CINÉTICA DE SECAGEM DE POLPA DE FACHEIRO DRYING KINETICS OF CEREUS SQUAMOSUS PULP

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1 17 ISSN CINÉTICA DE SECAGEM DE POLPA DE FACHEIRO Ezenildo Emanuel de Lima 1, Rossana Maria Feitosa de Figueirêdo 2 Alexandre José de Melo Queiroz 2 RESUMO O presente trabalho foi desenvolvido com o objetivo de se estudar a secagem em camada fina de três tipos de polpa de facheiro nas temperaturas de 50, 60 e 70 C em estufa com circulação forçada de ar. Para a representação da cinética de secagem foram empregados os modelos matemáticos de, Henderson & Pabis e., e como critério de avaliação destes utilizou-se o coeficiente de determinação (R 2 ) e o desvio quadrático médio (DQM). Mediante os resultados obtidos observou-se que o aumento da temperatura diminuiu o tempo de secagem das amostras e que a polpa da base apresentou menor tempo de secagem. Dentre os modelos aplicados o de Midilli et al. apresentou os maiores valores de R 2 e os menores valores de DQM para a faixa de temperatura estudada. Palavras chave: Cereus squamosus, desidratação, xerófita DRYING KINETICS OF CEREUS SQUAMOSUS PULP ABSTRACT The present work was developed with the objective to study the thin layer drying of three types of Cereus squamosus pulp at various temperatures (50, 60 and 70 ºC) in an oven with forced air circulation. For the representation of the drying process the mathematic models of, Henderson & Pabis and. were used, and as criterion of evaluation of it was used the coefficient of determination (R 2 ) and the root mean square error (DQM). By means of the gotten results the increase of the temperature diminishes the time of process and that the base pulp showed the minor drying time. Amongst the models fitted to the experimental data, the model of. presented the biggest values for R 2 and the smallest values for DQM within the band of studied temperature. Keywords: Cereus squamosus, drying, xerophyte Protocolo 930 de 25/058/ Mestre em Engenharia Agrícola, Unidade Acadêmica de Engenharia Agrícola, UFCG, Campina Grande - PB. 2 Eng. Agrícola, Prof. Adjunto, Unidade Acadêmica de Engenharia Agrícola, Centro de Tecnologia e Recursos Naturais, UFCG, Campina Grande -PB, Caixa Postal , Campina Grande - PB. rossana@deag.ufcg.edu.br

2 18 Cinética de secagem de polpa de facheiro Lima et al. INTRODUÇÃO O facheiro (Cereus squamosus) é uma cactácea xerófila, robusta, pouco ramificada, de cor verde-escura, armada de espinhos agudos; com flores grandes isoladas e altas (BARBOSA, 1998). Seu caule é suculento, carnoso e verde, com formato externo geralmente cilíndrico. Internamente, o caule apresenta cor amarelada, um parênquima armazenador de água e um cilindro vascular (tecido de transporte), responsável pela nutrição do vegetal, sendo constituído de líber e de lenho (GUIZZO, 1994). O facheiro é empregado na alimentação humana e animal; no primeiro caso, geralmente como plantas frutíferas, e no segundo, como forragem, em que o caule é aproveitado. Mas, recentemente, com tratamento adequado tem-se utilizado também os caules na alimentação humana, na produção de doces, bolos, bolachas, cocadas e musses, entre outros. Por ser um produto com teor de água relativamente elevado, o caule de facheiro precisa ser avaliado quanto ao seu comportamento quando submetido à secagem, processamento importante para a exploração comercial de produtos agrícolas. A secagem é um complexo processo que envolve transferência de calor e massa, sendo que o transporte de umidade, do interior para a superfície do material, pode ocorrer na forma de líquido e/ou vapor, dependendo do tipo de produto e do percentual de umidade presente. O processo de secagem deve acontecer de forma controlada para que possa ocorrer de maneira uniforme, evitando elevados gradientes de umidade e temperatura no interior do material que podem provocar a perda da qualidade do produto. Sabendo-se que os efeitos da secagem alteram as propriedades físicas e químicas do produto e que estes, por sua vez, afetam o processo de transferência de calor e massa, é fundamental se conhecer os seus efeitos e o seu controle (Farias et al., 2002). Vários modelos matemáticos são utilizados para representação do comportamento da secagem de produtos agrícolas, esses modelos podem ser classificados como: teóricos, empíricos e semiempíricos. Os modelos de (1949) e de Henderson & Pabis (1961) são modelos empíricos bastante utilizados para a representação da secagem de produtos agrícolas. Já o modelo de. (2002) é um modelo semi-empírico obtido experimentalmente a partir do estudo da secagem de cogumelos, pólen e pistache, sendo uma simplificação do modelo teórico de Fick. Este trabalho foi realizado com o objetivo de se desidratar polpas de facheiro, em estufa com circulação de ar, nas temperaturas de 50, 60 e 70 ºC, e de estudar o ajuste de modelos matemáticos de secagem aos dados experimentais. MATERIAL E MÉTODOS O presente trabalho foi conduzido no Laboratório de Armazenamento e Processamento de Produtos Agrícolas da Universidade Federal de Campina Grande - UFCG, Campina Grande, PB. Utilizou-se como matéria-prima polpas extraídas do caule de facheiro (Cereus squamosus) provenientes do Município de Boqueirão, PB. As plantas foram selecionadas de acordo com a altura, sendo escolhidos exemplares com aproximadamente 3 metros. Cada exemplar foi separado, de acordo com a posição no caule, em 3 tipos (Figura 1), compondo lotes de amostras provenientes da: extremidade, do meio e da base; em seguida, o material foi flambado para a queima de parte dos espinhos e cortado em pedaços de aproximadamente 35 cm.

3 Cinética de secagem de polpa de facheiro Lima et al. 19 facheiro, utilizando-se o programa computacional STATISTICA versão 5.0. RU n kt = e (1) extremidade RU = aexp( kt) (2) n RU = aexp( kt ) + bt (3) base meio Figura 1 Partes do facheiro utilizadas no experimento Os pedaços dos três lotes foram lavados em água corrente, mergulhados em solução de hipoclorito de sódio a 200 ppm, durante 20 min; posteriormente, foi retirado o excesso de cloro (enxágüe) e escorrido o excesso de água. Após a limpeza, as amostras foram cortadas manualmente para a retirada da casca externa. A parte interna foi lavada com solução de hipoclorito de sódio a 50 ppm durante 15 minutos, enxaguada e retirada a polpa interna, manualmente, com auxílio de colher e facas de aço inoxidável. As polpas internas foram passadas em despolpadeira para realizar o fracionamento e a homogeneização. Amostras de 500 g de cada polpa dos três lotes foram colocadas em bandejas de aço inoxidável, e uniformemente espalhadas com espátula de aço inoxidável, formando uma camada fina de 5 mm de espessura. A seguir as bandejas foram colocadas em estufa com circulação forçada de ar para secagem das polpas nas temperaturas de 50, 60 e 70 C. Durante a secagem se fez o acompanhamento da perda de massa, pesandose as bandejas em intervalos de tempo de 10 em 10 min até atingir peso constante. Os modelos de secagem em camada fina de (Eq. 1), Henderson & Pabis (Eq. 2) e de. (Eq. 3), foram ajustados aos dados da cinética de secagem das polpas de em que: RU - razão de umidade (adimensional) k, n, a, b - constantes do modelo t - tempo (min) Os critérios usados para determinação do melhor ajuste dos modelos aos dados experimentais, foram: o coeficiente de determinação (R 2 ) e o desvio quadrático médio (DQM) calculado pela Eq. 4. N 1 2 DQM = (RU - RU ) pre exp (4) N i= I em que: DQM - desvio quadrático médio RU pre - razão de umidade predito RU exp - razão de umidade experimental N - numero de dados experimentais RESULTADOS E DISCUSSÃO Na Figura 2 encontram-se representadas as curvas de secagem da polpa do tipo extremidade, nas temperaturas de 50, 60 e 70 o C, na qual se observa que a temperatura teve pouca influência sobre a secagem das amostras, com as curvas em posições próximas umas das outras, havendo, no entanto, diferenças ao tempo final de secagem. Na temperatura de 50 o C a razão de umidade tornou-se constante em 440 minutos; a 60 o C, em 400 minutos; e a 70 o C, em 380 minutos, indicando aumento da velocidade de secagem com o aumento da temperatura, resultado semelhante aos obtidos por outros autores como Chaves et al. (2003) ao avaliarem a secagem de fatias de berinjela nas temperaturas de 50, 70 e 90 o C e Krokida et al. (2003) ao determinarem a cinética de secagem

4 20 Cinética de secagem de polpa de facheiro Lima et al. de alguns vegetais (batata, cenoura, cebola, tomate, pimentão, cogumelo e milho) a 65, 75 e 85 o C ºC 60ºC 70ºC Figura 2 - Curvas da cinética de secagem da polpa da extremidade de facheiro nas temperaturas estudadas Na Figura 3 são apresentadas as curvas de secagem da polpa do tipo meio, onde podese observar que do tempo zero até aproximadamente o tempo de 120 min, as curvas de secagem das polpas estão praticamente sobrepostas, não sendo possível detectar diferenças entre as temperaturas; a partir do tempo 120 min, a influência da temperatura fica evidente, apresentando uma variação na perda de água do produto diferente, conforme a temperatura utilizada, ficando posicionada a curva a 50 o C na parte superior da figura, a curva a 60 o C na parte intermediária e a curva a 70 o C na parte inferior. Observa-se que a secagem da polpa de facheiro sofreu redução, gradativa, nos tempos de secagem, sob o efeito da utilização de temperaturas mais elevadas do ar de secagem, apresentando o menor tempo de secagem a 70 o C (350 min), um tempo intermediário a 60 o C (380 min) e o maior tempo a 50 o C (350 min); ante este fato, a temperatura pode ser considerada uma variável de influência no processo de secagem das polpas de facheiro do tipo meio, fato reportado em literatura, conforme Farias et al. (2002) secando cajá, e Gouveia et al. (1999), no estudo da cinética de secagem do gengibre.

5 Cinética de secagem de polpa de facheiro Lima et al ºC 60ºC 70ºC Figura 3 - Curvas da cinética de secagem da polpa do meio de facheiro nas temperaturas estudadas As curvas de secagem da polpa do tipo base encontram-se apresentadas na Figura 4, onde se pode observar a influência da temperatura, com redução gradativa nos tempos de secagem sob o efeito da utilização de temperaturas mais elevadas do ar de secagem. Nota-se que a perda de umidade do produto apresenta uma taxa quase constante, do tempo zero ao tempo de 100 min, para as temperaturas de 50, 60 e 70 C, indicando na temperatura de 70 C maior efeito de secagem em relação às outras temperaturas; a 50 o C, o tempo de secagem final foi 400 minutos, a 60 o C 360 minutos e a 70 o C 340 minutos. Doymaz et al. (2006) ao secar hortelã em camada fina a 35, 45, 55 e 60 o C, encontrou tempos de secagem de 600, 285, 180 e 105 minutos, respectivamente, para atingir um teor de umidade final de 10% Figura 4 - Curvas da cinética de secagem da polpa da base de facheiro nas temperaturas estudadas 50ºc 60ºc 70ºc

6 22 Cinética de secagem de polpa de facheiro Lima et al. Verifica-se entre as polpas do tipo extremidade, meio e base, diferentes comportamentos na cinética de secagem em relação ao parâmetro temperatura, que exerce maior influência quando o produto possui menor quantidade de água livre, fato este constatado ao se avaliar os tempos de secagem, os quais foram menores nas polpas da base, intermediários nas polpas do meio e maiores nas polpas da extremidade. Nas Tabelas 1, 2 e 3 encontram-se os valores dos parâmetros dos modelos de, Henderson & Pabis e., ajustados aos dados experimentais das cinéticas de secagem das polpas de facheiro nas temperaturas de 50, 60 e 70 o C, os coeficientes de determinação (R 2 ) e os desvios quadráticos médios (DQM). Verifica-se que, dentre os modelos testados, o de. com quatro parâmetros, apresentou os maiores valores de R 2 e os menores valores de DQM para todas as temperaturas, ajustando-se melhor aos dados observados. Para os modelos de dois parâmetros, o de se ajustou melhor em relação ao modelo de Henderson & Pabis. Todos os modelos mostraram valores de R 2 superiores a 0,96 e valores de DQM inferiores a 0,12 podendo ser utilizados na estimativa das curvas de secagem das polpas dos três tipos. Analisando-se o comportamento do modelo semi-teórico de, constata-se que o parâmetro k, que representa a constante da taxa de secagem diminuiu com o aumento da temperatura para as polpas do tipo extremidade e meio, enquanto o parâmetro n aumentou com o aumento da temperatura, nas três amostras. Comportamento contrário em relação ao parâmetro k em função do acréscimo da temperatura foi reportado por Doymaz & Pala (2003) ao estudarem a secagem de milho nas temperaturas de 55 e 65 o C. Os valores de R 2 foram todos acima de 0,99 e os do DQM inferiores a 7, significando que este modelo se ajustou bem aos dados experimentais. Silva et al. (2004) também encontraram valores de R 2 acima de 0,99 ao ajustarem o modelo de a dados de secagem em camada fina da palmaforrageira, nas temperaturas de 40 e 50 o C. O parâmetro k do modelo semi-teórico de Henderson & Pabis aumentou com o aumento da temperatura nas amostras do meio e da base, enquanto na amostra da extremidade não apresentou comportamento definido em função da temperatura. O parâmetro a do mesmo modelo aumentou com o aumento da temperatura em todas as amostras, comportamento similar ao apresentado por Mwithiga & Olwal (2005), no estudo da secagem de couve em camadas de 10 mm na faixa de temperatura entre 30 e 50 o C; os coeficientes de determinação deste modelo foram inferiores em todas as amostras aos do modelo de, fato este também constatado por Mwithiga & Olwal (2005) ao estimarem as curvas de secagem da couve. Para o modelo de, constatase que não houve comportamento padrão dos parâmetros do modelo com o aumento da temperatura. Ao desenvolver este modelo, os autores acharam valores de R 2 acima de 0,99 para o ajuste de dados experimentais da secagem de cogumelo, pólen e pistache. Mohamed et al. (2005) também constataram valores de k e b inferiores a (k = 218 h -1 ; b = -007 h -1 ) e dos parâmetros a e n em torno de (a = 268; n = 0,9720), ao ajustarem o modelo de. aos dados experimentais de secagem de Citrus aurantium..

7 Cinética de secagem de polpa de facheiro Lima et al. 23 Tabela 1 - Parâmetros de ajuste dos modelos da cinética de secagem da polpa de facheiro do tipo extremidade, coeficientes de determinação (R 2 ) e desvios quadráticos médios (DQM) Modelo Henderson & Pabis Midilli et al. k Parâmetro n R 2 DQM , , , , , , k a R 2 DQM , ,9745 0, , ,9714 0, , ,9693 0,1120 k a b n R 2 DQM , , , , , , , Tabela 2 - Parâmetros de ajuste dos modelos da cinética de secagem da polpa de facheiro do tipo meio, coeficientes de determinação (R 2 ) e desvios quadráticos médios (DQM) Modelo Henderson & Pabis. k Parâmetro n R 2 DQM , , , , , , k a R 2 DQM , , , ,9724 0, , ,9747 0,1073 k a b n R 2 DQM , , , , , , , , ,

8 24 Cinética de secagem de polpa de facheiro Lima et al. Tabela 3 - Parâmetros de ajuste dos modelos da cinética de secagem da polpa de facheiro do tipo base, coeficientes de determinação (R 2 ) e desvios quadráticos médios (DQM) Modelo Henderson & Pabis. k (min -1 ) Parâmetro n R 2 DQM , , , , , , k a R 2 DQM , , , , , , k a b n R 2 DQM , , , , , , , Nas Figuras 5, 6 e 7 estão apresentadas as curvas de secagem dos três tipos de polpa nas temperaturas de 50, 60 e 70 o C, com ajustes pelos modelos de, Henderson & Pabis e Midilli et al. Verifica-se visualmente que a curva gerada a partir do modelo de. se aproxima mais dos pontos experimentais que os demais modelos, ais, constatada por meio do coeficiente de determinação. Lahsasni et al. (2002) também verificaram que o modelo que melhor se ajustou às curvas de secagem do figo-da-índia foi o de. obtendo R 2 de 0,9996. Erterkin & Yaldiz (2004), observaram que o modelo de. apresentou os maiores coeficientes de determinação e os menores desvios quadráticos médios no estudo da secagem da berinjela, para as mesmas temperatura.

9 Cinética de secagem de polpa de facheiro Lima et al. 25 Hender son e Pabis (a) (b) (c) Figuras 5 - Curvas de secagem da polpa de facheiro do tipo extremidade nas temperaturas de 50 o C (a), 60 o C (b) e 70 o C (c) com ajuste pelos modelos de, Henderson & Pabis e.

10 26 Cinética de secagem de polpa de facheiro Lima et al (a) (b) (c) Figura 6 - Curvas de secagem da polpa de facheiro do tipo meio, para temperatura de 50 o C (a), 60 o C (b) e 70 o C (c) com ajuste pelos modelos de, Henderson & Pabis e.

11 Cinética de secagem de polpa de facheiro Lima et al (a) (b) (c) Figura 7 - Curvas de secagem da polpa de facheiro do tipo base, para temperatura de 50 o C (a), 60 o C (b) e 70 o C (c), com ajuste pelos modelos de, Henderson & Pabis e.

12 28 Cinética de secagem de polpa de facheiro Lima et al. CONCLUSÕES Detectaram-se diferenças nos tempos de secagem das amostras, apresentando os menores tempos a polpa proveniente da base, tempos intermediários a polpa extraída do meio e maiores tempos correspondendo a polpa obtida da extremidade do caule. Os três modelos estudados representaram satisfatoriamente os dados experimentais com coeficientes de determinação superiores a 0,96. Dentre os modelos ajustados aos dados da cinética de secagem das diferentes polpas, a equação de. apresentou os maiores valores de coeficientes de determinação e os menores desvios quadráticos médios. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS Barbosa, H.P. Tabela de composição de alimentos do estado da Paraíba: setor agropecuário. 2. ed. João Pessoa: UFPB, p. Chaves, M.G.; Sgroppo, S.C.; Avanza, J.R. Cinética de secado de berenjenas (Solanum melongena L.). Comunicaciones Científicas y Tecnológicas, Corrientes, E-060, p.1-4, Doymaz; I.; Pala, M. The thin-layer drying characteristics of corn. Journal of Food Engineering, Essex, v.60, n.2, p , Doymaz; I.; Tugrul, N.; Pala, M. Drying characteristics of dill and parsley leaves. Journal of Food Engineering, Essex, v.77, n.3, p , Erterkin, C.; Yaldiz, O. Drying of eggplant and selection of a suitable thin layer drying model. Journal of Food Engineering, Essex, v.63, n.3, p , 2004 Farias, E.S.; Gouveia, J.P.G.; Almeida, F.A.C.; Bruno, L.A.; Nascimento, J. Secagem de cajá em um secador de leito fixo. In: Congresso Brasileiro de Fruticultura, 18., 2002, Belém. Anais... SBF: Belém, CD. Guizzo, J. Série atlas visual das plantas. 3.ed. São Paulo: Ed. Ática, p. Gouveia, J.P.G.; Almeida, F.A.C.; Silva, F.H. Estudo da cinética de secagem de gengibre em um secador de leito fixo. Revista Brasileira de Armazenamento, Viçosa, v.24, n.2, p.20-27, Henderson, S. M.; Pabis, S. Grain drying theory. I. Temperature effect on drying coefficient. Journal of Agriculture Engineering Research, v.6, n.3 p , Krokida, M.K.; Karathanos, V.T.; Maroulis, Z.B.; Maroulis-Kouris, D. Drying kinetics of some vegetables. Journal of Food Engineering, Essex, v.59, n.4, p , Lahsasni, S.; Kouhila, M.; Mahrouz, M.; Kechaou, N. Experimental study and modelling of adsorption and desorption isotherms of prickly pear peel (Opuntia fícus indica). Journal of Food Engineering, Essex, v. 55, n. 3, p , Midilli, A.; Kucuk, H.; Yapar, Z. A new model for single-layer drying. Drying Technology, Philadelphia, v.20, n.7, p , Mohamed, L.A.; Kouhila, M.; Jamali, A.; Lahsasn, S.; Kechaou, N.; Mahrouz, M. Single layer solar drying behavior of Citrus aurantiun leaves under forced convection. Energy Conversion and Management, Oxford, v.46, n.9-10, p , Mwithiga, G.; Olwal, J. O. The drying kinetics of kale (Brassica oleracea) in a convective hot air dyer. Journal of Food Engineering, Essex, v.71, n.4, p , 2005., G.E. Factors influencing the maximum of air drying shelled corn in thin layer Thesis Dissertation (M.Sc.) - Purdue University, Indiana. Silva, Y.C.; Silva, F.D.; Silva, A.S.; Lima, E.E.; Souza, J.A. Aplicação dos modelos de Fick e na secagem de palma forrageira (Opuntia fícus indica) em estufa. In: Encontro Latino- Americano de Pós-Graduação, 4., 2004, São José dos Campos. Anais... São José dos Campos: UNIVAP, CD.