RESSALVA Atendendo solicitação da autor, o texto completo desta tese será disponibilizado somente a partir de 02/03/2021 Tiago Luis Barretto Ultrassom e redução de sódio em presunto cozido. São José do Rio Preto 2019 Câmpus de São José do Rio Preto Tiago Luis Barretto Ultrassom e redução de sódio em presunto cozido Tese apresentada como parte dos requisitos para obtenção do título de Doutor em Engenharia e Ciência de Alimentos, junto ao Programa de Pós- Graduação em Engenharia e Ciência de Alimentos, do Instituto de Biociências, Letras e Ciências Exatas da Universidade Estadual Paulista “Júlio de Mesquita Filho”, Câmpus de São José do Rio Preto. Orientador: Prof. Dr. Javier Telis Rometo Coorientador: Profa. Dra. Andrea C. S. Barretto São José do Rio Preto 2019 Tiago Luis Barretto Ultrassom e redução de sódio em presunto cozido Tese apresentada como parte dos requisitos para obtenção do título de Doutor junto ao Programa de Pós-Graduação em Engenharia e Ciência de Alimentos, área de Ciência e Tecnologia de Alimentos, do Instituto de Biociências, Letras e Ciências Exatas da Universidade Estadual Paulista “Júlio de Mesquita Filho”, Câmpus de São José do Rio Preto. Comissão Examinadora Prof. Dr. Javier Telis Romero UNESP – Câmpus de São José do Rio Preto Orientador Prof. Dr. Roger Darros Barbosa UNESP – Câmpus de São José do Rio Preto Prof. Dr. Marco Antônio Trindade USP – Câmpus de Pirassununga Profa. Dra. Marise Aparecida Rodrigues Pollonio Unicamp – Câmpus de Campinas Prof. Dr. Wellington de Freitas Castro IF Sudeste de MG – Câmpus de Barbacena São José do Rio Preto 30 de agosto de 2019 Dedico este trabalho à minha família: A meu pai José Eduardo (in memorian) por me ensinar que educação, respeito e amor são os alicerces da vida e, por sempre estar presente ao meu lado e contribuir com as energias para execução deste trabalho; A minha mãe Orlanda, pelo carinho, amor, cumplicidade, companheirismo e incentivo para todos os meus sonhos; Ao meu irmão José Ricardo e minha cunhada, também irmã, Gisele pelo apoio, incentivo, carinho, parceria e força, Amo todos vocês. AGRADECIMENTOS À Deus, pela força, capacidade e motivação por tudo em minha vida; Ao meu orientador Javier pelos ensinamentos, pela paciência, pela motivação, pelo apoio e confiança, por me valorizar e acreditar sempre em mim, e, principalmente pela amizade dentro e fora da universidade; À minha coorientadora Andréa, pelos ensinamentos, por acreditar e apostar em mim desde o início, pela experiência repassada, pela motivação e carinho, pela nobreza e sensatez que conduziu nosso trabalho. E, por ser mais que uma coorientadora, ser uma grande amiga. À minha mãe Orlanda, por sempre acreditar e apoiar meus sonhos e estar ao meu lado em todo momento da construção deste trabalho; Ao meu irmão José Ricardo e a minha cunhada Gisele por me incentivarem desde o início de minha vida acadêmica e por sempre estarem ao meu lado e me apoiarem em todas as decisões; Às minhas amigas do Laboratório de Carnes e Produtos Cárneos: Camila, Elisa e Paula pela amizade, pelo companheirismo, por me ajudarem em muitos momentos da execução deste trabalho e por bons momentos dentro e fora da universidade; Ao Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia de São Paulo (IFSP) por possibilitar o afastamento de minhas atribuições como docente para poder conduzir meu doutorado; Aos docentes da área de alimentos do IFSP câmpus Barretos: Claudinéia, Marcília, Veridiana e Wellington, pelo apoio para conduzir o doutorado, pelo carinho e amizade. A todos meus queridos amigos do IFSP câmpus Barretos e da cidade de Barretos; Ao Departamento de Engenharia e Tecnologia de Alimentos e ao Programa de Pós-graduação em Engenharia e Ciência de Alimentos do IBILCE-Unesp e a todos os seus docentes, funcionários e discentes que me ajudaram direta ou indiretamente; Aos técnicos de laboratório Luis, Tania e Alana pelo auxílio e ensimento em minhas análises laboratoriais; Ao Departamento de Tecnologia de Alimentos da Unicamp: à Prof. Dra. Marise Pollonio, ao aluno Vitor e ao técnico José Roberto pela oportunidade e auxílio na realização de algumas análises; À Universidade Politécnica de Valência (UPV) pela recepção e oportunidade de aprendizado na condução de algumas análises; Obrigado a todos que me ajudaram de forma direta e indireta para que este trabalho fosse realizado, por me fazerem crescer como pessoa e como profissional. “Sopre o vento, enrole o tempo. Agarre a chama, seque a lama. Faça o louco gostar. Verdeje a grama, contrate a grana. Amarre o laço, desenferruje o aço. Faça a poeira voar. Suje o lixo, liberte o bicho. Esquente o Sol, fure o anzol. Faça o pobre enriquecer. Adoce o salgado, condecore o soldado. Extrapole o limite, contrate o palpite. Faça a chuva chegar. Soltou. Pegue de volta. Amarelou. Peça escolta. O brilho empoeira, mas volta. A conquista é sua, o suor é seu. O aplauso é pra ti, a graça também. Diz pra alma agradecer. E no final, não é fim. É começo do novo, é mudança de tudo. Ergue o volume e limpa as lentes. E agora? Tudo de novo.” Sons da mudança José Ricardo Barretto (em fase de elaboração)1 1 Poesia, de autoria de José Ricardo Barretto, a ser publicado, 2015. RESUMO Presunto cozido é um dos produtos cárneos mais consumidos do Brasil. O cloreto de sódio utilizado em sua fabricação é importante pois auxilia na extração das proteínas miofibrilares da carne e confere o sabor salgado característico deste produto. No entanto, o excesso de sódio na dieta está relacionado com o desenvolvimento de doenças cardíacas. Há, então, a necessidade em reduzir o teor de sódio sem prejudicar as características físico-químicas e a aceitação sensorial. Na primeira etapa foi realizada a determinação da composição química e a obtenção de isotermas de sorção para quatro amostras de presunto cozido comercial submetidas a condições simuladas de armazenamento. As isotermas foram determinadas pelo método gravimétrico. Os dados experimentais foram ajustados aos modelos matemáticos de Guggenhein, Anderson e de Boer; Brunauer, Emmett e Teller; Halsey; Henderson; e Peleg. O modelo de Guggenhein, Anderson e de Boer foi escolhido para descrever melhor as isotermas, pois tinha um ajuste muito bom. O aumento da temperatura reduziu o teor de umidade de equilíbrio do produto. O aumento da umidade relativa resultou num aumento no teor de umidade de equilíbrio do produto, independente da temperatura. Quanto maior o teor e a disponibilidade da proteína, ou quanto menor o teor de gordura, maior o teor de umidade de equilíbrio do produto. Na segunda etapa estudou-se os efeitos da redução de sal e a aplicação do ultrassom sobre as propriedades físico-químicas e microestrutura e a aceitação sensorial do presunto cozido. Quatro tratamentos com redução de sal, incluindo um com a aplicação de ultrassom (1,5; 1,12; 0,75 e 0,75% sal + ultrassom) foram produzidos. O uso de ultrassom diminuiu o total de líquido exsudado e aumentou a dureza. Para L*, a amostra com 0,75% de sal e ultrassom não diferiu do controle no dia zero de armazenamento. O uso do ultrassom também aumentou os valores de a*. O tratamento com ultrassom causou microfissuras nas miofibrilas. A aceitação sensorial do presunto cozido com 0,75% de sal foi melhorada com a aplicação de ultrassom. O ultrassom mostrou bom potencial para uso na produção de produtos cárneos mais saudáveis. Na terceira etapa avaliaram-se os efeitos do ultrassom e da adição de cloreto de potássio nas propriedades físico-químicas e sensoriais de presunto cozido com baixo teor de sódio. Foram preparados quatro tratamentos de presunto cozido com baixo teor de sódio: CT - tratamento controle; UsT - tratamento com ultrassom; KT - adição de 0,5% de KCl; UsKT - tratamento com ultrassom e adição de 0,5% de KCl. O ultrassom reduziu o total de líquido exsudado e melhorou a aceitação sensorial para gosto e sabor salgado em comparação com a CT. A adição de KCl mostrou os melhores resultados para o líquido exsudado, para todos os parâmetros de aceitação sensorial, para dureza e mastigabilidade, e estes não diferiram dos resultados obtidos com a combinação do uso de ultrassom e adição de KCl. O uso de KCl sozinho ou o uso do ultrassom é uma alternativa tecnológica e sensorialmente viável para o presunto cozido com baixo teor de sódio. Palavras–chave: Ultrassom, presunto cozido, redução de sódio, cloreto de potássio, cavitação. ABSTRACT Restructured cooked ham is one of the most consumed meat products in Brazil. The sodium chloride used in its manufacture is important because it helps in the extraction of myofibrillar proteins from meat and gives the characteristic salty taste of this product. However, excess dietary sodium is related to the development of heart disease. So, is necessary to reduce sodium content without impairing physicochemical characteristics and sensory acceptance. In the first stage was carried out the determination of the chemical composition and the experimental obtaining of sorption isotherms for four samples of commercial restructured cooked ham subjected to simulated commercial storage conditions. The isotherms were determined using the gravimetric method. The experimental data were adjusted to the mathematical models of Guggenhein, Anderson and de Boer; Brunauer, Emmett and Teller; Halsey; Henderson; and Peleg. The Guggenhein, Anderson and de Boer model was chosen to better describe the isotherms as it had a very good fit. The increase in temperature reduced the equilibrium moisture content of the product. Increased relative humidity resulted in an increase in equilibrium moisture content of the product regardless of storage temperature. The higher the content and availability of the protein or the lower the fat content, the higher the equilibrium moisture content of the product. In the second stage was studied the effects of salt reduction and the application of ultrasound on the physicochemical properties, the microstructure and the sensory acceptance of cooked ham. Four treatments with reduced salt including one with the application of ultrasound (1.5, 1.12, 0.75 and 0.75% salt + ultrasound) were produced. The use of ultrasound decreased the Total Fluid Release and increased the hardness in cooked ham. For lightness, the sample with 0.75% salt with the application of ultrasound did not differ from the control at day zero of storage. The use of ultrasound increased redness too. The ultrasound treatment caused micro fissures on the myofibrils. The sensory acceptance of cooked ham with 0.75% of salt was improved with ultrasound applied. The ultrasound showed good potential for use in the production of healthier meat products. In thirdy stage were evaluated the effects of ultrasound and the addition of potassium chloride in the physicochemical properties and sensorial acceptance of low sodium restructured cooked ham. Four treatments of low sodium restructured cooked ham (mean of 324.52 mg Na/100 g) were prepared: CT - Control Treatment; UsT - Ultrasound Treatment; KT - addition of 0.5% KCl; UsKT - Ultrasound Treatment and addition of 0.5% KCl. Ultrasound application reduced the total fluid released and improved the sensory acceptance for salty taste and flavor compared to CT. The addition of KCl produced the best results for total fluid release, for all parameters of sensory acceptance and for hardness and chewiness and these were not different from the results obtained with the combination of the use of ultrasound and addition of KCl. The use of KCl alone or use of the ultrasound is a technologically and sensorially viable alternative to low sodium restructured cooked ham. Keywords: Ultrasound; restructured cooked ham; sodium reduction; potassium chloride, cavitation. LISTA DE FIGURAS Capítulo II – Water sorption isotherms of cooked hams as affected by temperature and chemical composition. Figura 1 – Sorption isotherms for Sample 4 (S4) of cooked ham fitted to the GAB model at different storage temperatures. 56 Figura 2 – Sorption isotherms for Samples 1, 2, 3 and 4 (S1, S2, S3 and S4) of cooked ham fitted to the GAB model at fixed temperature (16 °C). Capítulo III - Improving sensory acceptance and physicochemical properties by ultrasound application to cooked ham with salt (NaCl) reduction. 56 Figura 1 – Scanning electron micrographs (a, b, c and d: 500 X; e, f, g and h: 1500 X) of cooked ham. CV: cavitation effect on muscle fiber. T100 = 1.5% NaCl; T75 = 1.12% NaCl; T50 = 0.75% NaCl; T50US = 0.75% NaCl and ultrasound. Capítulo IV - Impact of ultrasound and potassium chloride on the physicochemical and sensory properties in low sodium restructured cooked ham. 83 Figura 1 – Ultrasound probe system set-up. 97 LISTA DE TABELAS Capítulo I - Uso do ultrassom em carnes e produtos cárneos: aspectos físico-químicos e sensoriais Tabela 1 – Efeitos do uso do ultrassom sobre alguns parâmetros físico- químicos de carne e produtos cárneos. 30 Tabela 2 – Efeitos do uso do ultrassom sobre algumas características sensoriais em carnes e produtos cárneos. Capítulo II – Water sorption isotherms of cooked hams as affected by temperature and chemical composition. 36 Tabela 1 - Water activity of the salt solutions at different temperatures. 50 Tabela 2 – Models used to fit sorption isotherm data from cooked hams. 51 Tabela 3 - Average values (± standard deviation) of the percentage composition of the cooked hams. 52 Tabela 4 - Fitting parameters of GAB equation for all samples at the different temperatures. Capítulo III - Improving sensory acceptance and physicochemical properties by ultrasound application to cooked ham with salt (NaCl) reduction. 54 Tabela 1 - Percentual of water and salt of restructured cooked ham. 70 Tabela 2- Proximate analysis, pH and sodium content of cooked ham with salt reduction including application of ultrasound (n=3). 76 Tabela 3 - Color parameters, TFR, TPA and the TBARS of cooked ham with salt reduction including application of ultrasound (n=3). 78 Tabela 4 - Sensory acceptance of restructured cooked ham with salt reduction including application of ultrasound. Capítulo IV - Impact of ultrasound and potassium chloride on the physicochemical and sensory properties in low sodium restructured cooked ham. 85 Tabela 1 - Percentual of water and KCl in low sodium restructured cooked ham. 97 Tabela 2 - Proximate analysis, pH, sodium and potassium content of restructured cooked ham. 102 Tabela 3 - TFR, Color parameters and TPA of restructured cooked ham. 104 Tabela 4 - Sensorial acceptance of restructured cooked ham. 109 SUMÁRIO 1 INTRODUÇÃO GERAL 17 REFERÊNCIAS 19 2 OBJETIVOS 21 2.1 Objetivo geral 21 2.2 Objetivos específicos 21 CAPÍTULO I 22 Uso do ultrassom em carnes e produtos cárneos: aspectos físico-químicos e sensoriais 23 RESUMO 23 1 INTRODUÇÃO 24 2 ASPECTOS GERAIS SOBRE O ULTRASSOM 25 3 ULTRASSOM EM CARNES E PRODUTOS CÁRNEOS 27 3.1 Capacidade de retenção de água (CRA) 27 3.2 Cor instrumental 31 3.3 Textura instrumental 32 3.4 Características sensoriais 34 3.5 Considerações sobre o uso do ultrassom e redução de sódio em produtos cárneos 37 4 CONSIDERAÇÕES FINAIS 38 Referências 39 CAPÍTULO II 45 Water sorption isotherms of cooked hams as affected by temperature and chemical composition. 46 ABSTRACT 46 1 INTRODUCTION 47 2 MATERIALS AND METHODS 49 2.1 Sample preparation 49 2.2 Chemical composition 49 2.3 Obtaining the sorption isotherms 49 2.4 Modelling of sorption isotherms 51 3 RESULTS AND DISCUSSION 51 3.1 Chemical composition 51 3.2 Sorption isotherms 53 4 CONCLUSION 58 References 58 CAPÍTULO III 66 Improving sensory acceptance and physicochemical properties by ultrasound application to cooked ham with salt (NaCl) reduction. 67 ABSTRACT 67 1 INTRODUCTION 68 2 MATERIALS AND METHODS 69 2.1 Restructured cooked ham manufacture 69 2.2 Proximate analysis, pH and sodium content 71 2.3 Total fluid released (TFR) 71 2.4 Instrumental color 72 2.5 Texture profile analysis (TPA) 72 2.6 Thiobarbituric acid reactive substances (TBARS) 73 2.7 Microbiological evaluation 73 2.8 Sensory acceptance 74 2.9 Microstructure 74 2.10 Statistical analysis 75 3 RESULTS AND DISCUSSION 75 3.1 Physicochemical properties 75 3.2 Total fluid release (TFR) 77 3.3 Instrumental color 79 3.4 Texture profile analysis (TPA) 80 3.5 TBARS 81 3.6 Microstructure of restructured cooked ham 81 3.7 Microbiological analysis 84 3.8 Sensory acceptance 84 4 CONCLUSION 86 References 87 CAPÍTULO IV 92 Impact of ultrasound and potassium chloride on the physicochemical and sensory properties in low sodium restructured cooked ham. 93 ABSTRACT 93 1 INTRODUCTION 94 2 MATERIALS AND METHODS 96 2.1 Cooked ham manufacture 96 2.2 Proximate analysis, pH, sodium content and Total Fluid Release (TFR) 98 2.3 Instrumental Color and Texture Profile Analysis (TPA) 99 2.4 Microbiological evaluation 99 2.5 Sensory acceptance 100 2.6 Statistical Analysis 101 3 RESULTS AND DISCUSSION 101 3.1 Physicochemical properties 101 3.2 TFR 103 3.3 Instrumental color 105 3.4 Texture profile analysis 106 3.5 Microbiological analysis 108 3.6 Sensorial acceptance 108 4 CONCLUSION 110 References 111 CONCLUSÃO GERAL 117 APÊNDICE A 118 APÊNDICE B 119 ANEXO A 120 ANEXO B 121 ANEXO C 124 17 1 INTRODUÇÃO GERAL A produção brasileira de carne suína atingiu a marca de 3,75 mil toneladas no ano de 2017, 25% maior que em 2005. Apenas 18,5% dessa produção destinou-se à exportação, sendo a maioria consumida pelo mercado interno. A principal forma de consumo de carne suína entre os brasileiros está na forma de produtos processados, uma vez que 89% dessa carne é industrializada em diversos tipos de produtos como salames, linguiças, apresuntados e presuntos (ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE PROTEÍNA ANIMAL, 2018). Presunto cozido é um dos produtos cárneos processados mais populares entre os consumidores (VÁLKOVÁ et al., 2007). Seu processamento cresceu consideravelmente no final do século 20 e início do século 21 em função de ser um produto pronto para consumo, versátil, prático e ter boa aceitação sensorial (NIELSEN, 2007). A legislação brasileira define presunto cozido como um produto cárneo industrializado obtido exclusivamente com o pernil de suínos, desossado, adicionado de ingredientes, e submetido a um processo de cozimento adequado (BRASIL, 2000). O processamento tradicional de presunto cozido consiste na preparação da salmoura, que poderá ser injetada ou adicionada ao pernil suíno com o uso de massageadores ou tumbler seguido de embalamento, cocção e resfriamento adequados. A qualidade final do produto depende de muitos fatores, destacando-se a criação dos animais, composição das matérias-primas e as condições do processamento (VÁLKOVÁ et al., 2007). A salmoura utilizada em sua produção é composta por ingredientes que visam melhorar as características tecnológicas, como é o caso do cloreto de sódio que é utilizado para atribuir características sensoriais desejáveis, auxiliar na segurança e na estabilidade do produto devido a solubilização das proteínas miofibrilares e redução da atividade de água (ORDOÑEZ, 2005). Contudo, a ingestão excessiva de sódio está associada ao desenvolvimento de algumas doenças crônicas não-transmissíveis (ISER et al., 2011). Nesse sentido há necessidade em reduzir o uso desse ingrediente em alimentos processados. Em 2010 foi firmado um acordo entre a Agência Nacional de Vigilância Sanitária (ANVISA) e a Associação Brasileira de Indústria de Alimentos (ABIA) cujo objetivo foi reduzir o teor 18 de sódio dos alimentos industrializados (BRASIL, 2010). Entretanto sua redução não deve ocorrer sem estudos efetivos, uma vez que em produtos cárneos o cloreto de sódio promove a estabilidade microbiológica, aumenta a capacidade de retenção de água e, consequentemente reduz as perdas por exsudação (TERRELL, 1983). Tecnologias alternativas vêm sendo estudadas objetivando a promoção das propriedades tecnológicas de produtos alimentares. Nesse contexto, inserem-se novas tecnologias de processamento como o ultrassom (LEADLEY e WILLIAMS, 2008; CHEMAT et al., 2011). Vários trabalhos relatam (JAYASOORIYA et al., 2007; CÁRCEL, et al., 2012; MCDONNELL et al., 2013) que o ultrassom pode ser útil ao acelerar e intensificar a extração, esterilização e difusão, podendo reduzir o tempo de processamento. Cárcel et al. (2012) enfatizam que a tecnologia do ultrassom possibilita inovação na indústria por economizar energia e aumentar o rendimento e a qualidade dos produtos, fazendo com que esta tecnologia abra um novo campo no processamento de alimentos. Ondas ultrassônicas originam o fenômeno de cavitação, capaz de alterar algumas propriedades físicas e favorecer reações químicas (JAYASOORIYA et al., 2007). Diante disso, a tecnologia do ultrassom pode ser uma alternativa para colaborar no processamento de produtos cárneos com teores reduzido de sódio, podendo minimizar os efeitos negativos dessa redução no produto. APRESENTAÇÃO DO TRABALHO Este trabalho foi organizado em quatro capítulos para a melhor distribuição e entendimento dos assuntos abordados. O capítulo I consiste em uma revisão bibliográfica sobre o tema abordado na tese. A revisão intitulada de “Uso do ultrassom em carnes e produtos cárneos: aspectos físico-químicos e sensoriais” foi redigida em português, na forma de um artigo científico. Será feita a versão deste capítulo para o inglês para ser submetido à publicação em periódico especializado na área de Ciência de Alimentos. O capítulo II trata-se do artigo científico “Water sorption isotherms of cooked hams as affected by temperature and chemical composition” publicado na Revista Food Science and Technology, ahead of print, Epub 13 de dezembro de 2018, de autoria de Tiago Luis Barretto, Tiago Carregari Polachini, Andrea Carla da 111 is a technological and sensorially viable alternative for low sodium restructured cooked ham. Chemical compounds used in this research Methanol (PubChem CID: 887); Chloroform (PubChem CID: 6212); Sodium Carbonate (PubChem CID: 10340); Sodium hydroxide (PubChem CID: 14798); Boric acid (PubChem CID: 7628). References Alarcon-Rojo, A. D., Carrillo-Lopez, L. M., Reyes-Villagrana, R., Huerta-Jiménez, M. & Garcia-Galicia, I. A. (2018). Ultrasound and meat quality: A Review. Ultrasonics Sonochemistry. Available online 17 September 2018 delgado. Alves, L. A. A. S., Lorenzo, J. M., Gonçalves, C. A. A., Santos, B. A., Heck, R. T., Cichoski, A. J. & Campagnola, P. C. B. (2017). Impact of lysine and liquid smoke as flavor enhancers on the quality of low-fat Bologna-type sausages with 50% replacement of NaCl by KCl. Meat Science, 123, 50-56. Alves, L. L., Silva, M. S., Flores, D. R. M., Athayde, D. R., Ruviaro, A. R., Brum, D. S., Batista, V. S. F., Mello, R. O., Menezes, C. R., Campagnol, P. C. B., Wagner, R., Barin, J. S. & Cichoski, A. J. (2018). 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Há necessidade de intensificação em pesquisas sobre a aplicação da tecnologia de ultrassom em carnes e produtos cárneos, contemplando diferentes condições de aplicação em diferentes tipos de produtos, colaborando dessa forma para formulações de produtos cárneos mais saudáveis.