BR102015025297A2 - Process of stabilization of rice farm in dual thread extruder - Google Patents

Abstract

processo de estabilização de farelo de arroz em extrusora de rosca dupla a presente invenção pertence ao setor tecnológico da indústria alimentícia e refere-se, mais especificamente, a um processo de estabilização de farelo de arroz por meio de uma extrusora de rosca dupla. o invento apresenta como objetivo a conservação de todo o valor nutricional do farelo, em especial, em relação a qualidade de sua proteína e aos benefícios oriundos da sua composição em oryzanol, mistura de ésteres de ácidos felúricos com esteróis e álcoois triterpenos. para evitar a degradação do farelo de arroz aplica-se uma tecnologia diferenciada através de um processo de extrusão com adição de água, calor e pressão para desativar as enzimas que causam a rancificação. portanto, a massa de farelo de arroz cru (in natura) é forçada a passar através da extrusora e o calor gerado no equipamento encerra o processo de atividade enzimática, conferindo um aumento do ciclo de vida (shelf-life) do produto com suas características originais. a partir desse processo obtém-se uma agregação de valor ao produto, viabilizando o desenvolvimento de farelo de arroz estabilizado para a indústria de embutidos e empanados próprios para consumo humano e também produtos para fins de nutrição animal.

Description

PROCESSO DE ESTABILIZAÇÃO DE FARELO DE ARROZ EM EXTRUSORA DE ROSCA DUPLA Setor tecnológico da invenção [01] De uma maneira geral a presente invenção pertence ao setor tecnológico da indústria alimentícia e se refere, mais especificamente, a um processo de estabilização de farelo de arroz através de etapas e parâmetros específicos aplicados em extrusoras de rosca dupla.

Estado da técnica conhecido [02] Atualmente a produção de arroz destaca-se pela importância a nível global devido à grande quantidade de países que o produzem, representando uma das mais importantes formas de fonte alimentar para a maioria da população mundial. Considerado um alimento básico para a nutrição do ser humano, apesar do arroz ser extremamente nutritivo e saudável, normalmente é comercializado na sua forma polida. Esse processo remove uma quantidade significativa dos nutrientes que o compõem, perdendo desta maneira micronutrientes importantes para uma nutrição adequada.

[03] O processo de polimento do arroz branco produz diversos subprodutos, como brunido, a quirela e o farelo de arroz integral (FAI) que origina o farelo de arroz desengordurado (FAD) a partir da extração do óleo nele contido. Durante o processo de beneficiamento do cereal, por meio de processos de abrasão, ocorre a extração das camadas mais externas do grão, as quais configuram o farelo de arroz. Esse procedimento agrega grande valor nutricional na sua composição desse subproduto devido à presença de proteínas, gorduras, sais minerais e vitaminas.

[04] Na patente de invenção PI 1106361-0 - “Processo de produção de farelo de arroz desengordurado para uso em produtos cárneos e de nutrição humana e produto obtido”, apresenta-se um processo de obtenção do FAD que envolve a retirada do óleo contido no farelo de arroz através das seguintes etapas: remoção de impurezas, cozimento, expansão para formação de grânulos, secagem, separação do óleo e moagem do farelo desengordurado.

[05] Apesar do farelo de arroz desengordurado (FAD) representar uma boa forma de comercialização, perde-se importantes nutrientes contidos em suas gorduras e, a partir disso, constata-se a importância da produção do farelo de arroz sem a etapa de extração de óleo. Porém, encontra-se uma barreira para essa comercialização justamente em razão da grande quantidade de substâncias nutritivas contidas no óleo, essas fazem com que o farelo de arroz sofra uma deterioração rápida, e torne-se impróprio para o consumo principalmente devido a oxidação de suas gorduras. A característica de acidificar-se em poucas horas configura um dos grandes desafios na comercialização do farelo de arroz. Estudos vêm buscando uma forma eficaz de torná-lo um alimento que possa ser amplamente utilizado para a nutrição humana e animal.

[06] O óleo contido no farelo de arroz é o elemento mais nutritivo em sua composição, principalmente no que se refere ao seu conteúdo de "oryzanol" (mistura de ésteres de ácidos felúricos com esteróis e álcoois triterpenos), consistindo em um dos grandes responsáveis pela redução do colesterol. A partir disso, busca-se um método para estabilização na produção do farelo de arroz, no qual normalmente o mesmo passa por um processo de inativação da atividade enzimática. Desse modo, as enzimas lipase e peroxidase são as grandes responsáveis pela liberação dos ácidos graxos que causam a rancificação do produto.

[07] A rancificação da gordura é normalmente quantificada pela elevação do índice de acidez, que sobe rapidamente após a extração do farelo, devido a liberação dos ácidos graxos. Por isso, geralmente em regiões tropicais de alta umidade e alta temperatura, e principalmente em locais com condições precárias de higiene, o farelo de arroz se torna inaceitável como alimento animal em poucos dias. Suspeita-se ainda que o crescimento de fungos e/ou micro-organismos no produto, possa produzir toxinas prejudiciais à saúde.

[08] Esse aumento da acidez em um pequeno período após a extração torna difícil a utilização do farelo cru para a uma nutrição que vá além do uso para ração animal. Apesar disso, com o desenvolvimento de métodos eficazes para a inativação do farelo, esse alimento tem encontrado cada vez mais utilizações na indústria alimentícia devido as suas propriedades funcionais e nutricionais. Os métodos mais comuns empregados para a inativação do farelo de arroz, envolvem a utilização de tratamentos térmicos, os quais têm a capacidade de atuar sobre as enzimas lipase e peroxidase, responsáveis pela rancificação hidrolítica e oxidativa do farelo de arroz. Normalmente é realizado um aquecimento do produto e em seguida o mesmo passa por um processo de secagem. Existem ainda pesquisas que recomendam a extrusão do farelo de arroz ou a utilização de métodos químicos para inativar a atividade enzimática que altera o sabor e odor da gordura, levando à problemas de palatabilidade.

[09] Nos Estados Unidos, a extrusão termoplástica representa um método tradicional de estabilização do farelo de arroz, facilitando a comercialização do produto. Segundo HEIDENREICH e MICHAELSEN (1994), as extrusoras de rosca dupla reduzem a contagem celular de micro-organismos, modificando e hidrolisando o amido. Além disso a extrusão elimina as substâncias antinutricionais, melhorando a qualidade sensorial dos alimentos. Podem ser observados efeitos indesejáveis durante o processo que consistem na reação de Maillard e a desnaturação das proteínas. A reação de Maillard é uma reação química provocada por altas temperaturas (acima de 70°C) e torna os nutrientes indisponíveis e descaracterizados. As características físicas do produto final são determinadas pela velocidade de giro das roscas (ou rosca, no caso de extrusora de rosca simples), temperatura no interior do tubo expansor, umidade da mistura e vapor.

[010] Algumas alternativas que utilizam processos de extrusão do farelo de arroz em busca de sua estabilidade podem ser observadas na patente americana US6616924 - “Stabilized rice bran deer feed, attractant and browse supplement”, na qual é apresentada uma forma de estabilização do farelo através da adição de pedra de calcário durante o processo de moagem. O resíduo final desta etapa é cozido durante o processo de extrusão, destruindo desta maneira a atividade enzimática da lipase e reduzindo o teor de ácidos graxos para menos de 4%.

[011] A patente canadense CN103571609 - “Method for synchronously preparing high-stability rice bran oil and rice bran protein” também apresenta uma solução para estabilizar o farelo de arroz e realizar a extração do óleo por meio de extrusoras. A solução prevê um processo iniciando pela etapa de moagem seguido da extrusão e obtenção de mistura líquida através da adição de água. A solução sofre então um tratamento em campo elétrico pulsado para a desativação da atividade enzimática e logo após ocorre a separação centrífuga do óleo contido no produto.

[012] Outra opção é verificada na patente canadense CN101278711 - “Rice bran stabilization method’ que consiste em um processo de estabilização de farelo de arroz compreendendo os passos de filtragem para remoção de impurezas, adição de água de 15 a 20% para que ocorra a extrusão sob uma temperatura de 125 a 150°C, pressão entre 0,3 a 0,6kPa e o tempo total entre 10 e 20 segundos. No processo proposto, após a extrusão é realizada a secagem sob a temperatura de 80 a 100°C de 2 a 10 minutos, obtendo-se o farelo de arroz estabilizado com porcentagem de água inferior a 8%.

[013] Com isso, a partir de todos os inconvenientes existentes nos processos atualmente utilizados, descritos acima no estado da técnica, é visível a existência de uma lacuna na criação de um processo de estabilização do farelo de arroz que utilize extrusoras de rosca dupla e parâmetros de processo adequados que resultem em um produto que possa ser comercializado como produto alimentício. Ainda assim, não se verifica a existência de um processo adequado que permita a destinação desse produto tanto para a nutrição animal quanto para a nutrição humana, sem a constante preocupação com a oxidação e rancificação de seu óleo.

Novidades e objetivos da invenção [014] Com o objetivo de sanar as falhas destacadas acima do estado atual da técnica, a presente patente de invenção visa propor uma solução para o problema principal de rancificação do subproduto do polimento do arroz branco, o farelo de arroz.

[015] A maior dificuldade do aproveitamento do farelo têm sido a forma de estabilizá-lo imediatamente depois de produzido. Para isso, foi desenvolvido um processo utilizando tecnologias para a estabilização do subproduto de forma a aproveitar seu óleo comestível, transformando-o em um alimento importante para a nutrição humana e animal. Como a extração do óleo contido no farelo de arroz é complexa e a sua refinação é difícil devido a alguns fatores (como sua elevada acidez, seu alto conteúdo de insaponificáveis, seu alto conteúdo de ceras (3,0%) e à sua elevada coloração), muitas vezes difíceis de controlar, é difícil encontrar sistemas de estabilização simples e de baixo custo de operação que mantenham o valor nutricional do produto.

[016] A invenção aqui descrita envolve um processo que resulta na estabilização do farelo de arroz como resultado da inativação das enzimas pôr meio de calor. Os equipamentos que produzem calor seco pôr meio de fricção, são os de pequena capacidade conhecidos com extrusoras de rosca dupla que são altamente eficientes para este tipo de operação. Portanto, a partir de um processo de limpeza adequado do farelo de arroz cru e o seu processamento imediato em um equipamento tipo extrusor de rosca dupla empregando parâmetros de processo adequados, pode-se obter o farelo de arroz integral estabilizado, de alto valor nutricional. Esse produto poderá ser utilizado para alimentação humana e animal, bem como servir de matéria-prima para o posterior fracionamento em derivados concentrados em óleo e/ou fibras.

[017] Um dos componentes mais importantes nesta invenção consiste nos parâmetros de processo ajustados à extrusora de dupla rosca que permite a obtenção de um produto estabilizado de forma mais eficiente, com seu alto valor nutricional preservado e que, após secagem adequada do farelo em secador de leito fluidizado, se apresentará de forma estável e pronto para comercialização. O secador de leito fluidizado otimiza o tempo gasto no processo de secagem e reduz o risco de rancificação devido à temperatura. Além disso, o equipamento de extrusão rosca dupla utiliza uma combinação de água, calor e pressão para desativar as enzimas que causam a degradação do farelo (rancificação). Resumidamente, tem-se a massa de farelo de arroz cru (in natura) que é forçada a passar através do equipamento. O calor gerado no equipamento encerra o processo de atividade enzimática, conferindo um aumento do ciclo de vida (shelf-life) do produto.

[018] O processo inicia pelo ingresso do farelo limpo e de processamento recente (baixa acidez) acondicionado em big-bags, o qual é processado na linha de extrusão envolvendo as etapas de recepção do farelo, pesagem, peneiramento, mistura com carbonato de cálcio, extrusão em uma extrusora de rosca dupla. A extrusora utiliza determinados parâmetros específicos de processo, juntamente com adição de água, secagem em secador de leito fluidizado, peneiramento e empacotamento do produto final.

Descrição dos desenhos anexos [019] A fim de que a presente invenção seja plenamente compreendida e levada à prática por qualquer técnico deste setor tecnológico, a mesma será descrita de forma clara, concisa e suficiente, tendo como base o diagrama de blocos do processo de acordo com o presente invento representado na Figura 1.

Descrição detalhada da invenção [020] De acordo com o diagrama esquemático apresentado na Figura 1, a solução proposta para obtenção de um farelo de arroz estabilizado consiste na obtenção do farelo limpo e recentemente processado a partir do polimento do arroz branco, de forma que ainda não apresente indícios de atividade enzimática significativa de acidez e rancificação. Esse farelo de arroz obtido do processo de beneficiamento do arroz, é acondicionado em big-bags e para a realização do processo, aqui descrito, deve posteriormente ser processado na linha de extrusão de rosca dupla e secado no secador de leito fluidizado, visando a obtenção de um produto final estabilizado.

[021] O processo tem início com a obtenção do farelo de arroz armazenado em big-bags, e a partir deste momento o farelo deve ser pesado. Após a pesagem em balança eletrônica, para atingir a batelada de pesagem e mistura de 300 kg, o produto é enviado para o peneiramento no qual o farelo passa por uma peneira vibratória rotativa, que apresenta a velocidade de rotação de 1100 rpm e, após o intervalo de 30 a 45 segundos, elimina as partículas maiores que 2,0 mm que poderiam interferir no processo subsequente.

[022] Através de uma rosca transportadora o farelo, já peneirado, é enviado para um misturador do tipo ribon blend para iniciar a etapa de mistura que visa facilitar a fluidez e minimizar parte da acidez livre no produto. Para isso, o farelo é misturado com 0,5 % de carbonato de cálcio em relação ao peso da batelada, sendo o intervalo de quantidade de CaCO3 correspondente à 1,5 kg. Terminada essa etapa, a mistura é novamente enviada através de rosca transportadora para a caixa de mistura da extrusora onde é realizada a dosagem da mistura através de um dosador gravimétrico. Juntamente com a dosagem da mistura é realizada dosagem de água através de uma bomba dosadora, a água e a mistura são então inseridas na extrusora dupla rosca, em uma proporção de 42 kg de água para os 300 kg de mistura. A partir disso, a operação de extrusão está pronta para ser iniciada, sendo que o farelo é dosado na extrusora de rosca dupla a uma vazão entre 260 e 380 kg/h, preferencialmente com vazão de 300 kg/h. Nessa etapa, ocorre também a adição da água a uma vazão entre 35 e 50 kg/h, preferencialmente vazão de 42 kg/h de água.

[023] Para o processo de extrusão se adequar às características finais pretendidas para o farelo de arroz estabilizado é necessária a implementação de diferentes temperaturas de acordo com o barril em que se encontra a mistura, os três barris que compõem a extrusoras configuram as três zonas temperatura, e para a realização da extrusão são estabelecidos os seguintes parâmetros de processo: velocidade de giro da rosca de 200 rpm, a matriz deve conter seis furos de 5 mm cada, a temperatura na zona 1 = 25°C, temperatura na zona 2 = 70°C e temperatura na zona 3 = 80°C, a velocidade do cortador com duas facas deve ser de 2.000 rpm e apresentar uma pressão de extrusão de 60 bar. Vale ressaltar que os valores dos parâmetros citados consistem em valores médios, podendo ocorrer uma variação de 5% para mais ou para menos.

[024] Realizada a extrusão o produto é aspirado através de um exaustor e então enviado para a etapa de secagem através de um transportador pneumático e uma válvula rotativa que realiza a comunicação e envia a mistura a um secador de leito fluidizado. O secador possui um filtro exaustor de gases e deve apresentar a temperatura do ar de secagem de aproximadamente 185°C e a temperatura do produto deve constar de 90°C, além disso o secador apresenta a umidade de entrada de 16% e umidade de saída de aproximadamente 4%.

[025] Após a secagem o produto passa por outra peneira vibratória , já acoplada ao secador, para eliminação de partículas menores e padronização do produto final e em seguida é enviado através de uma esteira transportadora inclinada para o silo de armazenagem do produto final. Por fim, o farelo de arroz já estabilizado passa por uma grade magnética para então ser pesado e empacotado para comercialização. O produto com umidade média de 4 % é envazado em sacos de polietileno atóxico soldado, revestido externamente com um saco de papel kraft multifolhado.

[026] É importante salientar que a figura e descrição realizadas não possuem o condão de limitar as formas de execução do conceito inventivo ora proposto, mas sim de ilustrar e tornar compreensíveis as inovações conceituais reveladas nesta solução. Desse modo, as descrições e imagens devem ser interpretadas de forma ilustrativa e não limitativa, podendo existir outras formas equivalentes ou análogas de implementação do conceito inventivo ora revelado e que não fujam do espectro de proteção delineado na solução proposta.

[027] Tratou-se no presente relatório descritivo de um processo de estabilização de farelo de arroz inovador através do uso de extrusoras de dupla rosca, dotado de novidade, atividade inventiva, suficiência descritiva, aplicação industrial e, consequentemente, revestido de todos os requisitos essenciais para a concessão do privilégio pleiteado.

REIVINDICAÇÕES

Claims (11)

1 - PROCESSO DE ESTABILIZAÇÃO DE FARELO DE ARROZ EM EXTRUSORA DE ROSCA DUPLA que compreende o peneiramento do farelo de arroz, mistura, extrusão de inativação das atividades enzimáticas e secagem do produto caracterizado pelas seguintes etapas: - pesar o farelo de arroz; - peneirar o farelo de arroz; - enviar o farelo de arroz para um misturador do tipo ribon blend; - adicionar carbonato de cálcio ao farelo de arroz peneirado; - realizar a dosagem da mistura; - realizar a dosagem de água; - inserir a mistura e a água na extrusora dupla rosca; - iniciar o processo de extrusão; - aspirar o farelo de arroz estabilizado da extrusora; - secar o farelo de arroz estabilizado obtido da extrusão; - peneirar o farelo de arroz estabilizado; - armazenar o farelo de arroz estabilizado; - pesar o farelo de arroz estabilizado; e - empacotar o farelo de arroz estabilizado.

2 - PROCESSO DE ESTABILIZAÇÃO DE FARELO DE ARROZ EM EXTRUSORA DE ROSCA DUPLA, de acordo com a reivindicação 1, e ainda caracterizado pela etapa de obter e pesar o farelo de arroz compreender a pesagem do farelo em balança eletrônica para atingir a batelada de 300 kg.

3 - PROCESSO DE ESTABILIZAÇÃO DE FARELO DE ARROZ EM EXTRUSORA DE ROSCA DUPLA, de acordo com a reivindicação 1, e ainda caracterizado pela etapa de peneirar o farelo de arroz ser realizada em uma peneira vibratória rotativa com velocidade de rotação de 1100 rpm, por um período de 30 a 45 segundo e eliminar partículas maiores que 2,0 mm.

4 - PROCESSO DE ESTABILIZAÇÃO DE FARELO DE ARROZ EM EXTRUSORA DE ROSCA DUPLA, de acordo com a reivindicação 1, e ainda caracterizado pela etapa de misturar o farelo de arroz selecionado com carbonato de cálcio receber/enviar o farelo através de uma rosca transportadora e ser realizada por um misturador do tipo ribon blend, compreendendo a adição de 0,5% de carbonato de cálcio por peso de batelada.

5 - PROCESSO DE ESTABILIZAÇÃO DE FARELO DE ARROZ EM EXTRUSORA DE ROSCA DUPLA, de acordo com a reivindicações 1 e 4, e ainda caracterizado por ser adicionado 1,5 kg de carbonato de cálcio ao farelo de arroz.

6 - PROCESSO DE ESTABILIZAÇÃO DE FARELO DE ARROZ EM EXTRUSORA DE ROSCA DUPLA, de acordo com a reivindicação 1, e ainda caracterizado pela etapa de realizar a dosagem da mistura ocorrer na caixa de mistura da extrusora através de um dosador gravimétrico com uma vazão entre 260 e 380 kg/h e, mais preferencialmente, 300 kg/h.

7 - PROCESSO DE ESTABILIZAÇÃO DE FARELO DE ARROZ EM EXTRUSORA DE ROSCA DUPLA, de acordo com a reivindicação 1, e ainda caracterizado pela etapa de realizar a dosagem de água compreender uma vazão entre 35 e 50 kg/h e, mais preferencialmente, 42 kg/h.

8 - PROCESSO DE ESTABILIZAÇÃO DE FARELO DE ARROZ EM EXTRUSORA DE ROSCA DUPLA, de acordo com a reivindicação 1, e ainda caracterizado pelo processo de extrusão compreender os seguintes parâmetros de extrusão: - velocidade de giro da rosca = 200 rpm; - matriz com 6 furos de 5 mm; - temperatura na zona 1 = 25°C; - temperatura na zona 2 = 70°C; - temperatura na zona 3 = 80°C; - velocidade do cortador com duas facas = 2.000 rpm; - pressão de extrusão = 60 bar;

9 - PROCESSO DE ESTABILIZAÇÃO DE FARELO DE ARROZ EM EXTRUSORA DE ROSCA DUPLA, de acordo com a reivindicações 1 e 8, e ainda caracterizado pelos parâmetros de extrusão serem variáveis em 5% para mais ou para menos.

10 - PROCESSO DE ESTABILIZAÇÃO DE FARELO DE ARROZ EM EXTRUSORA DE ROSCA DUPLA, de acordo com a reivindicação 1, e ainda caracterizado pela etapa de secar o produto obtido da extrusão compreender um secador de leito fluidizado e receber a mistura por meio de um transportador pneumático e uma válvula rotativa.

11 - PROCESSO DE ESTABILIZAÇÃO DE FARELO DE ARROZ EM EXTRUSORA DE ROSCA DUPLA, de acordo com a reivindicação 1 e 9, e ainda caracterizado pelo secador de leito fluidizado conter um filtro exaustor de gases; apresentar a temperatura do ar de secagem de aproximadamente 185QC e temperatura do produto de 90°C; apresentar a umidade de entrada de 16% e umidade de saída de aproximadamente 4%.