61 CINÉTICA DA CONTRAÇÃO VOLUMÉTRICA DOS GRÃOS DE DUAS CULTIVARES DE MILHO-PIPOCA DURANTE O PROCESSO DE SECAGEM

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1 61 CINÉTICA DA CONTRAÇÃO VOLUMÉTRICA DOS GRÃOS DE DUAS CULTIVARES DE MILHO-PIPOCA DURANTE O PROCESSO DE SECAGEM Paulo César Afonso Júnior 1, Paulo César Corrêa 2 RESUMO Entre os fatores que afetam a qualidade do milho-pipoca, destacam-se o teor de umidade e as propriedades físicas do produto, tais como: volume, porosidade e massa específica aparente. O presente trabalho teve como objetivo avaliar o efeito da perda de umidade na contração do volume de grãos de milho-pipoca, durante o processo de secagem. Os resultados obtidos permitiram concluir que a redução do teor de umidade afetou as propriedades físicas do milho-pipoca, provocando redução do volume do produto e, ainda, que o aumento da temperatura do ar de secagem promoveu o encolhimento do produto em um período de tempo significativamente menor, para as duas cultivares estudadas. Palavras-chave: milho-pipoca, propriedades físicas, secagem, contração volumétrica GRAINS VOLUMETRIC SHRINKAGE KINETICS OF TWO POPCORN CULTIVATE DURING THE DRYING PROCESS ABSTRACT Among the factors that affect the popcorn quality they stand out the moisture content and the physical product properties, such as: volume, porosity and density. The present work has been the as objective of evaluating evaluate the humidity loss effect in the volumetric popcorn grains shrinkage during the drying process. The obtained results allowed to conclude that the reduction of the moisture content has affected the popcorn physical properties, what provokes the reduction of the product volume, and that the drying air temperature increase promoted the product shrinkage in a significantly smaller period of time, for two cultivates studied. Key words: popcorn, physical properties, drying, volumetric shrinkage INTRODUÇÃO O milho-pipoca caracteriza-se por apresentar sementes que, se expandem, quando submetidas ao calor, devido à resistência do pericarpo associada à presença de água e óleo no grão; esta capacidade de expansão é o parâmetro mais importante, quando se faz referência à sua qualidade. A capacidade de expansão é influenciada por fatores como: teor de umidade, tamanho, forma do grão, presença de danos, temperatura de secagem, entre outros (Machado, 1997). De acordo com Lyerly (1942), o volume de expansão do milho de pipoca está correlacionado a certas propriedades físicas, tais como: forma e tamanho dos grãos, uma vez que grãos menores, mais curtos e de forma arredondada, apresentam maior volume de expansão que os demais. Alterações de propriedades físicas em função do teor de umidade e outros fatores, durante o processo de desidratação e depois dele têm sido, adequadamente, investigado por diversos autores para vários produtos (Wang e Brennan, 1995; Mcminn & Magee, 1997). Mudanças volumétricas dos produtos, devido à retirada de água, são relatadas com as principais causas das alterações das principais propriedades físicas de produtos agrícolas (Lozano et al., 1983; Sokhansanj & Lang, 1996). 1 Eng. Agrícola, M.S., estudante de Doutorado em Engenharia Agrícola no DEA-UFV, pjunior@alunos.ufv.br 2 Eng. Agrônomo, D.S., professor Adjunto no DEA-UFV, Viçosa-MG, CEP , copace@mail.ufv.br

2 62 Muitos pesquisadores têm utilizado modelos empíricos na tentativa de melhor representar o fenômeno de contração volumétrica em produtos de natureza biológica (Lang e Sokhansanj, 1993; Krokida & Maroulis, 1997). Mais recentemente, estas equações vêm sendo incorporadas à modelos matemáticos empregados na simulação de processos que melhor representem a secagem de grãos agrícolas (Brooker et al., 1992)Diante do exposto, o presente trabalho teve como objetivo avaliar o efeito da variação do teor de umidade na contração do volume de grãos de milho-pipoca, para diferentes variedades, durante o processo de secagem. MATERIAL E MÉTODOS Por definição, a contração volumétrica ( ) pode ser expressa pela razão entre o volume atual do produto e seu volume inicial. Considerando que os grãos e cereais são compostos por matéria seca, água e ar, essa relação pode ser descrita em função de outras propriedades físicas do produto, segundo a seguinte relação matemática (Afonso Júnior et al., 2000): em que U0 ap0 U ap (1) ag ag ap = massa específica aparente do produto, kg.m -3 ; ap0 = massa específica aparente inicial do produto, kg.m -3 ; ag = massa específica da água do produto, kg.m -3 ; U = teor de umidade do produto, decimal (base úmida); U 0 = teor de umidade inicial do produto, decimal (base úmida). = porosidade da massa de produto, decimal; 0 = porosidade inicial da massa de produto, decimal. Os valores de contração volumétrica para os diferentes teores de umidade estudados foram obtidos, utilizando-se a equação 1. Os dados experimentais utilizados neste trabalho, foram levantados por Ruffato et al. (1999). O autor descreve detalhadamente a metodologia utilizada na obtenção dos valores experimentais de porosidade e massa específica real dos grãos de milho-pipoca em função dos diversos níveis de teores de umidade para as cultivares CMS 43 e Zélia. Os diversos teores de umidade foram obtidos submetendo o produto ao processo de secagem em camada fina em equipamento experimental, com ar de secagem fornecido por um ventilador axial e conduzido até um plenum, onde era distribuído em três bandejas removíveis que continham as amostras de produto. A velocidade do ar de secagem foi monitorada com o auxílio de um anemômetro digital de laminas rotativas e mantida constante para todos os tratamentos em 1 m.s -1. As temperaturas do ar de secagem utilizadas foram de 40, 50 e 60 C. O ar foi aquecido através de resistências elétricas, enquanto sua temperatura foi controlada com o auxílio de um transformador variador de tensão de 0 a 140 volts, conectado em série às resistências elétricas. Os valores de temperatura foram obtidos por meio de um termômetro de mercúrio, cujo bulbo foi instalado, imediatamente, abaixo da camada de produto. Para determinação do teor de umidade do produto, durante o processo de secagem, foram realizadas pesagens periódicas em balança analítica com precisão de 0,01 grama. O teor de umidade inicial das amostras foi determinado pelo método da estufa a C, com três repetições, durante 24 horas (Brasil, 1992). Para o ajuste de modelos matemáticos aos dados experimentais, realizou-se análise de regressão utilizando-se os programas computacionais TableCurve 2D (versão 4.0) e Statistica (versão 5.0). Para os dados de secagem, estimaram-se os valores dos parâmetros dos modelos, em função das variáveis independentes temperatura do ar e tempo de secagem. Para relacionar os parâmetros dos modelos estudados com as variáveis estudadas, optou-se pelo modelo estatístico apresentado a seguir : Yij = 0 + 1Ti + 2 Ti j + 4 j (T. )ij + Eij (2) em que Yij = representa os valores observados de teor de umidade, para a temperatura i e tempo j; 0 = constante da regressão; z = coeficientes da regressão, z = 1, 2, 3, 4, e 5; Ti = variável temperatura do ar de secagem, para os níveis 40, 50, e 60ºC; j = variável tempo de secagem, minuto; Eij = erro aleatório.

3 A partir desse modelo, foram testados outros modelos, eliminando-se o efeito quadrático (T 2 ou 2 ), a interação (T. ) e um dos fatores (T ou ). RESULTADOS E DISCUSSÃO 63 Os resultados de massa específica real ( ) e porosidade da massa granular ( ) de milhopipoca, obtidos por Ruffato (1999), para as cultivares CMS 43 e Zélia, em função do teor de umidade (U), são apresentados na Tabela 1 Tabela 1- Massa específica real e porosidade da massa granular do milho-pipoca para diferentes teores de umidade e cultivares (Ruffato et al., 1999) Teor de Umidade ( %b.u. ) Massa Específica Aparente ( kg.m -3 ) Porosidade ( % ) Cultivar CMS 43 19,4 725,45 43,76 14,4 767,65 42,32 12,4 774,12 42,17 11,5 777,17 42,15 10,4 790,03 41,76 Cultivar Zélia 17,2 750,64 39,04 14,2 764,87 38,27 11,7 769,00 38,09 11,5 771,97 37,88 10,2 783,07 37,63 Observa-se na Tabela 1 que a massa específica real aumenta e a porosidade da massa diminui com a redução do teor de umidade para ambas as cultivares. A desidratação dos grãos reduz os espaços intercelulares, modificando as dimensões e o volume, alterando positivamente a massa específica real do produto, pois a diminuição do volume do grão, e, conseqüentemente, do volume da massa de produto, faz com que os espaços anteriormente ocupados por água sejam agora completados por grãos. Observa-se, ainda na Tabela 1, que a elevação da massa específica real devido à contração de volume do produto, com a diminuição do teor de umidade, está diretamente refletida na redução da porosidade, em razão da menor presença de espaços vazios na massa de grãos. Na Figura 1, são apresentadas as médias dos valores estimados e calculados de contração de volume de grãos de milho-pipoca, utilizando-se a equação 1, em função do teor de umidade do produto para as duas cultivares analisadas. Observa-se, na Figura 1, que os dados calculados de contração volumétrica apresentaram um comportamento linear com a variação do teor de umidade, e que podem ser ajustados por um modelo matemático com elevada precisão. Verifica-se, também, na Figura 1, que a redução do teor de umidade de grãos de milho-pipoca de 19,4% b.u. para 10,4% b.u., para cultivar CMS 43 e de 17,2% b.u. para 10,2% b.u., para cultivar Zélia, promoveu uma diminuição de aproximadamente 16 e 12% do volume do produto, respectivamente, quando comparado com seu volume inicial. Nota-se, ainda, que em termos gerais os valores calculados do índice de contração volumétrica da cultivar Zélia apresentaram-se sempre inferiores aos valores calculados para cultivar CMS 43. Contração de Volume ( =V/V 0 ) 1,00 0,96 0,92 0,88 0,84 0,80 Valores calculados CMS 43 Valores calculados Zélia Estimados CMS 43 = 0, ,0174.(U) R 2 = 0,9965 Zélia = 0, ,0166.(U) R 2 = 0, Teor de Umidade (% b.u.) Figura 1- Valores estimados e calculados de contração de volume ( ) de grãos de milho-pipoca em função do teor de umidade (U), para as cultivares CMS 43 e Zélia.

4 64 As Figuras 2 e 3 apresentam o modelo matemático ajustado por meio de regressão não linear aos dados experimentais de secagem de grãos de milho-pipoca das cultivares CMS 43 e Zélia, considerando-se a temperatura do ar de secagem e o teor de umidade do produto como variáveis independentes. Teor de Umidade (% b.u.) Estimado Observado (50 C) Observado (40 C) Observado (60 C) U = 20,4314-0,0424.T + 7,7986x ,0011.T. R 2 = 0, Figura 2- Valores estimados e observados de umidade (U) de grãos de milho-pipoca em função da temperatura (T) e do tempo ( ) de secagem, para a cultivar CMS 43. Teor de Umidade (% b.u.) 18,00 16,00 14,00 12,00 10, Observado (40 C) Observado (60 C) Observado (50 C) Estimado U = 18,9204-0,03381.T + 9,3299x ,0011.T. R 2 = 0,9689 Figura 3- Valores estimados e observados de umidade (U) de grãos de milho-pipoca em função da temperatura (T) e do tempo ( ) de secagem, para a cultivar Zélia. Observa-se, nas figuras apresentadas, que a equação com base no modelo analisado se ajustou adequadamente aos dados observados de umidade, com um elevado coeficiente de determinação ajustado para as duas cultivares estudadas, indicando ser a equação obtida apropriada para representar o comportamento dos grãos de milho-pipoca durante o processo de secagem. Uma vez conhecido o comportamento da contração volumétrica dos grãos de milho-pipoca em função do teor de umidade e desse parâmetro em relação ao tempo, durante o processo de secagem, torna-se possível representar a variação da contração do volume do produto em função do tempo de secagem, como apresentado nas Figuras 4 e 5 para as duas cultivares analisadas. Verifica-se, nas Figuras 4 e 5, o acentuado efeito da temperatura do ar de secagem na cinética da contração volumétrica dos grãos das duas cultivares estudadas de milho-pipoca, durante o processo de secagem. Nota-se, nessas figuras, que, para as cultivares estudadas, o aumento da taxa de secagem, devido à elevação da temperatura do ar, está intimamente relacionado com o processo, acelerando de maneira acentuada o encolhimento do produto. Contração de Volume (V/Vo) 1 0,98 0,96 0,94 0,92 0,9 0,88 0,86 0,84 0, C Figura 4- Valores calculados de contração de volume ( ) de grãos de milho-pipoca em função do tempo ( ) de secagem, para a cultivar CMS 43. Contração de Volume (V/Vo) 1 0,98 0,96 0,94 0,92 0,9 60 C 50 C 50 C 40 C 0, Figura 5- Valores calculados de contração de volume ( ) de grãos de milho-pipoca em função do tempo ( ) de secagem, para a cultivar Zélia. CONCLUSÕES Os resultados obtidos nesse trabalho permitiram concluir que: - O volume dos grãos diminui com a perda de água dos mesmos e a contração volumétrica apresentou um comportamento linear com a redução do teor de umidade da massa de grãos de milho-pipoca; 40 C

5 - O aumento da temperatura do ar de secagem e, conseqüentemente, da taxa de secagem, promoveu o encolhimento do produto em um período de tempo, significativamente, menor, para as duas cultivares estudadas; - A expressões ajustadas para estimar a contração de volume de grãos milho-pipoca em função do teor de umidade e tempo de secagem representaram de forma satisfatória o fenômeno estudado, independente da variedade analisada. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS Afonso Júnior, P.C.; Corrêa, P.C.; Andrade, E.T. Análise da variação das propriedades físicas e contração volumétrica dos grãos de milheto (Pennisetum glaucum) durante o processo de secagem. Revista Brasileira de Armazenamento, Viçosa, v.25, n.1, p.15-21, Brasil. Ministério da Agricultura Secretaria Nacional de Defesa Agropecuária. Regras para análise de sementes. Brasília: SN- DA/DNDV/CLAV, P. Brooker, D.B.; Bakker-Arkema, F.W.; Hall, C.W. Drying and storage of grains and oilseeds. Westport: AVI, p. Krokida, M.K.; Maroulis, Z.B. Effect of drying method on shrinkage and porosity. Drying Technology, New York, v.15, n.10, p , Lang, W.; Sokhansanj, S. Bulk volume shrinkage during drying of wheat and canola. Journal of Food Process Engineering, Trumbull, v.16, n.4, p , Lyerly, P.J. Some genetic and morphologic characters affecting the popping expansion of popcorn. Journal of the American Society of Agronomy, Madison, v.34, n.11, p , Lozano, J.E.; Rotstein, E.; Urbicain, M.J. Shrinkage, porosity and bulk density of foodstuffs at changing moisture content. Journal of Food Scince, Chicago, v.48, n.5, p , Machado, P.F. Efeito das condições de colheita e secagem sobre a capacidade de expansão de milho-pipoca. Viçosa: UFV, p. Dissertação de Mestrado. Mcminn, W.A.M.; Magee, T.R.A. Physical characteristics of dehydrated potatoes part I. Journal of Food Engineering, London, v.33, n.1-2, p.37-48, Ruffato, S.; Corrêa, P.C.; Martins, J.H.; Mantovani, B.H.M.; Silva, J.N. Influência do processo de secagem sobre a massa específica aparente, massa específica unitária e porosidade de milho-pipoca. Revista Brasileira de Engenharia Agrícola e Ambiental, Campina Grande, v.3, n.1, p.45-48, Sokhansanj, S.; Lang, W. Prediction of kernel and bulk volume of wheat and canola during adsorpsion and desorption. Journal Agricultural Engineering Research, New York, v.63, n.2, p , Wang, N.; Brennan, J.G. Chages in structure, density and porosity of potato during dehydration. Journal of Food Engineering, London, v.24, n.1, p.61-76, 1995.

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