TÍTULO: COMPARAÇÃO DE MODELOS MATEMÁTICOS PARA DESCRIÇÃO DA CINÉTICA DE SECAGEM DE CASCAS DE CENOURA (DAUCUS CAROTA L.) E BETERRABA (BETA VULGARIS).

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1 TÍTULO: COMPARAÇÃO DE MODELOS MATEMÁTICOS PARA DESCRIÇÃO DA CINÉTICA DE SECAGEM DE CASCAS DE CENOURA (DAUCUS CAROTA L.) E BETERRABA (BETA VULGARIS). CATEGORIA: CONCLUÍDO ÁREA: CIÊNCIAS EXATAS E DA TERRA SUBÁREA: Engenharias INSTITUIÇÃO(ÕES): FACULDADE DE TECNOLOGIA TERMOMECÂNICA - FTT AUTOR(ES): MATHEUS MAAS DE OLIVEIRA ORIENTADOR(ES): SIMONE SHIOZAWA COLABORADOR(ES): EDSON LOPES VILLALBA

2 1. Resumo O crescente aumento da atividade industrial, apesar de gerar inúmeros benefícios socioeconômicos, tem apresentado um sério problema quanto à geração de resíduos, muitas vezes ricos nutricionalmente e com valor econômico considerável. Na indústria de alimentos, é constante a busca pelo aproveitamento desses resíduos em processos secundários, através da transformação desses resíduos em outros produtos, evitando assim, perdas econômicas, ambientais e nutricionais. Quando se trata dos resíduos gerados na indústria de processamento de vegetais, normalmente estes são secos e utilizados na forma de farinhas na composição de alimentos para nutrição animal ou humana. Nesse contexto, o presente trabalho buscou avaliar e descrever a cinética de secagem de cascas de cenoura (Daucus carota L.) e beterraba (Beta vulgaris) secas em estufa com circulação forçada de ar à 60ºC, até peso constante. Os dados experimentais obtidos foram analisados utilizando modelos matemáticos empíricos de Page e Lewis, obtidos através do software OriginPro 8. Com um coeficiente de determinação (R 2 ) maior do que 0,98, o modelo de Page foi o que apresentou o melhor resultado. 2. Introdução A indústria de processamento de produtos de origem vegetal e animal constituem a maior parte da atividade industrial alimentícia (MURUGAN et al., 2013), gerando resíduos que representam uma perda econômica muito grande. Estima-se que, em todo o mundo, 1,3 bilhões de toneladas de alimentos sejam desperdiçadas anualmente, com o Brasil contribuindo com 2 % desse valor (PEIXOTO; PINTO, 2016; STORCK et al., 2013). Geralmente os resíduos são submetidos a processos de secagem, pois a retirada de água do produto favorece a sua conservação, diminuindo a atividade microbiana, enzimática e reações químicas que dependem da presença da água (PARK; YADO; BROD, 2001). Durante a secagem, ocorre uma transferência simultânea de calor e massa, entre o produto e o ar de secagem, resultando na retirada de umidade presente no interior do produto, garantindo assim uma maior estabilidade durante seu período de armazenamento. O estudo dos sistemas de secagem pode ser realizado por simulação matemática, onde se utiliza um modelo

3 matemático que represente a perda de umidade do produto durante o tempo de secagem (JUNIOR; CORREA, 1999). Neste trabalho foram utilizadas cascas de cenoura e beterraba, ricas, respectivamente, em carotenoides e betalaínas, compostos cuja ingestão está ligada à manutenção da boa saúde, atuando como antioxidantes naturais, prevenindo a ação degenerativa dos radicais livres no organismo, prevenindo doenças cardiovasculares e estão ligados à prevenção de alguns tipos de câncer, como o de mama e estômago. Além disso, são ricas em fibras, cujo consumo está ligado à redução dos níveis de pressão arterial, à melhora dos níveis dos lipídios séricos, na melhora do controle glicêmico, bem como pode auxiliar no controle de desordens gastrointestinais e na redução do peso corporal (CAI; SUN; CORKE, 2003; RAVICHANDRAN et al., 2013; FERREIRA et al., 2017; BERNAUD; RODRIGUES, 2013). 3. Objetivos Este trabalho objetivou realizar um estudo da cinética de secagem de cascas de cenoura e beterraba, ajustando os parâmetros de 2 modelos matemáticos aos valores experimentais em função do teor de água e comparando os modelos entre si. 4. Metodologia As matérias-primas utilizadas para o estudo foram cascas de cenouras e beterrabas, retiradas pelo método de descascamento por abrasão. O estudo da cinética de secagem foi realizado em estufa com circulação forçada de ar a 60 ºC, sendo o experimento realizado em triplicata. A análise de umidade inicial das amostras foi realizada à 105 C em estufa com circulação forçada de ar, da marca Logen, modelo LSDHG9055A, até peso constante, segundo metodologia 012/IV do Instituto Adolfo Lutz (2008). 5. Desenvolvimento Cenouras e beterrabas foram higienizadas e posteriormente descascadas em descascador por abrasão, com corrente contínua de água. As cascas foram drenadas por dois minutos em peneira com malha de 1 mm e dispostas em placas de Petri previamente taradas, em uma camada com altura de 3 mm.

4 As placas de Petri com as amostras foram pesadas em balança analítica para a obtenção do peso médio inicial das amostras. Posteriormente, as placas contendo as amostras foram levadas à estufa a 60 ºC. As massas das amostras foram medidas em intervalos regulares de 15 minutos durante a primeira hora de secagem, sendo posteriormente medida em intervalos de 30 minutos, até um tempo total de 270 minutos. Para a construção do gráfico, foi calculada a razão de umidade, definido como um parâmetro adimensional que relaciona a umidade inicial da amostra com a umidade em cada instante da secagem e a umidade de equilíbrio da amostra, como está representado na equação 1: (1) Onde: RU = Razão de Umidade; U t = Umidade em determinado instante t (minutos) em base seca; U eq = Umidade de equilíbrio em base seca; U 0 = Umidade inicial da amostra em base seca. Segundo VEGA et al. (2007), os modelos empíricos mais utilizados para o estudo da cinética de secagem em alimentos, são os de Page e Lewis, demonstrados na tabela 1, que foram utilizados neste trabalho para o ajuste dos valores adimensionais em cada tempo t, calculados a partir do método de ajuste não linear de mínimos quadrados utilizando o software Origin 8 (OriginLab, Northampton, EUA). Tabela 1. Modelos utilizados para representação da cinética de secagem de cascas de cenoura e beterraba. Modelo Equação Page Lewis

5 RU Onde RU é a razão de umidade, k é a constante de secagem (min -1 ), t tempo em minutos e n constante do modelo. 6. Resultados A tabela 2 mostra as umidades iniciais das cascas de cenoura e beterraba descascadas por abrasão, determinadas em estufa a 105 ºC até peso constante. Tabela 2. Teor de umidade das cascas de cenoura e beterraba. Produto Umidade (%) Cenoura 94,9930 Beterraba 94,9670 As figuras 1 e 2 demonstram as curvas de secagem de cenoura e beterraba, respectivamente, bem como as curvas de ajustes dos modelos utilizados. A tabela 3 mostra os coeficientes de determinação (R 2 ) e as constantes (k e n) dos modelos para as curvas de secagem das cascas de cenoura e beterraba. 1,1 1,0 Dados experimentais Modelo Page Modelo Lewis 0,9 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 0, Tempo (minuto) Figura 1. Representação gráfica da curva de secagem de cascas de cenoura.

6 RU 1,1 1,0 0,9 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 0, Tempo (minutos) Figura 2. Representação gráfica da curva de secagem de cascas de beterraba. Tabela 3. Constantes e coeficientes de determinação dos modelos matemáticos das curvas de secagem de cascas de cenoura e beterraba. Produto Modelo Parâmetro R 2 k n Cascas de Page 0, , ,98718 cenoura Lewis 0, ,96486 Cascas de Page 0, , ,98353 beterraba Lewis 0, ,95544 Conforme demonstrado na Tabela 3 e nas figuras 1 e 2, os modelos mostraram ajustes adequados à curva de cinética de secagem das cascas de cenoura e beterraba, apresentando coeficientes de determinação superiores a 0,95. Dentre os modelos empíricos apresentados, o modelo de Page se mostrou mais adequado, apresentando um R 2 maior que 0,98 em ambas as curvas, sendo, portanto, o mais adequado para descrever o processo de secagem de cascas de cenoura e beterraba descascadas por método de abrasão. 7. Considerações finais Foram comparados os modelos empíricos de Page e Lewis para o ajuste das curvas de secagem de cascas de cenoura e beterraba construídas a partir da coleta dos dados experimentais da secagem em estufa a 60 ºC em laboratório. O modelo de Page foi o modelo mais representativo aos dados experimentais de

7 secagem obtidos, apresentando coeficientes de determinação (R 2 ) superiores a 0,98, sendo adequado para a predição da curva de cinética de secagem desses produtos. Logo, conclui-se que o modelo de Page pode ser uma importante ferramenta para determinação de parâmetros na secagem de cascas de cenoura e beterraba, para posterior transformação em farinhas para serem empregadas, por exemplo, no enriquecimento ou barateamento de formulações de produtos à base de vegetais na alimentação humana ou animal. 8. Fontes consultadas BERNAUD, F. S. R.; RODRIGUES, T. C. Fibra alimentar Ingestão adequada e efeitos sobre a saúde do metabolismo. Arq Bras Endocrinol Metab, v. 57, n. 6, p , CAI, Y.; SUN, M.; CORKE, H. Antioxidant Activity of Betalains from Plants of the Amaranthaceae. Jornal of Agricultural and Food Chemistry, v. 51, n. 8, p , FERREIRA, L. P. C. et al. Estudo de Diferentes Metodologias para Quantificação de Betalaína de Beterraba. v. 1, n. 1, p , INSTITUTO ADOLFO LUTZ. Métodos físico-químicos para análise de alimentos. 4 ed. São Paulo: IAL, JÚNIOR, P. C. A; CORREA, P. C. Comparação de modelos matemáticos para descrição da cinética de secagem em camada fina de sementes de feijão. Revista Brasileira de Engenharia Agrícola e Ambiental. Campina Grande, Pb, v.3, n.3, p MURUGAN, K. et al. Current state-of-the-art of food processing by-products. In: CHANDRASEKARAN, M. (Ed.). Valorization of Food Processing By-products. Boca Raton, Florida: CRC Press, p PARK, K. J.; YADO, M. K. M.; BROD, F. P. Reis. Estudo de secagem de pêra bartlett (pyrus sp.) em fatias. Ciência Tecnológica de Alimentos., v. 21, n. 3, p PEIXOTO, M.; PINTO, H. S. Desperdício de alimentos: questões socioambientais, econômicas e regulatórias.boletim Legislativo, v. 41, p. 17, RAVICHANDRAN, K. et al. Impact of processing of red beet on betalain content and antioxidant activity. Food Research International, v. 50, n. 2, p. 670

8 675, STORCK, C. R. et al. Folhas, talos, cascas e sementes de vegetais: composição nutricional, aproveitamento na alimentação e análise sensorial de preparações. Ciência Rural, v. 43, n. 3, p , VEGA, A.; FITO, P.; ANDRÈS, A.; LEMUS, R. Mathematical modeling of hotair drying kinetics of red bell pepper (var. Lamuyo). Journal of Food Engineering, v.79 (4), p , 2007.