). Para o primeiro experimento foi utilizado um delineamento inteiramente casualizado, em esquema fatorial 6 (ETE) x 2 (extrusora) com 12 tratamentos e 4 repetições (amostra de ração coletada a cada 10 minutos durante o tempo de processamento) por tratamento. Para o segundo experimento, 36 cães adultos foram divididos em seis tratamentos, o experimento seguiu um delineamento em blocos casualizado, com 3 blocos de 12 animais cada e duas repetições por bloco. As variáveis de processo estudadas foram ETE, EME, energia especifica total (EET), relação ETE/EME e pressão da saída da extrusora. As variáveis para avaliação da macroestrutura do kibble foram gelatinização do amido (GA) da massa do condicionador e do produto seco, digestibilidade in vitro da matéria orgânica, comprimento especifico, taxa de expansão radial, densidade aparente e densidade especifica. A digestibilidade dos nutrientes e a palatabilidade do alimento foram avaliados nos alimentos produzidos na extrusora B devido a maior amplitude dos resultados de gelatinização do amido. Os dados de processo e macroestrutura foram submetidos a análise de variância, considerando-se os efeitos de extrusora, ETE e suas interações, sendo as médias comparadas por contrastes polinomiais (P<0,05). Os dados do segundo experimento foram submetidos a análise de variância considerando-se os efeitos de ETE e bloco e as médias comparadas por contrastes polinomiais (P<0,05). Houve interação entre extrusora e ETE para umidade na massa no precondicionador e umidade no canhão da extrusora. Não houve efeito de interação para a produtividade do pré-condicionador e extrusora. Houve efeito quadrático em ambas as extrusoras para temperatura da massa antes da matriz e relação ETE/EME, sendo que a aplicação de ETE elevou os valores. A amperagem e pressão na saída da extrusora reduziram quadraticamente, enquanto que não houve efeito de interação para SME, ETE, EET. Houve efeito de extrusora para EME e EET, a extrusora A apresentou os maiores valores. Houve efeito de ETE para EME e EET, a EME reduziu linearmente com a aplicação de ETE e as demais energias aumentaram linearmente. Houve interação entre extrusora e ETE para todas as características de macroestrutura. A densidade especifica e a taxa de expansão radial reduziram quadraticamente nos dois sistemas de extrusão com a aplicação de ETE. O comprimento especifico apresentou comportamento quadrático para a extrusora B, sendo que o menor comprimento especifico foi verificado a temperatura de 74,4 ºC, não ocorrendo o mesmo para a extrusora A. A densidade aparente reduziu linearmente nas duas extrusoras com o aumento de ETE, e a extrusora A apresentou os menores valores em todas as temperaturas estudadas. A GA da massa do pré-condicionador aumentou quadraticamente para as duas extrusoras. A GA do produto seco aumentou quadraticamente para a extrusora A e linearmente para a extrusora B com o aumento da ETE. Ocorreu aumento linear da digestibilidade in vitro em ambas as extrusoras, sendo que os valores da extrusora B foram maiores. Não foi verificado alteração para a palatabilidade, qualidade fecal, digestibilidade in vivo dos nutrientes e produtos da fermentação com a aplicação de ETE. A aplicação de ETE no pré-condicionador parecer ter mais efeito sobre a macroestrutura dos kibbles e parâmetros de processo de alimentos para cães do que sobre a digestibilidade de nutrientes e qualidade fecal. Porém, mais estudos são necessários para avaliar a ETE em outras condições de extrusão.
The generalized use of extrusion in pet food is due to the modification of the physical and chemical characteristics of the ingredient, which make possible its use in animal food. These changes occur mainly due to the application of specific thermal energy (STE) and specific mechanical energy (SME) to the extrusion process. Several studies demonstrate the suitable use and quantity of SME for proper pet food processing, however, there are no information about the STE application to the conditioner on the nutritional differences and its influences on the macrostructure of kibbles of dog food. Thus, the objectives of this study were to evaluate the application of six amounts of specific thermal energy (STE) in the preconditioner, in two extrusion systems, on the process parameters, starch gelatinization, macrostructure of kibbles, in vitro and in vivo digestibility and fermentation products of dog food. The study was divided in two experiments. The first experiment evaluated the effect of STE application in two extrusion systems on process parameters and from these results, the diets with higher amplitude of starch cooking were used for the second experiment, which evaluated the digestibility, fermentation products and palatability of dog food. A standard diet for adult dogs in maintenance was formulated according to the nutritional recommendations of the Fédération Européenne de I'industrie des Aliments pour Animaux familiers (FEDIAF, 2014). The diets were produced in the extruder Wenger X-20 (extruder A) and extruder Manzoni Mex-250 (extruder B) by the modulation of water and steam addition to reach the desired temperatures which correspond to application of six STE (temperatures: 45°C, 55°C, 65°C, 75°C, 85°C, 95°C). For the first experiment, a completely randomized design in a factorial arrangement of treatments 6 (STE) x 2 (extruder) was used, totaling 12 treatments and 4 replications (feed sample collected every 10 minutes during the processing time) for treatment. For the second experiment, 36 adult dogs were divided into six treatments, the experiment followed a randomized block design with three blocks of 12 animals each and two repetitions per block. The studied processing variables were STE, SME, total specific energy (TSE), STE/SME ratio, motor load and the extruder output pressure. The variables for the evaluation of the macrostructure of the kibble were starch gelatinization (SG) of the dough from the conditioner and the dried product, in vitro digestibility, specific length, radial expansion ratio, bulk density and piece specific density. The digestibility of nutrients, fermentation products and food palatability were evaluated in the foods produced in the extruder B due to the higher range of the results of the SG. For the first experiment the effects of extruder, STE and their interactions were considered, and the means were compared by polynomial contrasts (P <0.05). The second experiment data were submitted to analysis of variance considering the effects of STE and block and means compared by polynomial contrasts (P <0.05). There was interaction between extruder and STE for preconditioner discharge mass moisture and in-barrel moisture. No significant effects of interaction were verified for productivity from the preconditioner and extruder. There was a quadratic effect on both extruders for mass temperature before the die and STE/SME ratio; the application of STE increased the values. The motor load and pressure showed a quadratic reduction in both extruders, while there were no interaction effect for SME, STE and TSE. There was extruder effect for SME and TSE, the extruder A showed the highest values. There was STE effect for SME, STE and TSE, the SME linearly reduced with the application of STE and STE and TSE increased linearly. There was interaction between extruder and STE for all the macrostructure traits. The piece specific density and radial expansion rate had a quadratic reduction in both extrusion systems with the application of STE. The specific length had a quadratic behavior in extruder B, and the lowest specific length was verified at temperature of 74.4°C, which did not occur with extruder A. The bulk density had a linear decrease with increasing STE, independent on the extruders; the extruder A showed the lowest values at the studied temperatures. The SG of the dough from conditioner had a quadratic augment in both extruders. The SG of the dried product showed a quadratic and linear increase in extruder A and B, respectively, with increasing the STE. There was a linear increase for in vitro digestibility in both extruders, with higher values for extruder B. There were no significant effects on palatability, fecal quality, nutrients digestibility and fermentation products, except for starch digestibility that reduced linearly with the application of STE. The application of STE into preconditioner seems to have more effect on the macrostructure of kibbles and pet food process parameters than on nutrient digestibility and fecal quality. However, more studies are needed to better understand the STE in other extrusion conditions.
Resumo
A eficiência do processo de extrusão está diretamente relacionada à energia total transferida para a massa de ração. Extrusoras de rosca simples usualmente implementam ao redor de 20kWh/ton de energia mecânica específica (EME), mas menos se conhece à respeito da implementação de energia térmica específica (ETE) e das implicações da relação entre ETE:EME no processamento de alimentos para cães e gatos. O presente estudo avaliou os efeitos da implementação de três relações entre ETE:EME sobre a macroestrutura dos estrusados, gelatinização do amido, perda de nutrientes, digestibilidade dos nutrientes e palatabilidade de alimentos para cães e gatos. Para cada espécie, o experimento incluiu uma formulação processada de modo a se obter 3 relações ETE:EME, totalizando 3 dietas por espécie. A digestibilidade dos nutrientes foi estudada com 18 cães ou 18 gatos, pelo método de coleta total de fezes. A palatabilidade das dietas foi comparada pelo método de duas vasilhas, com no mínimo 30 animais por comparação. Os dados obtidos foram submetidos a análise de variância e comparados pelo teste de Tukey (P<0,05). Foi possível a produção de rações com diferentes EME (8, 20 e 30 kWh/t) e relações ETE:EME, mas com energia específica total próximas. Estas apresentaram mesma densidade aparente, gelatinização do amido e teor de amido resistente. Fornecidas aos animais, tiveram digestibilidade dos nutrientes e da energia semelhantes, resultaram em produção e características das fezes semelhantes e também não alteram a concentração de produtos da fermentação nas fezes. Houve, no entanto, maior complexação de gordura à medida que se aplicou mais EME nos produtos (P<0,05). Cães e gatos apresentaram menor consumo da ração com 30 kWh/t, em comparação às demais (P<0,05). Cães preferiram ainda a ração com 20 em detrimento da com 8 kWh/t (P<0,05), enquanto para gatos estas últimas tiveram consumo semelhante. Após a extrusão houve aumento do teor de alguns aminoácidos e redução média de 55% de seu teor de selênio (P<0.05). Concluiu-se que diferentes relações entre EME e ETE podem ser aplicadas na produção de rações para cães e gatos, havendo suficiente transferência de energia específica total e cozimento do amido, a digestibilidade dos nutrientes e produtos de fermentação nas fezes não se alteram. Aminoácidos são compostos químicos estáveis ao processos de extrusão, enquanto importante volatilização de selenito de sódio pode ocorrer. A aplicação de ETE e EME influi marcadamente na palatabilidade dos alimentos para cães e gatos, aspecto que merece maiores estudos. O uso de sorgo na alimentação de cães apresenta benefícios potenciais em relação ao emprego de milho, incluindo ação antioxidante dos taninos, menor resposta pós-prandial de glicose e insulina e redução da dependência de milho na alimentação animal. Sorgo, no entanto, parece apresentar menor digestibilidade e palatabilidade e requerer melhor processamento em relação ao milho, no entanto estudos sobre processamento do sorgo não estão disponíveis para alimentos extrusados para cães. Dois experimentos foram conduzidos, o experimento 1 avaliou a influência da granulometria da matéria prima e o experimento 2 diferentes implementações de energia mecânica específica e energia térmica específica em formulações à base de sorgo vermelho e sorgo branco, nos dois experimentos foram avaliadas as características de processamento, macroestrutura dos extrusados, gelatinização do amido e digestibilidade in vitro da matéria orgânica (DIVMO). Cada experimento seguiu esquema 2 (duas variedades de sorgo: sorgo vermelho e sorgo branco) x 3 (três processamentos das variedades de sorgo) de tratamentos mais 2 controles (formulações à base de milho ou arroz) totalizando 8 rações. No experimento 1 os tratamentos do sorgo foram três moagens distintas, com peneiras com crivos de 0.51mm, 0.84mm e 1.65mm. No experimento 2 os tratamentos do sorgo foram a implementação de três relações entre energia mecânica específica (EME) e energia térmica específica (ETE) durante a extrusão. Em cada experimento os dados foram avaliados em esquema fatorial 2 x 3 + 2 de tratamentos, em delineamento inteiramente casualizado. A unidade experimental foi considerada a amostragem no tempo, com intervalo de 15 minutos, sendo no mínimo 4 por tratamento. Foi verificado que sorgo vermelho e branco moídos em tela de 0,51mm levaram à maior consumo de EME durante a extrusão, aumentando a energia específica total implementada. Com isto os índices de gelatinização do amido e a DIVMO ficaram semelhantes aos controles milho e arroz moídos a 0,84mm. Redução linear na gelatinização do amido e DIVMO foram verificadas para os dois sorgos, em função do aumento do tamanho de partículas (r2=0.98; P<0.01). Alterações à macroestrutura incluíram redução da expansão e aumento da densidade do extrusado com o aumento do tamanho de partículas (P<0,05). No experimento 2, as diferentes aplicações de EME e ETE não alteraram a gelatinização do amido nem a macroestrutura das rações à base de sorgo vermelho, que apresentaram características próximas à do arroz e do milho. Já as rações à base de sorgo branco apresentaram reduzida gelatinização do amido, menor expansão longitudinal e radial e maior densidade específica e aparente (P<0,05), independentemente das aplicações de EME e ETE. Concluiu-se que o tamanho geométrico de partículas é fundamental para a gelatinização e DIVMO de rações à base de sorgo, que requer menor tamanho de partículas para ter estas características semelhantes à dietas à base de milho e arroz. Diferentes relações entre EME e ETE não influenciam de modo significativo a macroestrutura e cozimento de rações à base de sorgo. Sorgo branco demonstrou ser mais difícil de ser processado, resultando em rações com menor expansão e cozimento.
The efficiency of the extrusion process is directly related to the total energy transferred to the dough feed. Single screw extruders usually implement around 20kWh / ton of specific mechanical energy (SME), but less is known about the implementation of the specific thermal energy (STE) and the implications of the relationship between STE/SME processing of dog food and cats. This study evaluated the effects of the implementation of three relations between STE/SME on the macrostructure of estrusados, gelatinization, loss of nutrients, nutrient digestibility and palatability of food for dogs and cats. For each species, the experiment included a formulation processed in order to obtain three relations STE/SME totaling three diets for species. Nutrient digestibility was studied in 18 dogs or 18 cats, the total collection of feces. The palatability of the diets was compared for the two vessels method, at least 30 animals by comparison. The data were submitted to ANOVA and Tukey's test (P <0.05). Feed production was possible with different SME (8, 20 and 30 kWh / t) and relations STE/SME, but with total specific energy next. These had the same bulk density, gelatinization of starch and resistant starch. Provided to animals showed digestibility and similar energy production and resulted in similar characteristics of feces and does not alter the concentration of the fermentation product in the feces. There was, however, greater complexation fat as applied SME over the products (P <0.05). Dogs and cats had lower consumption of feed with 30 kWh / t, compared others (P <0.05). Dogs further preferred feed 20 over the 8 kWh / t (P <0.05), while for the latter cats had similar consumption. After extrusion was increasing content of some amino acids and an average reduction of 55% of its selenium content (P <0.05). It was concluded that different relations between SME and STE can be applied in the production of food for dogs and cats, with sufficient transfer of total specific energy and starch cooking, nutrient digestibility and fermentation products in the stool do not change. Amino acids are stable chemical compounds of the extrusion, as an important sodium selenite volatilization can occur. The application of STE and SME markedly influences the palatability of food for dogs and cats, aspect that deserves further study. Sorghum use on dog nutrition presents potential benefits in comparison with maize, including the tannin antioxidant action, lower glucose and insulin postprandial response, and reduced dependence on maize for animal nutrition. However, sorghum seems present reduced digestibility and lower palatability, requiring better processing in comparison to maize, but studies about sorghum use for kibble diets for dogs are not available. Two experiments was conducted, the experiment 1 evaluated the influence of raw material particle size and the experiment 2 different implementations of specific mechanical energy (SME) and specific thermal energy (STE) on dog foods formulated with red sorghum or white sorghum, assessing their influence on processing traits, kibble macrostructures, starch gelatinization, and in vitro digestibility of organic matter (IVDOM). Each experiment followed a factorial arrangement of treatments, with two sorghum varieties (white and red) x three processing conditions of the sorghum grains + two controls (maize and brown rice diets), totaling 8 diets. On experiment 1 where evaluated three grinding conditions, with sieve screens sizes of 0.51mm, 0.84mm, and 1.65mm. On experiment 2 sorghum diets received three amounts of SME and STE during extrusion. On each experiment, data was evaluated in a 2 x 3 + 2 factorial arrangement of treatments, in a completely randomized design. The experimental unit was the food sampling, collected at each 15 min of food production, with at least 4 samplings per food. On experiment 1 was verified that red and white sorghum grind whit 0.51mm screen sieve presented higher SME implementation, increasing the specific total energy during extrusion. Due this, the starch gelatinization and IVDOM of these foods was similar to the maize and rice control diets grind at 0.84mm. Linear reduction on starch gelatinization and IVDOM were verified for both sorghum grains based diets as the raw material particle size increased (r2=0.98; P<0.01). Alterations on kibble macrostructure included reduced expansion and increased density of extrudates as the raw material particle size increased (P<0.05). On experiment 2, the different SME and STE implementation did not change starch gelatinization or kibble macrostructure of the red sorghum based diets, with similar results than the maize or rice control diets. White sorghum diets, on the other hand, presented lower starch digestibility, reduced specific length and radial expansion, with greater apparent and specific densities (P<0.05). regardless the SME or STE implementations. By conclusion, the raw material particle size is very important for starch gelatinization and IVDOM of sorghum based diets, which is a cereal that requires greater particle reduction than maize and rice to be cooked. Different SME and ETE ratios do not change significantly the kibble macrostructure and starch cooking of sorghum based dog foods. The white sorghum is more difficult to be extruded, leading to the production of less expanded, more dense, and less cooked dog diets.
Resumo
Due to poor Brazilians work on the structure of starch granules, the purpose of this review was to demonstrate the advances in current understanding of architecture and chemical structure of this polymer. Many studies evaluating the relationship between the molecular structure of starch and its behavior in some physicochemical properties, suggest that several structural features, such as amylose content, amylopectin chain length distribution and the degree of crystallinity in the granule, are closely related to the events associated with gelatinization and retrogradation as starch granule swelling, amylose and/or amylopectin leaching, loss of radial structure (birefringence), supra-molecular (crystallinity) and molecular order, and recrystallization. The main focus of this review was to make a compiler of studies in order to gain better understanding of the granule structure and characteristics of starch components and physicochemical properties (gelatinization and retrogradation) that could play a significant role in improving the quality of different food products.
Devido aos escassos trabalhos brasileiros sobre a estrutura dos grânulos de amido, o objetivo desta revisão foi demonstrar os avanços atuais na elucidação da arquitetura e da estrutura química desse polímero. Muitas pesquisas sobre a avaliação da relação existente entre a estrutura molecular do amido e seu comportamento em algumas propriedades físico-químicas sugerem que diversas características estruturais, tais como teor de amilose, distribuição de comprimento das cadeias de amilopectina e grau de cristalinidade no grânulo, estejam intimamente relacionadas a eventos associados à gelatinização e retrogradação, como inchamento do grânulo, lixiviação de amilose e/ou amilopectina, perda da estrutura radial (birrefringência), supra-molecular (cristalinidade) e molecular e recristalização. O foco principal desta revisão foi a compilação de estudos a fim de obter melhor entendimento da estrutura e das características dos componentes do amido e sua relação com propriedades físico-químicas, principalmente no que diz respeito à gelatinização e retrogradação, as quais apresentam grande importância nutricional e tecnológica.
Resumo
Due to poor Brazilians work on the structure of starch granules, the purpose of this review was to demonstrate the advances in current understanding of architecture and chemical structure of this polymer. Many studies evaluating the relationship between the molecular structure of starch and its behavior in some physicochemical properties, suggest that several structural features, such as amylose content, amylopectin chain length distribution and the degree of crystallinity in the granule, are closely related to the events associated with gelatinization and retrogradation as starch granule swelling, amylose and/or amylopectin leaching, loss of radial structure (birefringence), supra-molecular (crystallinity) and molecular order, and recrystallization. The main focus of this review was to make a compiler of studies in order to gain better understanding of the granule structure and characteristics of starch components and physicochemical properties (gelatinization and retrogradation) that could play a significant role in improving the quality of different food products.
Devido aos escassos trabalhos brasileiros sobre a estrutura dos grânulos de amido, o objetivo desta revisão foi demonstrar os avanços atuais na elucidação da arquitetura e da estrutura química desse polímero. Muitas pesquisas sobre a avaliação da relação existente entre a estrutura molecular do amido e seu comportamento em algumas propriedades físico-químicas sugerem que diversas características estruturais, tais como teor de amilose, distribuição de comprimento das cadeias de amilopectina e grau de cristalinidade no grânulo, estejam intimamente relacionadas a eventos associados à gelatinização e retrogradação, como inchamento do grânulo, lixiviação de amilose e/ou amilopectina, perda da estrutura radial (birrefringência), supra-molecular (cristalinidade) e molecular e recristalização. O foco principal desta revisão foi a compilação de estudos a fim de obter melhor entendimento da estrutura e das características dos componentes do amido e sua relação com propriedades físico-químicas, principalmente no que diz respeito à gelatinização e retrogradação, as quais apresentam grande importância nutricional e tecnológica.
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Due to poor Brazilians work on the structure of starch granules, the purpose of this review was to demonstrate the advances in current understanding of architecture and chemical structure of this polymer. Many studies evaluating the relationship between the molecular structure of starch and its behavior in some physicochemical properties, suggest that several structural features, such as amylose content, amylopectin chain length distribution and the degree of crystallinity in the granule, are closely related to the events associated with gelatinization and retrogradation as starch granule swelling, amylose and/or amylopectin leaching, loss of radial structure (birefringence), supra-molecular (crystallinity) and molecular order, and recrystallization. The main focus of this review was to make a compiler of studies in order to gain better understanding of the granule structure and characteristics of starch components and physicochemical properties (gelatinization and retrogradation) that could play a significant role in improving the quality of different food products.
Devido aos escassos trabalhos brasileiros sobre a estrutura dos grânulos de amido, o objetivo desta revisão foi demonstrar os avanços atuais na elucidação da arquitetura e da estrutura química desse polímero. Muitas pesquisas sobre a avaliação da relação existente entre a estrutura molecular do amido e seu comportamento em algumas propriedades físico-químicas sugerem que diversas características estruturais, tais como teor de amilose, distribuição de comprimento das cadeias de amilopectina e grau de cristalinidade no grânulo, estejam intimamente relacionadas a eventos associados à gelatinização e retrogradação, como inchamento do grânulo, lixiviação de amilose e/ou amilopectina, perda da estrutura radial (birrefringência), supra-molecular (cristalinidade) e molecular e recristalização. O foco principal desta revisão foi a compilação de estudos a fim de obter melhor entendimento da estrutura e das características dos componentes do amido e sua relação com propriedades físico-químicas, principalmente no que diz respeito à gelatinização e retrogradação, as quais apresentam grande importância nutricional e tecnológica.
Resumo
Starches from some legume grown in Cameroon were evaluated for their granule structure and size, turbidity, firmness and gel strength, thermal and freeze-thaw properties. Amylose contents were in the range of 26.21%-44.85%. Morphological analysis of the starch granules showed bimodal distribution, multiple sizes and shapes from small spherical to the bigger kidney shape. Significant differences were observed among starch in light transmittance, firmness and gel strength. The thermal parameters of starches were evaluated using differential scanning calorimeter and significant differences were observed. The peak gelatinisation temperature was positively correlated to starch granule size but the amylose content showed no evidence of their impact on legume starch properties studied. The data reported can be useful to facilitate the selection of variety of legume and conditions closer to the desired application.
Neste trabalho, amidos de algumas leguminosas cultivadas em Camarões foram avaliados quanto à estrutura e tamanho dos grânulos, turbidez, firmeza e resistência do gel, propriedades térmicas e de congelamento e descongelamento. Os conteúdos de amilose estavam na faixa de 26,21% a 44,85%. A análise morfológica dos grânulos de amido mostrou distribuição bimodal, múltiplos tamanhos e formas desde o pequeno esférico até o maior formato de rim. Diferenças significativas foram observadas entre os amidos na transmissão de luz, firmeza e força do gel. Os parâmetros térmicos dos amidos foram avaliados usando calorímetro diferencial de varredura e diferenças significativas foram examinadas. A temperatura de pico de gelatinização foi positivamente correlacionada com o tamanho do grânulo de amido, no entanto, o teor de amilose não mostrou evidência de impacto nas propriedades do amido de leguminosas estudadas. Os dados informados podem ser úteis para facilitar a seleção de variedades de leguminosas e condições mais próximas da aplicação desejada.