Sorption isotherms of pepper seeds variety Cabacinha

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1 Isotermas de dessorção das sementes de pimenta variedade Cabacinha Hellismar Wakson da Silva 1 ; Lílian Moreira Costa 2 ; Osvaldo Resende 2 ; Daniel Emanuel Cabral de Oliveira 3 ; Renato Silva Soares 1 ; Luís Sérgio Rodrigues Vale 1 1 Instituto Federal Goiano - Câmpus Ceres. Rodovia GO 154, km 03, Ceres - GO, 2 waksonhellismar@gmail.com, renato_2366@hotmail.com, luis.sergio@ifgoiano.edu.br; Instituto Federal Goiano - Câmpus Rio Verde. Rodovia Sul Goiana, km 1, Rio Verde - GO, lmctpg@yahoo.com.br, osvresende@yahoo.com.br; 3 Universidade Federal do Mato Grosso, Câmpus Sinop, oliveira.d.e.c@gmail.com. RESUMO O objetivo neste trabalho foi determinar e modelar as isotermas de dessorção das sementes de pimenta variedade Cabacinha para diferentes condições de temperatura e atividade de água. As isotermas de dessorção foram determinadas para as temperaturas de 10, 20, 30 e 40 C utilizando o método estático indireto e a atividade de água (a w ) para diferentes teores de água das sementes determinada por meio do equipamento HygroPalm AW1. Aos dados experimentais, foram ajustados os modelos matemáticos frequentemente utilizados para representação da higroscopicidade de produtos agrícolas. A partir dos resultados obtidos, conclui-se que para uma umidade relativa constante, o aumento da temperatura reduz o teor de água de equilíbrio higroscópico das sementes de pimenta. O modelo de Cavalcante Mata se mostrou o mais adequado para representação das isotermas de dessorção das sementes de pimenta Cabacinha para a faixa de temperatura de 10 a 40 C e atividade de água entre 0,213 e 0,975 (decimal). PALAVRAS-CHAVE: Capsicum chinense L., atividade de água, higroscopicidade. ABSTRACT Sorption isotherms of pepper seeds variety Cabacinha The objective of this study was to determine and model the desorption isotherms of seeds Cabacinha pepper variety for different conditions of temperature and water activity. The sorption isotherms were determined at temperatures of 10, 20, 30 and 40 C using the static method and the indirect water activity (a w ) for different moisture contents of seeds determined by the equipment HygroPalm AW1. The experimental data, mathematical models often used to represent the hygroscopicity of agricultural products were adjusted. From the results obtained it was concluded that for a constant relative humidity, the temperature increase reduces the equilibrium moisture content of the seeds of pepper. The model Cavalcante Mata showed the most appropriate representation for the desorption isotherms of pepper seeds Cabacinha for the temperature range C and water activity between 0,213 and 0,975 (decimal). Hortic. bras., v. 31, n. 2, (Suplemento-CD Rom), julho 2014 S3668

2 Keywords: Capsicum chinense L., water activity, hygroscopicity. As pimentas do gênero Capsicum apresentam uma grande diversidade no tipo de fruto, forma, cor, sabor e composição química. Estas características são responsáveis pelas elevadas formas de usos e benefícios potenciais para a humanidade, tais como alimentação e nutrição, medicina, cosméticos e renda (Dagnoko et al., 2013). Como todo produto higroscópico, as sementes de pimenta têm a capacidade de ceder ou absorver água do ambiente, buscando constantemente estabelecer um equilíbrio entre o seu teor de água e as condições do ar ambiente (Corrêa et al., 2005). Assim, faz-se necessário o conhecimento das relações existentes entre o produto, a temperatura e a umidade relativa do ar, objetivando assim, estabelecer condições que amenizem possíveis alterações físicas, químicas, microbiológicas e fisiológicas durante o armazenamento (Resende et al., 2006). O conhecimento sobre o comportamento higroscópico de produtos agrícolas constitui fator essencial nos projetos e estudos de sistemas de secagem, manuseio, armazenagem, embalagem e transporte e na modelagem da longevidade de sementes, grãos e outros produtos agrícolas (Araújo et al., 2001). A relação entre o teor de água de um determinado produto e a umidade relativa de equilíbrio para uma temperatura específica pode ser expressa por meio de equações matemáticas denominadas isotermas ou curvas de equilíbrio higroscópico (Corrêa et al., 2005). Atualmente, na representação do comportamento higroscópico de produtos agrícolas tem-se utilizado modelos matemáticos empíricos, uma vez que nenhum modelo teórico desenvolvido tem sido capaz de predizer com precisão o teor de água de equilíbrio para uma ampla faixa de temperatura e atividade de água (Resende et al., 2006). Dada a importância do comportamento higroscópico de produtos agrícolas, neste trabalho objetivou-se determinar e ajustar diferentes modelos matemáticos as isotermas de dessorção das sementes de pimenta variedade Cabacinha para diferentes condições de temperatura e atividade de água. MATERIAL E MÉTODOS Hortic. bras., v. 31, n. 2, (Suplemento-CD Rom), julho 2014 S3669

3 O presente trabalho foi desenvolvido no Laboratório de Pós-colheita de Produtos Vegetais do Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia Goiano - Câmpus Rio Verde (IF Goiano - Câmpus Rio Verde), localizado no município de Rio Verde, GO. Foram utilizadas sementes de pimenta variedade Cabacinha (Capsicum chinense L.) produzidas no Instituto Federal Goiano - Câmpus Ceres. Após a colheita, os frutos foram encaminhados para o Laboratório de Análises de Sementes onde realizou-se a extração das sementes utilizando um liquidificador, o qual teve suas lâminas protegidas por fita adesiva para não danificar as sementes. As sementes foram submetidas a uma pré-secagem em condições naturais de laboratório por 24 horas, para remoção do excesso de teor de água. Em seguida, as sementes foram colocadas em sacos plásticos e transportadas para Laboratório de Pós-colheita de Produtos Vegetais do Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia Goiano - Câmpus Rio Verde. Para obtenção dos diferentes teores de água, as sementes foram submetidas à secagem em estufa com ventilação forçada, regulada para uma temperatura de 40 C. Durante a secagem, o teor de água das sementes foi monitorado por gravimetria, até atingir 22,74; 17,77; 14,76; 11,35; 8,50; 5,60 e 3,85% (kg de água kg -1 de matéria seca -1 ), sendo estes determinados pelo método da estufa a 105 ± 3 C, durante 24 horas, em duas repetições (Brasil, 2009). As isotermas de dessorção das sementes de pimenta foram determinadas utilizando o método estático indireto, sendo a atividade de água (a w ) determinada por meio do equipamento HygroPalm AW1. Para cada teor de água, foram utilizadas três amostra de aproximadamente 6,6 g, as quais foram colocadas individualmente no recipiente do equipamento e acondicionados em estufa tipo B.O.D. (Biochemical oxygen demand) regulada a 10, 20, 30 e 40 C. Aos dados experimentais foram ajustados os modelos matemáticos frequentemente utilizados para representação da higroscopicidade de produtos agrícolas, cujas equações estão apresentadas na Tabela 1. Para o ajuste dos modelos matemáticos foi realizada análise de regressão não linear, pelo método Gauss Newton. Para verificar o grau de ajuste de cada modelo considerouse a significância do coeficiente de regressão pelo teste t adotando-se o nível de 1% de significância, a magnitude do coeficiente de determinação (R 2 ), os valores do erro Hortic. bras., v. 31, n. 2, (Suplemento-CD Rom), julho 2014 S3670

4 médio relativo (P) e do erro médio estimado (SE). O erro médio relativo e erro médio estimado foram calculados para cada modelo matemático utilizando as expressões 11 e 12, respectivamente (Resende et al., 2006; Silva & Rodovalho, 2012). RESULTADOS E DISCUSSÃO Na Tabela 2, são apresentados os valores do coeficiente de determinação, erro médio relativo e erro médio estimado dos diferentes modelos matemáticos ajustados aos dados experimentais das isotermas de dessorção das sementes de pimenta Cabacinha, para as diferentes condições de temperaturas e atividade de água. Nota-se, que a grande maioria os modelos apresentaram R² acima de 99,66%, com exceção dos modelos de Halsey, Halsey Modificado, Oswin e Oswin Modificado. Além disso, estes modelos apresentaram erro médio relativo (P) acima de 10%, que de acordo com o critério proposto por Mohapatra & Rao (2005) é um indicativo que os modelos não apresentaram ajustes adequados para representação do fenômeno estudado. Além de apresentar os maiores valores para R 2 (acima de 99,66%), os modelos de Cavalcante Mata, Chen Clayton, Chung Pfost, Chung Pfost Modificado, Henderson e Henderson Modificado também apresentaram os melhores valores para erro médio relativo e erro médio estimado, sendo inferiores a 4,55% e 0,52, respectivamente. Com base nos parâmetros estatísticos da Tabela 2 e na significância dos coeficiente dos modelos (Tabela 3) apresentados neste trabalho, os modelos de Cavalcante Mata, Chen Clayton, Chung Pfost, Chung Pfost Modificado, Henderson e Henderson Modificado podem ser utilizados para representar a higroscopicidade das sementes de pimenta variedade Cabacinha para a faixa de temperatura de 10 a 40 C e atividade de água variando de 0,213 a 0,975 (decimal). Dentre estes modelos, Cavalcante Mata apresentou os menores valores de SE e maior R 2, sendo selecionado para representar as isotermas de dessorção das sementes de pimenta variedade Cabacinha. Na Figura 1, estão apresentados os valores experimentais do teor de água de equilíbrio das sementes de pimenta Cabacinha, obtidos por dessorção, bem como os valores estimados pelo modelo de Cavalcante Mata. Verifica-se, na Figura 1, que para uma atividade de água constante, os valores do teor de água de equilíbrio higroscópico reduzem com o aumento da temperatura, seguindo a tendência da maioria dos produtos agrícolas (Fang et al., 1998; Alsadon, 2001; Sogi et Hortic. bras., v. 31, n. 2, (Suplemento-CD Rom), julho 2014 S3671

5 al., 2003; Chenlo et al., 2005; Corrêa et al., 2005; Resende et al., 2006; Ferreira et al., 2011; Silva & Rodovalho, 2012). Nota-se, ainda na Figura 1, que as isotermas de dessorção das sementes de pimenta Cabacinha estimadas pelo modelo de Cavalcante Mata possuem formato sigmoidal, características de curvas do tipo II, seguindo a classificação de BET (Brunauer et al., 1938), considerada padrão para produtos olerícolas, como semente de alface (Fang et al., 1998), semente de cenoura (Alsadon, 2001), semente de tomate (Sogi et al., 2003), semente de pimenta (Chenlo et al., 2005; Ferreria et al., 2011; Silva & Rodovalho, 2012), entre outras. O modelo de Cavalcante Mata se mostrou estatisticamente o mais adequado para representação das isotermas de dessorção das sementes de pimenta variedade Cabacinha para a faixa de temperatura de 10 a 40 C e atividade de água variando de 0,213 a 0,975 (decimal). As isotermas de dessorção apresentaram formato sigmoidal do tipo II, típico para produtos agrícolas. REFERÊNCIAS ALSADON, AA Water sorption isotherms of vegetable seeds as influenced by seed species and storage temperature. Assiut Journal of Agricultural Science, v.32, n.1: ARAÚJO, LF; CORRÊA, PC; SILVA, RF Comparação de modelos matemáticos para descrição das curvas de dessorção de sementes de milho-doce. Pesquisa Agropecuária Brasileira, v.36, n.7: BRASIL, Ministério da Agricultura e Reforma Agrária. Secretaria Nacional de defesa Agropecuária. Regras para análise de sementes. Brasília: Mapa/ACS, p. BRUNAUER, S; EMMETT, PH; TELLER, E Adsorption of gases in multimolecular layer. Journal of American Chemistry Society, v.60: CHENLO, F; MOREIRA, R; CHAGURI, L; SANTOS, F Isotermas de desorcíon de pimentos de padrón (Capsicum annuum L. Var. Longum). Ciencia y Tecnología Alimentaria, v.5, n.1: CORRÊA, PC; GONELI, ALD; RESENDE, O; RIBEIRO, DM Obtenção e modelagem das isotermas de dessorção e do calor esotérico de dessorção para grãos de trigo. Revista Brasileira de Produtos Agroindustriais, v.7, n.1: DAGNOKO, S; YARO-DIARISSO, N; ADETULA, O; DOLO-NANTOUMÉ, A; GAMBY-TOURÉ, K; TRAORÉ-THÉRA, A; KATILÉ, S; DIALLO-BA, D Overview of pepper (Capsicum Spp.) breeding in West Africa. Agrican Journal of agricultural Research, v.8, n.13: FANG, J; MOORE, F; ROOS, E; WALTERS, C Three-dimensional models represent seed moisture content as a function of relative humidity and temperature. Hort Science, v.33, n.7: FERREIRA, SCS; SILVA, HW; RODOVALHO, RS Isotermas de dessorção e calor latente de vaporização da semente de pimenta Cumari Amarela (Capsicum chinense L.). Revista Liberato, v.13, n.18: Hortic. bras., v. 31, n. 2, (Suplemento-CD Rom), julho 2014 S3672

6 MOHAPATRA, D; RAO, PS A thin layer drying model of parboiled wheat. Journal of Food Engineering, v.66: RESENDE, O; CORRÊA, PC; GONELI, ALD; RIBEIRO DM Isotermas e calor isostérico de sorção do feijão. Ciência e Tecnologia dos Alimentos, v.26, n.3: SILVA, HW; RODOVALHO, RS Isotermas de dessorção das sementes de pimenta malagueta. Global Science and Technology, v.5, n.01: SOGI, DS; SHIVHARE, US; GARG, SK; BAWA, AS Water sorption isotherm and drying characteristics of tomato seeds. Biosystems Engineering, v.84, n.3: Tabela 1. Modelos matemáticos utilizados para predizer o fenômeno de higroscopicidade de produtos agrícolas (Mathematical models used to predict the phenomenon of hygroscopicity of agricultural products). Designação do modelo Modelo 1 b Xe* [ln(1- a c w )/(-a (T ))] Cavalcante Mata (1) d b Xe* [-1/(c T )] ln[ln(a w )/(-a T )] Chen Clayton (2) Xe* a - b ln(-(t c) ln(a w )] Chung Pfost (3) Xe* (-1/b) ln[(t c) ln(a w )/(-a)] Chung Pfost Modificado (4) Xe* [-ln(a n Xm w )] Halsey (5) Xe* [exp(a - b T)/ - ln(a 1 c w )] Halsey Modificado (6) 1 c Xe* [ln(1- a w )/(-a Tabs )] Henderson (7) 1 c Xe* {ln(1- a w )/[-a (T b)]} Henderson Modificado (8) b Xe* a [aw /(1-a w )] Oswin (9) 1 c Xe* (a b T)/[a w /(1- a w )] Oswin Modificado (10) Xe*: teor de água de equilíbrio, % b.s.; a w : atividade de água, decimal; T: temperatura, C; T abs : temperatura, K; Xm: teor de água na monocamada molecular, % b.s.; a, b, c, n: coeficientes que dependem do produto. 100 Y Ŷ P (11) n Y 2 Y Ŷ SE (12) GLR Hortic. bras., v. 31, n. 2, (Suplemento-CD Rom), julho 2014 S3673

7 em que: Y: valor experimental; Ŷ : valor estimado pelo modelo; n: número de observações experimentais; GLR: graus de liberdade do modelo (número de observações menos o número de parâmetros do modelo). Tabela 2. Coeficientes de determinação (R 2 ), erros médios relativos (P) e erros médios estimados (SE) dos diferentes modelos ajustados aos teores de água de equilíbrio higroscópico para as sementes de pimenta Cabacinha (Coefficients of determination (R 2 ), mean relative errors (P) and estimated average errors (SE) of the different models fitted to the equilibrium moisture content of the pepper seeds Cabacinha). Modelos R² P (%) SE (decimal) Cavalcante Mata 99,71 4,4486 0,4916 Chen Clayton 99,67 4,4413 0,5222 Chung Pfost 99,66 4,4779 0,5283 Chung Pfost Modificado 99,66 4,4779 0,5283 Halsey 96,58 18,4178 1,6524 Halsey Modificado 96,61 18,3163 1,6544 Henderson 99,68 4,5401 0,5058 Henderson Modificado 99,69 4,5560 0,5080 Oswin 97,89 13,8345 1,3027 Oswin Modificado 97,94 13,6711 1,2949 Tabela 3. Coeficientes dos modelos que se ajustaram aos teores de água de equilíbrio higroscópico para as sementes de pimenta Cabacinha (Coefficients of the models fitted to the equilibrium moisture content of the pepper seeds Cabacinha). Modelos Coeficientes a b c d Cavalcante Mata 0,0292** 0,0705** 1,4578** - Chen Clayton 5,1358** -0,1548** 0,2025** -0,0042 NS Chung Pfost 30,9217** 5,0005** 127,7755** - Chung Pfost Modificado 484,7834** 0,2000** 127,7757** - Henderson 0,0001** 1,4596** - - Henderson Modificado 0,0001** 300,7044** 1,4588** - **Significativo a 1% pelo teste t, NS Não Significativo Hortic. bras., v. 31, n. 2, (Suplemento-CD Rom), julho 2014 S3674

8 Teor de água (% b.s.) Valores experimentais - 10 C Valores experimentais - 20 C Valores experimentais - 30 C Valores experimentais - 40 C Valores estimados - 10 C Valores estimados - 20 C Valores estimados - 30 C Valores estimados - 40 C 5 0 0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,0 Atividade de água (decimal) Figura 1. Valores experimentais de teor de água de equilíbrio higroscópico e isotermas de dessorção estimadas pelo modelo de Cavalcante Mata para as sementes de pimenta Cabacinha, obtidos para as diferentes condições de temperatura e atividades de água (Experimental values of equilibrium moisture content and sorption isotherms estimated by the Cavalcante Mata model for pepper seeds Cabacinha obtained for the different conditions of temperature and water activities). Hortic. bras., v. 31, n. 2, (Suplemento-CD Rom), julho 2014 S3675