Study of rice varieties: chemical and nutritional facts

Abstract

Este estágio curricular foi desenvolvido em parceria com a Novarroz – Produtos Alimentares, S.A., uma empresa familiar cuja atividade principal é o processamento e comercialização de arroz e dos seus subprodutos. O arroz (Oryza sativa) é uma das mais importantes culturas de cereais e é consumido por 60% da população mundial, sendo uma das principais fontes de nutrientes e energia. Desta forma, o conhecimento da composição das variedades de arroz é de total importância para a Novarroz, Produtos Alimentares, S.A. Assim, este trabalho englobou dois objetivos principais. O primeiro objetivo consistiu na caraterização de 23 amostras de arroz branqueado da nova colheita, nomeadamente em termos de caraterísticas físicas dos grãos de arroz, propriedades de gelificação, composição química e nutricional. A determinação das caraterísticas físicas dos grãos de arroz permitiu observar maiores comprimentos e proporções comprimento/largura para as variedades de arroz indica. Foram obtidas correlações elevadas entre estes dois parâmetros. As amostras de arroz japonica mostraram maiores percentagens de área gessada comparando com as variedades indica. Assim, obteve-se uma correlação elevada e positiva entre a brancura total e o kett. O comportamento do amido durante o cozinhamento e arrefecimento foi avaliado através da determinação das viscosidades. Em geral, as viscosidades do pico e rutura foram mais elevadas para as amostras de arroz japonica. Por outro lado, as viscosidades de retrocesso foram superiores para as variedades indica e negativa e fortemente correlacionadas com as viscosidades do pico e de rutura. O conteúdo de amido total variou de 74.79 a 84.45%, em matéria seca. A determinação do conteúdo de amilose atribuiu os maiores valores às variedades indica. Este parâmetro estava fortemente correlacionado com as propriedades de gelificação. O índice glicémico (IG) das amostras de arroz foi determinado. As amostras cuja hidrólise de amido foi mais rápida ao longo do tempo apresentaram valores de IG mais elevados. Indica6 apresentou o menor IG (76.40 ± 1.06) sendo visto como uma variedade de arroz de baixo IG destinada a diabéticos do tipo 2. O IG e o conteúdo de amilose apresentaram uma correlação negativa, estando de acordo com a literatura. O segundo objetivo deste estágio consistiu na germinação de duas amostras de arroz integral: japonica14 G0h e japonica15 G0h. Estas amostras foram germinadas em água da Novarroz (pH = 5.3), a pH = 3.0 e a pH = 4.0 durante 24, 48 e 72 horas, a fim de verificar as alterações bioquímicas que ocorreram durante a germinação, principalmente em termos do conteúdo de ácido gama-aminobutírico (GABA), um aminoácido não proteico que tem sido implicado em muitos benefícios para a saúde. Os conteúdos de amido total e amilose diminuíram significativamente. Como esperado, a hidrólise de amido levou a um aumento do conteúdo de açucares redutores ao longo do tempo. Em geral, o processo de germinação contribuiu para o aumento do IG. Contudo, as amostras germinadas japonica15 G24_5.3, japonica15 G24_3.0 e japonica15 G24_4.0 apresentaram uma diminuição significativa no IG comparando com a amostra japonica15 G0h. Efectivamente foi encontrada uma relação entre o conteúdo de GABA e as condições acídicas da germinação. A germinação a pH = 3.0 levou a um aumento significativo de GABA nos grãos de arroz com o tempo, principalmente nas amostras japonica14: a cada 24 horas, o conteúdo de GABA aumentou significativamente, variando entre 9.27 (0 horas) e 43.63 mg/100 de matéria seca (72 horas), mostrando um aumento de quase 5 vezes em relação à amostra não-germinada japonica14, corroborando estudos anteriores.

This traineeship was developed in partnership with Novarroz – Produtos Alimentares, S.A., a familiar company whose major activity is the processing and commercialization of rice and its by-products. Rice (Oryza sativa) is one of the most important cereal crops and it is consumed by 60% of the world’s population, being one of the main sources of nutrients and energy. Thus, the knowledge of the composition of rice varieties is of total importance to Novarroz, Produtos Alimentares, S.A. Therefore, this work comprised two main goals. The first goal consisted in the characterization of 23 milled rice samples from the new harvest, namely in terms of physical characteristics of the rice grains, pasting properties and chemical and nutritional composition. Physical analyses of the rice grains enabled detecting higher length and length-to-width ratio values to indica rice varieties. Strong correlations were found between these parameters. Japonica rice samples showed higher chalky area % compared to indica varieties. Chalky area was strongly and positively correlated with total whiteness and kett. Starch behaviour during cooking and cooling was assessed through the determination of pasting properties. In general, peak and breakdown viscosities were higher for japonica rice samples. These two parameters were found strongly and positively correlated. On the other hand, setback viscosities were higher for indica rice varieties and negatively and strongly correlated with peak and breakdown viscosities. Total starch ranged from 74.79 to 84.45 %, in dry matter. The determination of amylose assigned the highest values to indica varieties. This parameter was strongly correlated with pasting properties. Glycemic index (GI) of rice samples was determined. Samples in which starch hydrolysis was faster over time presented the higher GI values. Indica6 presented the lowest GI (76.40 ± 1.06) being seen as a possible low GI rice variety destined to type 2 diabetic people. A negative correlation was found between glycemic index and amylose content corroborating some literature reports. The second goal of this internship consisted in the germination of two brown rice samples: japonica14 G0h and japonica15 G0h. These samples were germinated in Novarroz’s water (pH = 5.3), pH = 3.0 and pH = 4.0 for 24, 48 and 72 hours in order to assess the biochemical changes occurring during germination, mainly in terms of γ - aminobutyric acid (GABA) content, a non-protein amino acid that has been implicated in many health benefits. A significant decrease was detected in total starch and amylose contents. As expected, starch hydrolysis led to an increase in reducing sugars content over time. In general, the germination process contributed to the increase of the GI. However, japonica15 G24_w, japonica15 G24_3.0 and japonica15 G24_4.0 presented a significant decrease in GI compared to japonica15 G0h. A relation between acid germination conditions and GABA content was effectively detected. Germination at pH = 3.0 led to a significant increase in GABA content in the rice grains over time, mainly in japonica14 samples: each 24 hours, the GABA content increased significantly ranging from 9.27 (at 0 hours) to 43.63 mg/100 dry matter (at 72 hours), showing an increase of almost 5 times in relation to ungerminated japonica14, corroborating previous reports.