Composição e Estrutura dos Grãos de Milho, Trigo e Arroz

2 Exemplo Milho Exemplo Trigo Exemplo Arroz Estrutura dos grãos em proporções Exemplos Pericarpo do peso Germe do peso Endosperma do peso Arroz 5 7 3 4 89 92 Milho 5 7 10 12 82 84 Trigo 13 14 2 3 82 85 Fonte POMERANZ Y Composition of cereal grains CRC Handbook of transportation and marketing in agriculture Vol 2 1981 3 Composição dos grãos e sementes As principais substâncias armazenadas são os carboidratos lipídeos e proteínas sendo o principal carboidrato de reserva nas sementes o amido Em pequenas quantidades encontramos ainda minerais vitaminas e outras substâncias como as fibras Quando o amido é a substância de reserva predominante a semente é chamada amilácea Quando o predomínio é de lipídeos a semente é chamada oleaginosa e quando a proteína é predominante a semente é chamada de protéica Composição química dos grãos Exemplos Proteínas Gorduras Amido Fibras Arroz 73 22 643 08 Milho 98 49 636 20 Trigo 106 19 697 10 Fonte JULIANO BO Rice Chemistry and Technology 1985 Tamanho e forma dos grãos Características específicas de cada produto que podem ser influenciadas pelo ambiente ou o tempo de armazenamento O tamanho de um grão é determinado por seus eixos perpendiculares A forma dos grãos é determinada por comparações com formatos padrão esfera cilindro cone etc Esfericidade e Circularidade Características importantes na classificação e na avaliação da qualidade dos grãos A circularidade é a razão entre a maior área projetada do grãos e a área do menor círculo circunscrito Quanto mais próximo de 1 mais próximo o formato do grão é de um círculo A esfericidade é a razão entre o diâmetro do maior círculo inscrito e o diâmetro do menor círculo circunscrito Quanto mais próximo de 1 mais próximo o formato do grão é de uma esfera Estas características podem ser obtidas por meio de análise de imagens dos grãos ou por meio de equações que relacionam suas dimensões principais 4 Dimensões e pesos dos grãos Exemplos Comprimento mm Largura mm Diâmetro equivalente mm Peso mg Arroz 5 10 15 5 42 46 23 27 Milho 8 17 5 15 78 98 150 600 Trigo 5 8 25 45 37 45 30 45 Fonte POMERANZ Y Composition of cereal grains CRC Handbook of transportation and marketing in agriculture Vol 2 1981 Teor de água dos grãos Representa a quantidade de água por unidade de massa que compõe o produto geralmente expressa em porcentagem de base seca ou base úmida O teor de água na base úmida expressa a razão entre a massa de água e a massa total de produto Já o teor de água na base seca expressa a razão entre a massa de água e a massa de matéria seca do produto total da amostra Peso 100 Peso da água contida na amostra U bu da matéria seca da amostra Peso 100 Peso da água contida na amostra U bs Conversão de bases U bs U bu 1 U bu Ubu Ubs 1 U bs Exemplo 01 Grãos de milho precisam ser armazenados a 13bs Qual o valor equivalente em bu Ubu Ubs1 Ubs Ubu 0131013 0115 bu 115bu Exemplo 02 Grãos de trigo foram colhidos com teor de água igual a 18bu Qual o valor equivalente em bs Ubs U bu1 Ubu U bs 0181018 02195 2195 bs Teor de água e atividade de água Os grãos são materiais higroscópicos ou seja contêm água em estado líquido em contato direto com a estrutura celular que é evaporada na presença de ar com baixa umidade relativa água livre Mas possui também uma outra porção de água que está quimicamente presa ao material água de constituição A atividade de água é uma propriedade que se refere ao teor de água livre em um produto ou à umidade relativa de equilíbrio entre o ar do ambiente onde o produto está e o próprio produto Já o teor de água representa a água total presente no produto ou seja água de constituição e a água livre 5 Importância do teor de água O teor de água é o fator de maior importância na prevenção da deterioração dos grãos durante o armazenamento Por isso o ideal é que o teor de água dos grãos seja determinado antes do seu processamento e mantido dentro de faixas de valores capazes de resultar em um armazenamento seguro Para que isso ocorra dois conceitos são fundamentais Teor de água de equilíbrio verificado quando a razão de perda de umidade para o ambiente for igual à razão do ganho de umidade para determinadas condições de temperatura e umidade relativa Este equilíbrio higroscópico é observado depois que os grãos são expostos por um período de tempo prolongado a uma determinada condição ambiental Teor de água seguro Aproximadamente 1 menor que o teor de água crítico indicando o nível no qual os grãos podem ser armazenados sem perigo de desenvolvimento espontâneo da microflora Veja também o vídeo Teor de água seguro O teor de água crítico varia de grão para grão sendo relacionado a valores de umidade relativa de 70 a partir do qual o desenvolvimento de fungos e ácaros nos grãos é favorecido Em grãos sadios e secos os esporos da microflora no grão estão em estado de dormência e permanecem inativos até que as condições se tornem favoráveis para seu desenvolvimento Este teor de água estará em equilíbrio com uma determinada umidade relativa do ambiente intergranular umidade relativa de equilíbrio ou atividade de água atividade de água de equilíbrio Exemplos de teores de água seguro Fonte Hagstrum et al 2012 Como os valores da tabela anterior foram obtidos A relação entre o teor de água de equilíbrio e a umidade relativa do ar para uma determinada temperatura pode ser expressa por isotermas de equilíbrio ou por modelos de regressão Esta relação varia quando os grãos ganham água adsorção e quando perdem água dessorção Isto ocorre porque a velocidade de adsorção de água pelo grão é muito menor que a velocidade de dessorção Teor de água do grão OBSERVAÇÃO Absorção a umidade penetra no grão fazendo parte dele Adsorção a umidade adere ao grão mas não faz parte de sua estrutura Dessorção processo inverso à adsorção 6 Exemplo de isotermas de equilíbrio PALACIN JJ LACERDA FILHO AF CECON PR MONTES EJMM Determinação das isotermas de equilíbrio higroscópico de milho Zea mays L nas espigas Rev Bras Armaz 31 2 197205 2006 ChungPfost bs Henderson modificada bs Sendo A B C k D e n parâmetros que dependem do tipo de grão URE a umidade relativa do ar e T a temperatura do ar C Exemplos de modelos de regressão A lnURE 100 T Cln B U Grão A B C milho 30205 033872 0058970 sorgo 102849 035649 0050907 trigo 35662 027908 0042360 cevada 91323 033363 0050279 arroz 35703 029394 0046015 soja 100288 041631 0071853 Grão k D n milho 000008654 4981 18634 sorgo 000000853 1137 24757 trigo 00000123 6443 25558 cevada 000002292 1953 20123 arroz 000001919 5116 24451 soja 000030532 1341 12164 n 1 D kT 100 URE 0 01 ln 1 U ChungPfost bs Henderson modificada bs Sendo A B C k D e n parâmetros que dependem do tipo de grão URE a umidade relativa do ar e T a temperatura do ar C Ajustando os modelos para calcular URE Grão k D n milho 000008654 4981 18634 sorgo 000000853 1137 24757 trigo 00000123 6443 25558 cevada 000002292 1953 20123 arroz 000001919 5116 24451 soja 000030532 1341 12164 A T C B U exp 100 exp URE D100U exp kT 100 1 URE n Grão A B C milho 30205 033872 0058970 sorgo 102849 035649 0050907 trigo 35662 027908 0042360 cevada 91323 033363 0050279 arroz 35703 029394 0046015 soja 100288 041631 0071853 Usando ChungPfost bs e considerando a temperatura ambiente 25C Ainda lembrando que o teor de água seguro é relacionado a valores de umidade relativa abaixo de 70 U 033872 0058970 ln 25 30205 ln 07 0163 bs Ubu Ubs 1 U bs 0163 1 0163 0140 bu 14bu O teor de água seguro é aproximadamente 1 menor que o teor de água crítico logo 13 bu Este valor é o recomendado na tabela anterior para o armazenamento do milho por mais de 12 meses Qual o teor de água seguro para o milho A lnURE 100 T Cln B U 7 Determinação prática do teor de água A massa de água extraída do produto é relacionada com a massa de matéria seca ou com a massa total do material original Exigem mais tempo e trabalho destroem as amostras mas são mais exatos Utilizam uma propriedade do grão que varia com seu teor de água sendo calibrados por um método direto São mais rápidos não destroem as amostras e geralmente elétricos resultando em valores em bu Determinação por reações químicas Considerado o método mais exato para determinar o teor de água mas também o mais demorado e complexo Consiste na extração da água por meio de reações químicas oxidação do dióxido de enxofre pelo iodo em presença de água e pelo cálculo da quantidade extraída por meio da estequiometria Método da estufa A determinação pode ser feita em estufa sob pressão ou a vácuo sendo o método oficial no Brasil de acordo com as Regras para Análise de Sementes Amostras de grãos com massas conhecidas são secas calculandose o teor de água por meio da massa perdida na operação de secagem A razão entre a perda de massa da amostra retirada da estufa e sua massa original resulta no teor de água em base úmida Estufa Balança de precisão Método da destilação A umidade é removida pela fervura dos grãos em banho de óleo vegetal método BrownDuvel ou em tolueno cuja temperatura de ebulição é muito superior à da água O vapor de água oriundo da amostra é condensado recolhido e seu peso ou volume determinado 8 Método EDABO A Evaporação Direta da Água em Banho de Óleo é uma variação do método da destilação de baixo custo e de mesma precisão do métodopadrão Método da radiação por microondas A quantidade de energia absorvida pelo grão está diretamente relacionada ao seu teor de água A elevação da temperatura de amostras submetidas à radiação sob tempo de exposição fixo será maior quanto mais umidade o produto contiver e consequentemente uma maior quantidade de água será removida Propicia a obtenção de resultados em menor tempo quando comparado ao método de estufa Por se tratar de radiação de alta freqüência pode ocorrer a rápida elevação da temperatura das amostras sujeitas então à incineração e resultando na remoção de outras substâncias tais como amido gorduras e proteínas Método da radiação infravermelha Se baseia na espectrometria onde uma amostra é irradiada com luz em dois comprimentos de ondas diferentes na região do infravermelho Um comprimento de onda normalmente 970 1100 1450 e 1900 1950 2700 nm é absorvido pela água enquanto o outro é usado como referência normalmente 900 nm e é muito pouco absorvido A grande limitação deste método é que ele mede principalmente a umidade próxima ou na superfície do material como o método da resistência elétrica Fontes de erros nos métodos diretos Secagem incompleta Oxidação do material Erros de amostragem Erros de pesagem Erros de observação Tempo de secagem Redução de peso Período de secagem Fim da secagem Oxidação 9 Método da resistência elétrica A capacidade de um material biológico conduzir eletricidade condutividade elétrica varia com o seu teor de água Para os grãos a seguinte relação ocorre A resistência elétrica de um material varia também com a temperatura No caso dos grãos o aumento de temperatura resulta na diminuição da resistência elétrica Também quanto maior a pressão exercida pelos eletrodos sobre a amostra de grãos menor será a resistência elétrica R log 1 B U Em que U é o teor de água B é uma constante de depende de cada produto e R é a resistência elétrica Ω Equipamentos baseados na resistência elétrica Devem possuir correção de temperatura e apresentar em seu manual qual a pressão que deverá ser exercida sobre os grãos dependendo do seu tipo Método da capacitância A constante dielétrica dos grãos colocados entre as duas placas de um capacitor é medida e relacionada ao teor de água Dentre os métodos indiretos este é considerado o mais acurado Para os grãos a seguinte relação ocorre D C U Em que U é o teor de água D é a constante dielétrica e C é uma constante que depende do aparelho e do tipo de grão Equipamentos baseados na capacitância Geralmente os equipamentos baseados neste princípio não danificam a amostra de grãos mas também devem possuir correção de temperatura 10 Método da umidade relativa A umidade relativa do ar intergranular é medida e considerada como a umidade relativa de equilíbrio com o teor de água dos grãos Outras propriedades dos grãos Além do teor de água várias outras propriedades físicas são atribuídas aos grãos tendo efeitos significantes nos processos de secagem e aeração além de influenciar nas condições para uma armazenagem segura e no dimensionamento de equipamentos para esta área da Agronomia Todas essas propriedades podem ser obtidas por meio de medidas práticas ou por meio de valores tabelados ou regressões disponíveis em literatura Ângulo de repouso º Ângulo máximo do talude formado pelos grãos em relação ao plano horizontal sendo importante nos processos relacionados ao armazenamento dos grãos e no dimensionamento de equipamentos e unidades armazenadoras Este ângulo pode se formar durante o preenchimento do silo ou durante sua descarga sendo maior em massas de grãos com teores de água maiores e variando também com o tipo de material do silo e com o tipo de grãos armazenados Veja o vídeo sobre este assunto para complementar seu entendimento Porosidade Relação entre o volume ocupado pelo ar existente na massa granular e o volume total ocupado por esta massa Tem grande influência sobre a pressão de um fluxo de ar que atravessa a massa de grãos e em outros processos agrícolas A porosidade pode ser determinada conhecendose a massa específica aparente e a real de um determinado volume de grãos ou utilizandose um picnômetro Este equipamento é um recipiente de volume conhecido que possui duas câmaras de igual volume uma vazia e uma para conter a amostra sob investigação As câmaras são submetidas à pressão O volume do ar utilizado para preencher os espaços vazios da amostra é determinado pela relação entre a pressão e volume no sistema fechado 11 Exemplos de picnômetros Fonte Oliveira Jr et al Projeto e construção de um picnômetro a ar para caracterização de insumos e produtos farmacêuticos Química Nova 336 2010 Massa específica aparente kg m3 Razão entre a massa e o volume de determinada quantidade de grãos incluindo os espaços intergranulares Também chamada de peso hectolítrico A variação nesta propriedade geralmente está associada ao teor de água do grão ataques de insetos ação de fungos temperatura de armazenagem e variedade dos grãos Esta propriedade é útil na análise de qualidade dos grãos e estudos genéticos além de influenciar no dimensionamento de secadores e sistemas de aeração de grãos OBS A massa específica real de uma massa de grãos é dada pela razão entre a massa e o volume de determinada quantidade de grãos desconsiderando os espaços intergranulares Determinação da massa específica Na determinação da massa específica aparente utilizase geralmente uma balança de peso hectolítrico ou um picnômetro A massa específica real dos grãos agrícolas pode ser determinada pelo método do deslocamento de líquidos ou como função da porosidade e da massa específica aparente do produto Veja o vídeo sobre este assunto para complementar seu entendimento Peso de 1000 grãos g Esta propriedade é importante em avaliações de produtividade aplicação de fungicidas variações genéticas otimização de vazões durante a secagem de grãos além de outros processos O peso de 1000 grãos geralmente é determinado utilizandose balança de precisão Para a contagem dos grãos o equipamento Numigral é bastante utilizado pois realiza automaticamente a contagem de 1000 grãos através de uma fotocélula e rampa vibratória 12 Velocidade terminal m s1 Velocidade que se pode impor ao ar para que ele não arraste os grãos durante sua passagem em um determinado processo Útil em dimensionamentos de equipamentos e sistemas de separação limpeza transporte de grãos secadores além de outros Para determinar esta propriedade uma quantidade de grãos deve ser submetida a um fluxo de ar vertical e ascendente capaz de fazer com que os grãos flutuem sem se deslocar de uma determinada seção de um duto vertical Veja o vídeo sobre este assunto para complementar seu entendimento Condutividade térmica W m1 ºC1 Taxa de calor que flui por condução normal a uma superfície por unidade de tempo quando é estabelecido um gradiente de temperatura entre esta superfície e outra paralela Nos grãos o valor desta propriedade varia de acordo com a sua espécie o seu teor de água e a temperatura sendo sempre bastante baixo e possibilitando que o microclima modificado seja mantido por um período considerável depois que o processo de aeração ou de secagem ocorre A determinação desta propriedade para os produtos agrícolas pode ser feita por métodos estacionários ou transientes Geralmente ela é complexa devido aos processos de transferência de calor e de massa alterações químicas e estruturais ocorridas durante o processamento e durante o armazenamento dos grãos Difusividade térmica m2 h1 Variação de temperatura produzida em um volume unitário de determinada substância pela quantidade de energia fluindo entre duas faces na unidade de tempo Propriedade diretamente relacionada ao processo de transferência de massa durante a aeração e durante a secagem Assim como ocorre com a condutividade térmica a determinação desta propriedade para os produtos agrícolas é complexa podendo ser feita por métodos estacionários ou transientes Calor específico J ºC1 kg1 Representa a quantidade de energia térmica requerida para aumentar a temperatura de 1 kg de produto em 1 ºC Esta propriedade também influencia os processos de transferência de calor e de massa durante a aeração e durante a secagem dos grãos Os principais processos para a determinação do calor específico são pela relação entre a condutividade térmica massa específica e difusividade térmica pelo processo de misturas por calorímetros varredura diferencial ou de gelo ou por bomba calorimétrica Geralmente verificase a situação de equilíbrio térmico entre a amostra de grãos e outra substância cujo calor específico é conhecido 13 Condutividade elétrica μS cm1 g1 Especifica o caráter elétrico de um material sendo o recíproco da resistividade Ou seja indica a facilidade com a qual um material é capaz de conduzir uma corrente elétrica Esta propriedade tem se destacado como uma das mais promissoras na avaliação da qualidade de grãos e sementes imersas em solução aquosa permeabilidade germinação vigor etc devido à rapidez de seus testes e confiabilidade dos resultados Para se determinar a CE em soluções aquosas medese a quantidade de eletrólitos liberados pelo grão na água de embebição Geralmente para isso são utilizados sensores próprios chamados condutivímetros Qualidade dos grãos armazenados Sementes ou grãos são suscetíveis a ataques de fungos insetos roedores bactérias Também o processo de respiração dos grãos interfere na perda de matéria seca durante a armazenagem assunto que será abordado em mais detalhes em aulas à frente Além da perda de matéria seca estes ataques podem causar perda de peso diminuição do valor nutritivo fermentação e outros processos que alteram as propriedades sensoriais do produto Atualmente as boas técnicas de armazenagem recomendam que as perdas de grãos armazenados não devem ultrapassar 20 Nos EUA este valor está próximo de 5 Indicadores de qualidade dos grãos A qualidade dos grãos está relacionada ao uso final do produto Para fins comerciais os grãos podem ser classificados de acordo com características ou propriedades capazes de quantificar os efeitos nocivos dos agentes responsáveis pelas perdas no ambiente de armazenagem Os grãos regulares são aqueles normalmente desenvolvidos que apresentam boas condições de maturidade e conservação O Ministério da Agricultura disponibiliza instruções normativas que regulam tecnicamente a qualidade a amostragem e todos os procedimentos complementares para a classificação dos diferentes tipos de grãos Principais tipos de danos visíveis nos grãos Grãos quebrados grãos ou pedaços de grãos sadios que ficam retidos em peneiras com crivos circulares de diâmetros que dependem do tipo de grão Grãos ardidos grãos ou pedaços de grãos que perderam a cor característica por ação do calor e umidade ou fermentação em mais de ¼ do seu tamanho 14 Grãos brotados grãos ou pedaços de grãos que se apresentam com indícios de germinação ou germinados Grãos imaturos Grãos ou pedaços de grãos que se apresentam verdes por não terem atingido o desenvolvimento completo Principais tipos de danos visíveis nos grãos Grãos carunchados grãos ou pedaços de grãos furados ou infestados por insetos vivos ou mortos Grãos chochos são os grãos enrugados por deficiência de desenvolvimento Principais tipos de danos visíveis nos grãos Grãos danificados grãos ou pedaços de grãos que se apresentam atacados por pragas ou doenças avariados por processos de secagem ou qualquer outra causa Grãos mofados grãos ou pedaços de grãos afetados por fungos Principais tipos de danos visíveis nos grãos Contaminações Micotoxinas Valor nutritivo Teor de óleo Danos estruturais Susceptibilidade à quebra Danos por calor Característica de moagem Viabilidade eou germinação Teor de carcinogêneo Teor de óleo Teor de proteínas Teor de carboidratos Indicativos não visíveis nos grãos 15 Mais detalhes sobre este assunto BROOKER D B BARKERARKEMA F W HALL C W Drying and storage of grains and oilseeds 1 ed New York AVIBook 1992 468 p Capítulos 2 4 e 5 HAGSTRUM DW et al Stored product protection Kansas State University 2012 Capítulos 10 20 e 24 httpwwwksreksuedubookstorepubsS156pdf SILVA J S Ed Secagem e armazenagem de produtos agrícolas 2 ed Viçosa Aprenda Fácil 2009 Capítulos 2 4 13 e 19 PABIS S JAYAS D S CENKOWSKI S ed Grains drying theory and practice 1 ed San FranciscoJohn Wiley Sons 1998 303 p capítulo 9