CONCENTRAÇÃO DO SUCO DE MARACUJÁ VISANDO À RETENÇÃO DOS AROMAS POR PROCESSO COM MEMBRANAS

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1 CONCENTRAÇÃO DO SUCO DE MARACUJÁ VISANDO À RETENÇÃO DOS AROMAS POR PROCESSO COM MEMBRANAS 1 Caroline C. Sipoli, 2 Alessa N. Oliveira, 3 Marcela A. Scamatti, 4 Sueli T. D. Barros 1 Aluna do mestrado DEQ/UEM, discente do curso de Engenharia Química 2 Aluna de Iniciação Científica PIC/ DEQ/UEM, discente do curso de Engenharia Química 3 Aluna de Iniciação Científica PIC/ DEQ/UEM, discente do curso de Engenharia Química 4 Professora do Departamento de Engenharia Química da UEM/PR 1,2,3,4 Departamento de Engenharia Química da Universidade Estadual de Maringá. Av Colombo,5790 Bloco D90, Campus Universitário, Maringá Pr, CEP sueli@deq.uem.br RESUMO - Atualmente o consumo de frutas, sucos e bebidas à base de frutas vem aumentando, com isso, os fabricantes de bebidas têm procurado renovar, formulando bebidas à base de sucos naturais. Neste contexto os processos de separação com membranas surgem como alternativa aos processos tradicionais de tratamento térmico dos sucos. As principais vantagens do uso de membranas na indústria de alimentos devem-se à eficiência na separação de moléculas e microorganismos, à minimização dos danos causados pelos tratamentos térmicos e ao baixo consumo de energia. Em vista do exposto anteriormente, pretende-se com este projeto estudar a concentração do suco de maracujá previamente clarificado, utilizando a tecnologia de membrana. Primeiramente a polpa foi centrifugada e o sobrenadante foi tratado enzimaticamente. O suco tratado foi submetido a ensaios de clarificação, depois da obtenção de uma quantidade suficiente de suco clarificado submeteu-se este produto a osmose em duas pressões diferentes. Foi possível concluir a partir do presente trabalho que o tratamento enzimático contribuiu para a diminuição da formação da camada gel e não houve variações significativas nas análises fisico-quimicas realizadas antes e depois da clarificação. Palavras-Chave: maracujá-azedo, osmose inversa, microfiltração. INTRODUÇÃO O Brasil é o maior produtor mundial de maracujá, com uma área total plantada de mais de 35 mil hectares e quase 500 mil toneladas de frutos produzidos anualmente (IBGE, 2004). Praticamente toda a produção nacional está baseada em uma única espécie cultivada, Passiflora edulis Sims, conhecida como maracujá-amarelo ou maracujá-azedo. A exploração comercial da cultura do maracujá-amarelo (Passiflora edulis f. flavicarpa Deg.) tem sido uma importante opção agrícola de diversidade para o pequeno produtor no Paraná No contexto deste mercado, os processadores de frutas, em especial os fabricantes de bebidas têm procurado inovar, lançando produtos à base de sucos de frutas naturais, concentrados, bebidas isotônicas, etc., procurando assim maximizar o valor agregado, reduzir custos e otimizar os seus processos na busca de tecnologias mais limpas de produção. Na fabricação destes produtos, os processos de separação, como a clarificação e a concentração de sucos tem tido um papel fundamental (BARROS, 2002). Como a maior parte dos sucos de frutas contém de 75% a 95% de água, sua remoção reduz os custos de embalagens, estocagem e transporte, além de diminuir a atividade da água prolongando sua vida útil de prateleira contra microorganismos (BARROS, 2002). A concentração de sucos por evaporação é o processo mais utilizado. Entretanto processos convencionais de concentração utilizam altas temperaturas, caracterizando um elevado consumo de energia, além de apresentar como principal desvantagem, a alteração no sabor e aroma do suco, conferindo, em muitos casos um sabor de cozido, resultando em muitas perdas na produção e levando os pesquisadores à procura de novos métodos de concentração que preservem as características do suco fresco. A separação com membranas representa uma alternativa aos processos convencionais de clarificação e concentração de sucos. A tecnologia de separação por membranas baseia-se no princípio de que, componentes de misturas líquidas ou gasosas, de acordo com suas características moleculares, permeiam seletivamente através de uma determinada membrana, movidos por uma força motriz que, varia segundo os diferentes processos (BARROS, 2002). As principais vantagens do uso de membranas na indústria de alimentos devem-se à eficiência na separação de moléculas e microorganismos, à minimização dos danos causados pelos tratamentos térmicos e ao baixo consumo de energia. VIII Congresso Brasileiro de Engenharia Química em Iniciação Científica 27 a 30 de julho de 2009 Uberlândia, Minas Gerais, Brasil

2 SILVA (2005) enumerando vários autores, salienta que as vantagens superam as desvantagens na concentração por osmose reversa na indústria de sucos. Uma comparação entre elas podem ser observadas na Tabela 1: Tabela 1 - Osmose inversa: vantagens e desvantagens VANTAGENS - Melhor qualidade do produto - Não utiliza calor - Retém os componentes do sabor natural - Não ocorre a caramelização - Sistema fechado sem perda de cor - Não envolve troca de fase, tendo menor gasto de energia, menor custo. - Requer menor espaço para instalação - Alta recuperação de aromas - Permeado apresenta pureza maior que qualquer outro processo de separação - Equipamento e manutenção simples Fonte: HABERT et al DESVANTAGENS - Redução do fluxo devido à compactação, polarização de concentração e entupimento. - Dificuldade de atingir concentrações maiores que 30º Brix - Investimento em bombas devido às altas temperaturas. A microfiltração vem sendo uma técnica cada vez mais viável de purificação e concentração simultânea realizada a temperatura ambiente. O processo de osmose inversa, que utiliza o permeado da ultrafiltração, pode ser usado para promover a concentração de sucos podendo alcançar altos valores de º Brix, sendo potencialmente, uma das maiores aplicações da tecnologia de membranas, com benefícios que incluem diminuição de danos térmicos aos componentes do suco, tais como: aromas delicados, cor e vitaminas, reduzindo ainda a quantidade de energia necessária para a remoção de água (CHERYAN e ALVAREZ, 1995). Para melhorar a eficiência da microfiltração de sucos de frutas, como o suco de maracujá integral que apresenta alto teor de polpa e elevada viscosidade, tem sido avaliada a introdução da etapa de hidrólise enzimática do produto. Tal etapa vida degradar os sólidos em suspensão e hidrolisar macromoléculas solúveis, reduzindo a viscosidade e o teor da polpa. O objetivo geral desta pesquisa foi avaliar a eficiência do processo de microfiltração da polpa de maracujá tratada enzimaticamente e sua influência na osmose inversa, sendo estimado o fluxo de permeado em relação à concentração do suco de maracujá e de outras frutas por osmose inversa em diferentes condições operacionais, previamente estudados DOCÊ (2008); avaliadas as características e a qualidade do suco de maracujá concentrado por meio de análises físicoquímicas, estudada a influência de parâmetros importantes sobre o fluxo de permeado na osmose inversa e verificada a aplicabilidade da concentração do suco por membranas. MATERIAIS E MÉTODOS O sistema de trabalho foi constituído pelas seguintes etapas: pré-tratamento por centrifugação e tratamento enzimático, clarificação por microfiltração e a concentração pela osmose inversa, como indicado na Figura 1. Polpa do maracujá Figura 1 Diagrama de blocos do processo de concentração do suco de maracujá Pré-tratamento A matéria-prima utilizada neste trabalho foi polpa de maracujá, fornecida pela empresa comercial Polpa Norte em embalagens de 500 gramas e foi armazenada à -10 C. O pré - tratamento, como centrifugação e reações enzimáticas, são essenciais para diminuir o fouling na membrana, já que os sucos de fruta despolpados são ricos em partículas insolúveis e em materiais em suspensão (GOMES, 2006). Devido a esses motivos, a polpa da fruta foi centrifugada em uma Centrifuga Jouan C31 e o sobrenadante, resultante da centrifugação, sofreu tratamento enzimático. Para que com isso houvesse redução do teor da polpa, aumento no rendimento de obtenção do suco clarificado e diminuição da viscosidade, o que proporciona um aumento de fluxo permeado pela membrana. Para isso, utilizou-se a enzima Pectinex Ultra SP-L fornecida pela empresa Novozymes, na concentração de 150 ppm na temperatura de hidrólise de 50 C por 60 minutos, isso de acordo com estudo prévio feito por DOCÊ (2008), que determinou esta condição como sendo a melhor apresentada. Microfiltração Centrifugação Pré-tratamento + Microfiltração Análises físicoquímicas Osmose Inversa Os ensaios de clarificação do suco foram realizados em uma unidade de micro e ultrafiltração NETZSCH, modelo C1/ /AI, O In

3 construída em aço inox AISI 304, disponível no Laboratório de Processos de Separação II no Departamento de Engenharia Química da Universidade Estadual de Maringá. A membrana utilizada - Al2O3/TiO2 (Shumacher GmbH-Tiα) nesse trabalho foi tubular cerâmica), adquirida da NETZSCH, com diâmetro médio de poro de 0,3 µm e 250 mm de comprimento, diâmetro externo de 7 mm e área de permeação de 0,005 m², que foi instalada em um módulo de aço inoxidável, fixado à tubulação da unidade por meio de flanges. Durante os ensaios de microfiltração do suco de maracujá a temperatura foi mantida em 25 C com auxílio de um banho e a pressão foi regulada em 0,5 bar. A microfiltração foi realizada até que atingisse a quantidade necessária para a realização da osmose. Osmose Inversa O suco previamente clarificado foi concentrado por osmose inversa, avaliando-se diferentes pressões transmembranas (30 e 40 Bar), a influência no fluxo do permeado, bem como a qualidade do concentrado, baseando-se em outros estudos similares, tais como, GOMES,2006, que concentrou o suco de acerola nas mesmas condições. O equipamento de osmose inversa consiste de um tanque de alimentação com volume de 15 litros, uma bomba de pistão modelo G- 10 (Hidra-Cell), motor de 4 HP, termômetro bimetálico e manômetro. A membrana utilizada no processo, também disponível no laboratório, foi em espiral, de filme composto. Análises Físico-Químicas Durante a execução do projeto, o suco centrifugado, clarificado e concentrado, foram submetidos a diversas análises físico-químicas. Estas foram, ph, teor de sólidos solúveis (ºBrix), teor de polpa, pectina, acidez titulável, vitamina C, açúcares redutores, cor e turbidez de acordo com a metodologia do Instituto Adolfo Lutz, As leituras de ph foram realizadas através de phmetro Digimed DM 20, previamente calibrado com soluções padrões de ph 4,61 e 6,25, à 25,1 o C, corrigindo-se o valor do ph lido em relação à temperatura. Já para sólidos solúveis, a leitura refratométrica das amostras previamente homogeneizadas foi realizada em um Refrâtometro Shimadzu (Blawsch & Lomb). Para as análises de cor e turbidez foi utilizado um Espectrofotômetro Hach DR/2010-Portable Datalogging Spectrophotometer. Após realização de ambos os tratamentos na polpa de maracujá in natura e também o processo de clarificação, foram feitas as análises físico-químicas cujos resultados são apresentados na Tabela 2. Os resultados obtidos mostram que características como densidade e ph foram conservados durante o processo, a turbidez diminuiu significantemente o que proporcionou ao suco um aspecto límpido e menos viscoso. Em relação ao açúcar redutor e acidez total houve um pequeno aumento no microfiltrado e concentrado, durante a osmose a água foi retirada do suco fazendo com que a sua concentração aumentasse, conseqüentemente o açúcar. Ocorre também, dimunição na Vitamina C pois esta se degrada muito facilmente, porém ainda esta é conservada. Tabela 2 - Características Físico-químicas médias para polpa de maracujá integral antes e após o pré-tratamento de centrifugação e após a clarificação ANÁLI- SES SOB. MF C30 C40. Acidez total* 57,68 59, ,27 Açúcar redutor 75,75 94,69 151,88 174,38 Densidade 1,043 1, ph 2,9 3,16 2,98 2,9 Cor Turbidez Vitamina C * 29,06 13, *acidez em solução molar por cento (v/m); **mg de vitamina C por cento (p/p) Sob(sobrenadante); MF(microfiltrado), C30 e C40(concentrado a 30 e 40 bar) O suco pré-tratado foi clarificado através do processo de microfiltração, no qual o fluxo permanece constante nos primeiros minutos e depois diminui sutilmente, permanecendo assim até o final do processo, como mostra a Figura 2.Quando comparados o fluxo de um suco sem prétratamento com um pré-tratado, é possível observar um aumento significativo no fluxo, isso mostra que o pré-tratamento realmente diminui o fouling na membrana. RESULTADOS E DISCUSSÕES

4 Figura 2 - Variação do fluxo de permeado em função do tempo na microfiltração Comparando-se o fluxo na osmose inversa da água deionizada, do maracujá com e sem prétratamento e da acerola em função da pressão, foi possível observar que um aumento no pressão gera um aumento também no fluxo. A água deionizada tem fluxo superior aos demais, pois ela não possui nenhuma partícula que possa prejudicar o fluxo na membrana. Já entre o suco de frutas, a acerola, tem fluxo superior ao de maracujá pois a sua viscosidade e teor de polpa são menores quando comparados aos do maracujá. Mas este quando pré-tratado com centrifugação e enzimas, consegue obter um aumento no seu fluxo, no entanto, ainda menor que o de acerola, conforme a Figura 3. do suco concentrado. Pode-se observar na Figura 4 que conforme o tempo passa o ºBrix do suco aumenta, ou seja, a quantidade de sólidos solúveis aumenta também e isso significa que o suco está ficando cada vez mais concentrado. Figura 4 Análise de sólidos solúveis em função do tempo no suco concentrado CONCLUSÃO Com base no trabalho realizado foi possível chegar as seguintes conclusões: - o tratamento enzimático contribuiu para a diminuição da formação da camada gel; - não houve variações significativas nas análises fisico-quimicas realizadas antes e depois da clarificação e concentração; - na osmose foi possível concluir que quanto maior é a pressão, maior é o fluxo e o Fc e menor o tempo de concentração. Figura 3 - Variação do fluxo na Osmose Inversa em função da pressão Com base nos dados da Tabela 3, podese observar que o fluxo à pressão de 40 bar é inicialmente mais alto do que comparado com o fluxo inicial à 30 bar. No entanto, na maior pressão a variação do fluxo é muito grande. Já à pressão de 30 bar o fluxo inicial é menor, mas não há uma variação muito grande deste durante o processo, ou seja, é mantido até o final. Tabela 3 - Fator de concentração em função da pressão Pressão Fluxo inicial (kg/h.m 2 ) Fluxo final (kg/h.m 2 ) Fc 30 bar 5,46 4,99 1,86 40 bar 12,46 1,87 2,81 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS BARROS, S. T. D. Clarificação dos sucos de acerola e abacaxi por ultrafiltração: Modelagem e simulação do fluxo do permeado e determinação dos mecanismos de fouling, FEQ, U- NICAMP, 2002, 239 p. Tese (doutorado). CHERYAN, M.: ALVAREZ, J.R. Food and beverage industry aplications. Departamente of Food Science, 103 Agricultural Bioprocess Laboratory, University of Lilinois, Urbana, IL 61801, USA. Departament of Chemical Engineering, University of Oviedo, Spain DOCÊ, C. R. Clarificação por microfiltração em membrana tubular e fibra oca da polpa de maracujá pré-tratada, DEQ, UEM, 2008, Tese (mestrado) DAMASCENO, J. W. Concentração de suco de acerola por osmose inversa em módulo espiral. UEM, Maringá-PR, 2001, Tese (mestrado). Durante o processo de concentração do suco clarificado foram feitas diversas análises de sólidos solúveis para determinar a concentração

5 GOMES, E. R. S. Concentração de suco de acerola por ultrafiltração e osmose inversa, DEQ, UEM, 2006, Tese (doutorado). HABERT, A.C.; BORGES, C.P.; NOBREGA, R. Processos de Separação por membranas. Série Escola Piloto em Engenharia Química, COPPE/UFRJ. Editora e-papers, 180 p., INSTITUTO ADOLFO LUTZ. Normas Analíticas: Métodos Químicos e Físicos para Análise de Alimentos. São Paulo, MANICA, I. & OLIVEIRA JR., M. E Maracujá No Brasil. In: Manica, I.; Brancher, A. Sanzonowicz, C.; Icuma, I. M.; Aguiar, J. L. P.; Azevedo, J. A.;Vasconcellos, M. A. S.; Junqueira, N. T. V. (Eds.). Maracujá- Doce:Tecnologia De Produção, Pós-Colheira, Mercado. Porto Alegre: Cinco Continentes. P SILVA, T.T.; MODESTA, R.C.D.; PENHA, E.M.; MATTA, V.M.; CABRAL, L.M.C. Suco de maracujá orgânico processado por microfiltração. Pesquisa Agropecuária Brasileira, v.40, n o 4, 7p., VAILLANT, F.: MILLAN, P.; O'BRIEN, G.; DOR- NIER, M.; DECLOUX, M.; REYNES, M. Cross flow microfiltration of passion fruit juice partial enzymatic liquefaction. Journal of Food Engineering, n.42, p , 1999.