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Publication
Breakfast snacks made from extruded leguminous flour
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Authors
Advisor(s)
Abstract(s)
Although legumes are recognized as nutritionally richer than cereal grains, contributing a higher content of protein, dietary fiber, complex carbohydrates, and bioactive compounds, their global consumption often remains below recommended levels. Many countries, particularly in Europe, do not meet the suggested intake targets. In this regard, it becomes crucial to address alternatives that allow for offering nutritionally more attractive, convenient, and healthy foods that can be included in the daily diet and contribute to the maintenance of consumer health.
From this perspective, the present study aims to address the need for highly nutritious snacks, leveraging extrusion technology to enrich corn semolina flour and rice flour with chickpea flour in order to obtain protein-enriched ready-to-eat snacks. The specific objectives encompassed defining the optimized extrusion parameters as well as the proportions of each flour in the mixture to ensure not only the improvement of the protein content but also the organoleptic and texture characteristics expected by the consumer of this type of product.
Additionally, the study intended to characterize the resulting snacks physically and nutritionally (fat, ash, protein, carbohydrates, and energy value) as well as to determine the chemical composition, and evaluate the bioactive properties, specifically antibacterial and antifungal activities.
The extrusion process was achieved using a twin-screw extruder to combine chickpea flour with rice flour or corn semolina. The process parameters, including screw speed, water flow, and a multi-zone temperature profile, were meticulously recorded to correlate with the resulting product characteristics, such as desirable color, crunchy texture, homogeneous flow, particle diameter, and protein content. For the Rice:Chickpea (AGE) flour mixture, the optimized characteristics (white color, crunchy texture, homogeneous flow, and good particle diameter) were achieved using a high screw speed of 600 rpm and a die temperature of 180°C (AGE4). In turn, the Corn Semolina:Chickpea (SGE1) flour mixture achieved optimized physical attributes (golden color, crunchy texture, homogeneous flow, and medium particle diameter) at a lower screw speed of 400 rpm and a relatively lower die temperature of 120°C.
Protein content was evaluated using the Kjeldahl method. Among all tested conditions, measured protein levels ranged from 10.23 g/100 g PS (DW) to a maximum of 13.39 g/100 g PS (AGE 4). Specifically, the Corn Semolina:Chickpea (50:50) mixtures reached up to 12.58 g/100 g PS (SGE 1). The two formulations with the best performance in terms of physical characteristics and protein content were selected for complete nutritional and chemical characterization: SGE1 (Corn Semolina:Chickpea, 50:50) and AGE4 (Rice:Chickpea, 50:50).
Both SGE and AGE are classified as ready-to-eat snacks with low fat content, high carbohydrate content, and high protein content. They exhibited very low moisture (SGE:3.97%; AGE: 3.63%) and very low fat content (SGE: 0.048 g/100 g fresh weight; AGE: 0.043g/100 g fresh weight), which are desirable attributes for shelf stability and health. The AGE formulation demonstrated a statistically higher protein content (13.39 ± 0.01 g/100 g dry weight) compared to SGE (12.58 ± 0.10 g/100 g dry weight), suggesting that the Rice:Chickpea mixture offers a more protein-rich snack option. Carbohydrates were the main macronutriente (SGE: 83.28 g/100 g fresh weight; AGE: 82.81 g/100 g fresh weight), resulting in similar
overall energy values (AGE: 385 Kcal/100 g; SGE: 384 Kcal/100 g). Chemical analysis of free sugars revealed sucrose as the only free sugar present in both snacks. The low free sugar contente is favorably aligned with public health recommendations. The fatty acid profiles were distinct: SGE exhibited a lipid profile rich in saturated fatty acids (AGS: 55.3 ± 0.1%), with palmitic acid (C16:0) being the most abundant (45.287 ± 0.42%). Meanwhile, AGE demonstrated a profile rich in polyunsaturated fatty acids (AGPI: 48.4 ± 0.1%), predominantly linoleic acid (C18:2n6c: 48.438 ± 0.07%). Regarding bioactive properties, the evaluation of the extracts showed limited antibacterial activity against most tested foodborne pathogens (including Gram-negative E. coli and Gram-positive S. aureus). Minimum Inhibitory Concentrations (MICs) generally exceeded the maximum concentration tested (> 10 mg/mL). However, both SGE and AGE extracts showed fungistatic activity against Aspergillus species. The MIC values for fungal inhibition against A. brasiliensis and A. fumigatus ranged between 5 mg/mL and 10 mg/mL, although neither reached a fungicidal concentration (MFC > 10 mg/mL).
This study successfully demonstrated that extrusion technology can be effectively applied in the development of ready-to-eat snacks, rich in protein, low in fat, and with energy balance, by combining chickpea flour with rice and semolina flours. The rice and chickpea formulation (AGE) showed the highest protein content and a favorable fatty acid profile, confirming the potential of legumes to increase the nutritional value of extruded products. These findings highlight the relevance of legume mixtures in formulating healthy, protein-rich snacks that meet modern consumer demands for nutritious and practical plant-based foods, while also supporting strategies to improve global protein intake and diet quality.
Apesar de as leguminosas serem reconhecidas como nutricionalmente mais ricas que os grãos de cereais, contribuindo com maior teor de proteína, fibra dietética, hidratos de carbono complexos e compostos bioativos, o seu consumo global permanece frequentemente abaixo dos níveis recomendados. Muitos países, particularmente na Europa, não atingem as metas de ingestão sugeridas. Neste sentido torna-se crucial abordar alternativas que permitam oferecer alimentos nutricionalmente mais atrativos, convenientes e saudáveis que possam ser incluídos na dieta diária e contribuir para a manutenção da saúde dos consumidores. Nesta perspetiva, o presente estudo visa abordar a necessidade de snacks altamente nutritivos, alavancando a tecnologia de extrusão para enriquecer farinha de semolina de milho e de arroz com farinha de grão-de-bico de forma a obter snacks prontos a consumir enriquecidos em proteínas. Os objetivos específicos englobaram a definição dos parâmetros otimizados de extrusão bem como, das proporções de cada farinha na mistura para garantir não só a melhoria do teor de proteínas como também as características organoléticas e de textura espectáveis pelo consumidor deste tipo de produtos. Adicionalmente, o estudo pretendeu caracterizar física e nutricional (gordura, cinzas, proteína, hidratos de carbono e valor energético) os snacks resultantes bem como, determinar a composição química, e avaliar as propriedades bioativas, especificamente as atividades antibacteriana e antifúngica. O processo de extrusão foi alcançado utilizando um extrusor de rosca dupla para combinar farinha de grão-de-bico com farinha de arroz ou semolina de milho. Os parâmetros do processo, incluindo a velocidade da rosca, o fluxo de água e um perfil de temperatura multi-zona, foram meticulosamente registados para correlacionar com as características do produto resultante, tais como cor desejável, textura crocante, fluxo homogéneo, diâmetro de partícula e teor em proteínas. Para a mistura de farinhas Arroz:Grão-de-bico (AGE), as características otimizadas (cor branca, textura crocante, fluxo homogéneo e bom diâmetro de partícula) foram alcançadas utilizando uma velocidade de rosca elevada de 600 rpm e uma temperatura da matriz de 180°C (AGE4). Por sua vez, a mistura de farinhas Semolina de milho:Grão-de-bico (SGE1) alcançou atributos físicos otimizados (cor dourada, textura crocante, fluxo homogéneo e diâmetro de partícula médio) a uma velocidade de rosca mais baixa de 400 rpm e uma temperatura da matriz relativamente mais baixa de 120°C. O teor de proteína foi avaliado utilizando o método Kjeldahl. Entre todas as condições testadas, os níveis de proteína medidos variaram de 10,23 g/100 g PS (DW) a um máximo de 13,39g/ 100g PS (AGE 4). Especificamente, as misturas Semolina de milho:Grão-de-bico (50:50) atingiram até 12,58 g/100 g PS (SGE 1). As duas formulações com melhor desempenho a nível de características físicas e teor em proteínas fora selecionadas para a caracterização nutricional e química completa: SGE1 (Semolina de milho:Grão-de-bico, 50:50) e AGE4 (Arroz:Grão-de-bico, 50:50). Tanto SGE como AGE são classificados como snacks prontos a consumir com baixo teor de gordura, alto teor de hidratos de carbono e alto teor de proteína. Apresentaram humidade muito baixa (SGE: 3,97%; AGE: 3,63%) e teor de gordura muito baixo (SGE: 0,048 g/100 g peso fresco; AGE: 0,043 g/100 g peso fresco), atributos desejáveis para a estabilidade em prateleira e para a saúde. A formulação AGE demonstrou um teor de proteína estatisticamente mais elevado (13,39 ± 0,01 g/100 g peso seco) em comparação com SGE (12,58 ± 0,10 g/100g peso seco), sugerindo que a mistura Arroz:Grão-de-bico oferece uma opção de snack mais rica em proteínas. Os hidratos de carbono foram o principal macronutriente (SGE: 83,28 g/100g peso fresco; AGE: 82,81 g/100 g peso fresco), resultando em valores energéticos globais semelhantes (AGE: 385 Kcal/100 g; SGE: 384 Kcal/100 g). A análise química dos açúcares livres revelou a sacarose como o único açúcar livre presente em ambos os snacks. O baixo teor de açúcar livre está favoravelmente alinhado com as recomendações de saúde pública. Os perfis de ácidos gordos foram distintos: SGE exibiu um perfil lipídico rico em ácidos gordos saturados (AGS: 55,3 ± 0,1%), com o ácido palmítico (C16:0) como o mais abundante (45,287 ± 0,42%). Enquanto isso, AGE demonstrou um perfil rico em ácidos gordos polinsaturados (AGPI: 48,4 ± 0,1%), com predominância do ácido linoleico (C18:2n6c: 48,438 ± 0,07%). Relativamente às propriedades bioativas, a avaliação dos extratos demonstrou uma atividade antibacteriana limitada contra a maioria dos agentes patogénicos de origem alimentar testados (incluindo E. coli Gram-negativa e S. aureus Gram-positiva). As Concentrações Inibitórias Mínimas (CIM) ultrapassaram, de um modo geral, a concentração máxima testada (> 10 mg/mL). No entanto, tanto os extratos de SGE como de AGE apresentaram atividade fungistática contra espécies de Aspergillus. Os valores de CIM para a inibição fúngica contra A. brasiliensis e A. fumigatus variaram entre 5 mg/mL e 10 mg/mL, embora nenhum deles tenha atingido uma concentração fungicida (CFM > 10 mg/mL). Este estudo demonstrou com sucesso que a tecnologia de extrusão pode ser aplicada eficazmente no desenvolvimento de snacks prontos a consumir, ricos em proteína, com baixo teor de gordura e com equilíbrio energético, combinando farinha de grão-de-bico com farinhas de arroz e sêmola. A formulação de arroz e grão-de-bico (AGE) apresentou o maior teor proteico e um perfil favorável de ácidos gordos, confirmando o potencial das leguminosas para aumentar o valor nutricional dos produtos extrudidos. Estas descobertas destacam a relevância das misturas de leguminosas na formulação de snacks saudáveis e ricos em proteínas que satisfaçam as exigências modernas dos consumidores por alimentos vegetais nutritivos e práticos, ao mesmo tempo que apoiam estratégias para melhorar a ingestão global de proteínas e a qualidade da dieta.
Apesar de as leguminosas serem reconhecidas como nutricionalmente mais ricas que os grãos de cereais, contribuindo com maior teor de proteína, fibra dietética, hidratos de carbono complexos e compostos bioativos, o seu consumo global permanece frequentemente abaixo dos níveis recomendados. Muitos países, particularmente na Europa, não atingem as metas de ingestão sugeridas. Neste sentido torna-se crucial abordar alternativas que permitam oferecer alimentos nutricionalmente mais atrativos, convenientes e saudáveis que possam ser incluídos na dieta diária e contribuir para a manutenção da saúde dos consumidores. Nesta perspetiva, o presente estudo visa abordar a necessidade de snacks altamente nutritivos, alavancando a tecnologia de extrusão para enriquecer farinha de semolina de milho e de arroz com farinha de grão-de-bico de forma a obter snacks prontos a consumir enriquecidos em proteínas. Os objetivos específicos englobaram a definição dos parâmetros otimizados de extrusão bem como, das proporções de cada farinha na mistura para garantir não só a melhoria do teor de proteínas como também as características organoléticas e de textura espectáveis pelo consumidor deste tipo de produtos. Adicionalmente, o estudo pretendeu caracterizar física e nutricional (gordura, cinzas, proteína, hidratos de carbono e valor energético) os snacks resultantes bem como, determinar a composição química, e avaliar as propriedades bioativas, especificamente as atividades antibacteriana e antifúngica. O processo de extrusão foi alcançado utilizando um extrusor de rosca dupla para combinar farinha de grão-de-bico com farinha de arroz ou semolina de milho. Os parâmetros do processo, incluindo a velocidade da rosca, o fluxo de água e um perfil de temperatura multi-zona, foram meticulosamente registados para correlacionar com as características do produto resultante, tais como cor desejável, textura crocante, fluxo homogéneo, diâmetro de partícula e teor em proteínas. Para a mistura de farinhas Arroz:Grão-de-bico (AGE), as características otimizadas (cor branca, textura crocante, fluxo homogéneo e bom diâmetro de partícula) foram alcançadas utilizando uma velocidade de rosca elevada de 600 rpm e uma temperatura da matriz de 180°C (AGE4). Por sua vez, a mistura de farinhas Semolina de milho:Grão-de-bico (SGE1) alcançou atributos físicos otimizados (cor dourada, textura crocante, fluxo homogéneo e diâmetro de partícula médio) a uma velocidade de rosca mais baixa de 400 rpm e uma temperatura da matriz relativamente mais baixa de 120°C. O teor de proteína foi avaliado utilizando o método Kjeldahl. Entre todas as condições testadas, os níveis de proteína medidos variaram de 10,23 g/100 g PS (DW) a um máximo de 13,39g/ 100g PS (AGE 4). Especificamente, as misturas Semolina de milho:Grão-de-bico (50:50) atingiram até 12,58 g/100 g PS (SGE 1). As duas formulações com melhor desempenho a nível de características físicas e teor em proteínas fora selecionadas para a caracterização nutricional e química completa: SGE1 (Semolina de milho:Grão-de-bico, 50:50) e AGE4 (Arroz:Grão-de-bico, 50:50). Tanto SGE como AGE são classificados como snacks prontos a consumir com baixo teor de gordura, alto teor de hidratos de carbono e alto teor de proteína. Apresentaram humidade muito baixa (SGE: 3,97%; AGE: 3,63%) e teor de gordura muito baixo (SGE: 0,048 g/100 g peso fresco; AGE: 0,043 g/100 g peso fresco), atributos desejáveis para a estabilidade em prateleira e para a saúde. A formulação AGE demonstrou um teor de proteína estatisticamente mais elevado (13,39 ± 0,01 g/100 g peso seco) em comparação com SGE (12,58 ± 0,10 g/100g peso seco), sugerindo que a mistura Arroz:Grão-de-bico oferece uma opção de snack mais rica em proteínas. Os hidratos de carbono foram o principal macronutriente (SGE: 83,28 g/100g peso fresco; AGE: 82,81 g/100 g peso fresco), resultando em valores energéticos globais semelhantes (AGE: 385 Kcal/100 g; SGE: 384 Kcal/100 g). A análise química dos açúcares livres revelou a sacarose como o único açúcar livre presente em ambos os snacks. O baixo teor de açúcar livre está favoravelmente alinhado com as recomendações de saúde pública. Os perfis de ácidos gordos foram distintos: SGE exibiu um perfil lipídico rico em ácidos gordos saturados (AGS: 55,3 ± 0,1%), com o ácido palmítico (C16:0) como o mais abundante (45,287 ± 0,42%). Enquanto isso, AGE demonstrou um perfil rico em ácidos gordos polinsaturados (AGPI: 48,4 ± 0,1%), com predominância do ácido linoleico (C18:2n6c: 48,438 ± 0,07%). Relativamente às propriedades bioativas, a avaliação dos extratos demonstrou uma atividade antibacteriana limitada contra a maioria dos agentes patogénicos de origem alimentar testados (incluindo E. coli Gram-negativa e S. aureus Gram-positiva). As Concentrações Inibitórias Mínimas (CIM) ultrapassaram, de um modo geral, a concentração máxima testada (> 10 mg/mL). No entanto, tanto os extratos de SGE como de AGE apresentaram atividade fungistática contra espécies de Aspergillus. Os valores de CIM para a inibição fúngica contra A. brasiliensis e A. fumigatus variaram entre 5 mg/mL e 10 mg/mL, embora nenhum deles tenha atingido uma concentração fungicida (CFM > 10 mg/mL). Este estudo demonstrou com sucesso que a tecnologia de extrusão pode ser aplicada eficazmente no desenvolvimento de snacks prontos a consumir, ricos em proteína, com baixo teor de gordura e com equilíbrio energético, combinando farinha de grão-de-bico com farinhas de arroz e sêmola. A formulação de arroz e grão-de-bico (AGE) apresentou o maior teor proteico e um perfil favorável de ácidos gordos, confirmando o potencial das leguminosas para aumentar o valor nutricional dos produtos extrudidos. Estas descobertas destacam a relevância das misturas de leguminosas na formulação de snacks saudáveis e ricos em proteínas que satisfaçam as exigências modernas dos consumidores por alimentos vegetais nutritivos e práticos, ao mesmo tempo que apoiam estratégias para melhorar a ingestão global de proteínas e a qualidade da dieta.
Description
Mestrado de dupla diplomação com a Université Libre de Tunis
Keywords
Chickpea flour Extrusion cooking Free sugars Legumes Nutritional characterization Protein-enriched Ready-to-eat snacks