CINÉTICA DA DESIDRATAÇÃO OSMÓTICA DE ABACATE FRESCO E BRANQUEADO TERMICAMENTE

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1 CINÉTICA A ESIRATAÇÃO OSMÓTICA E ABACATE FRESCO E BRANQUEAO TERMICAMENTE Luana Miranda Lopes, Maria Aparecida Mauro Bolsista de iniciação Científica FAPESP, discente do curso de Engenharia de Alimentos Professora do epartamento de Engenharia e Tecnologia de Alimentos, Instituto de Biociências, Letras e Ciências Exatas, UNESP - Universidade Estadual Paulista,, Universidade Estadual Paulista UNESP- Rua Cristóvão Colombo, 65, São José do Rio Preto SP, CEP cidam@ibilce.unesp.br RESUMO: O abacate (Persea americana Mill) é uma fruta rica em lipídeos. Apresenta alto conteúdo de fibras, proteínas e sais minerais. Uma forma de reduzir o conteúdo de água com baixo consumo de energia é o uso da desidratação osmótica (O). Esse processo geralmente é utilizado em combinação com outros métodos de conservação, uma vez que apenas a O não é capaz de garantir a estabilidade do alimento. O objetivo foi estudar a cinética da O de pedaços de abacate submetidos ou não a branqueamento térmico. Os ensaios foram conduzidos com fatias de abacates de 8,5mm de espessura, em soluções aquosas de sacarose a 40, 50 e 60%, durante 0,5,, e 4 horas. A condição de branqueamento térmico utilizada (4 min, ebulição) foi estabelecida através do teste da peroxidase. As amostras foram analisadas quanto à perda de água e ganho de soluto, através da determinação do peso e do conteúdo de açúcares e sólidos totais das amostras. Constatou-se a presença da enzima invertase no abacate, a qual impossibilitou a determinação exata da sacarose no tecido. O estudo da difusividade da sacarose em amostras frescas não foi possível. As difusividades efetivas de água e sólidos foram da ordem de 0-0 m /s. Palavras-Chave: abacate, desidratação osmótica, difusividade efetiva. INTROUÇÃO O Brasil é um país com expressiva produção agrícola e está entre os três maiores produtores mundiais de frutas, juntamente com a China e Índia. Porém, por apresentar um potencial agro-industrial ainda pouco explorado, é crescente o interesse por tecnologias que agreguem valor aos produtos agrícolas e gerem novos produtos com qualidade e competitividade para o mercado nacional e internacional. Nesse contexto, o processamento de frutas e hortaliças baseado em tecnologias simples e de baixo custo, como a secagem com ar aquecido, pode contribuir para a redução de perdas de excedentes de produção e para um maior tempo de armazenamento e disponibilidade durante todo o ano, além de facilitar o comércio externo desses produtos. Entretanto, a degradação da qualidade dos alimentos durante a secagem convectiva, devido às alterações físicas, químicas e bioquímicas decorrentes desse processo, é um problema que merece grande atenção na seleção, projeto e operação de secadores. Alguns tratamentos realizados antes da secagem convectiva, como a desidratação osmótica (O) e o branqueamento térmico podem minimizar os impactos negativos da mesma. A inativação enzimática, através do branqueamento térmico, é utilizada principalmente com a função de prolongar o período de conservação do produto, durante a elaboração e armazenamento do mesmo. A desidratação osmótica é usada para remoção parcial da água do alimento, por imersão deste numa solução hipertônica, em temperatura e tempos específicos (Sereno et al., 00). evido ao efeito da pressão osmótica, há remoção de água do produto e aumento simultâneo da concentração de sólidos (Raoult-Wack, 994). O método é relativamente simples, porém, quando aplicado a vegetais, seu controle é dificultado devido ao grande número de variáveis que influencia o processo, como, por exemplo, micro-estrutura e composição do vegetal, concentração da solução, tipo de soluto, VIII Congresso Brasileiro de Engenharia Química em Iniciação Científica 7 a 30 de julho de 009 Uberlândia, Minas Gerais, Brasil

2 temperatura e agitação da solução. Esse método consiste, basicamente, em controlar a quantidade de entrada e saída de substâncias da célula, já que o alimento possui uma membrana plasmática semipermeável. Não sendo esta membrana perfeitamente seletiva, ela é responsável pela perda de alguns solutos do alimento que saem juntamente com a água (Rastogi et al., 00). Portanto, o levantamento detalhado de dados e a análise dos fenômenos de transferência de massa são fundamentais para melhorar a compreensão dessa operação e possibilitar projetar, operar e controlar adequadamente esse processo, assim como processos subsequentes como, por exemplo, a secagem convectiva. O abacate está entre as frutas mais vendidas no mundo e se destaca pela sua qualidade nutricional. No Brasil, é utilizado em pratos doces, seja com açúcar, creme, vitaminas ou sorvetes e também em pratos salgados, como o guacamole. O abacate (Persea americana Mill) é uma fruta rica em lipídeos, com significativa quantidade de ácidos graxos insaturados. A composição de seus ácidos graxos é semelhante ao óleo de oliva. O óleo de abacate apresenta importantes quantidades de ácido palmitoléico, também monoinsaturado. Esses ácidos graxos ômega nove apresentam efeitos benéficos para a saúde em relação à prevenção de doenças cardiovasculares (Tango et al., 004), além de ajudar a diminuir os níveis de colesterol total, de LL (mau colesterol) e triacilgliceróis e aumentar os níveis de HL (bom colesterol) (Salgado, 005). O abacate também apresenta alto conteúdo de fibras, proteínas, sais minerais, destacando-se o potássio, e vitaminas, especialmente vitamina E (USA, 007). A desidratação ou secagem continua a ser um dos procedimentos mais importantes para a conservação de alimentos, pois diminui a disponibilidade de água para reações de deterioração e promove uma considerável redução de custos de transporte e armazenamento do produto. entre os métodos existentes de secagem, a convectiva é responsável por mais de 90% da produção de alimentos desidratados. Entretanto, essa operação pode reduzir muito o valor nutricional dos alimentos, uma vez que compostos antioxidantes são muito susceptíveis a degradações. eterminadas condições de operação como altas temperaturas e tempos longos de secagem comprometem não só a qualidade nutricional do produto (Maskan, 00; Ramesh et al., 00; Shi et al., 999) como também a qualidade sensorial (aparência, textura, cor e sabor). Isso tem motivado a condução de estudos de processos alternativos para reduzir tais impactos negativos sobre o produto. Assim, o uso de temperaturas relativamente baixas faz com que as estruturas celulares naturais dos produtos possam ser preservadas. Quando o objetivo é obter um produto à umidade intermediária, a O aplicada como tratamento anterior à secagem convectiva pode representar significativa economia de energia. Isso acontece devido à remoção da água do produto sem mudança de fase e este é processado em fase líquida, fornecendo, assim, coeficientes de transferência de calor e de massa mais elevados (Raoult-Wack, 994). A avaliação do processo de O através da perda de água, variação da massa e ganho de solutos tem sido aplicada por diversos autores (Azuara et al., 99). A impregnação de solutos muitas vezes é indesejável e por essa razão considera-se que o processo é tão mais eficiente quanto maior a razão entre perda de água e ganho de solutos. Porém, no caso do abacate, a impregnação de açúcar poderá ser um fator positivo para conferir sabor mais agradável ao produto final. Quando utilizada como etapa preliminar ou adicional de processos de secagem, tem como objetivo a obtenção de produtos de alta qualidade sensorial e nutricional, estabilidade à contaminação microbiológica e à deterioração química do produto final (Torreggiani & Bertolo, 00). urante a desidratação osmótica, as membranas celulares dos vegetais, que são parcialmente seletivas, propiciam um fluxo de água do sólido para solução, um fluxo de solutos da solução para o sólido e um pequeno fluxo de solutos naturais do vegetal para a solução (Raoult- Wack, 994). O resultado desta transferência é a elevação da concentração do sólido devido à diminuição do conteúdo de umidade e ao incremento simultâneo de sólidos (Lenart, 996). Características do agente osmótico usado, como o seu peso molecular e seu comportamento iônico, afetam fortemente a desidratação, tanto na quantidade de água removida quanto no ganho de sólidos (Ertekin & Cakaloz, 996). A sacarose é considerada um ótimo agente osmótico, especialmente quando a O é empregada como etapa preliminar à secagem convectiva de alimentos vegetais, pois minimiza o escurecimento enzimático e a perda de aromas em

3 comparação com vegetais sem tratamento (Qi et al., 998, Lenart, 996). A O em soluções de sacarose também pode prevenir perda de nutrientes durante a secagem, como foi constatado em abóboras, onde esse pré-tratamento osmótico melhorou a retenção de carotenóides (Nascimento, 006). Branqueamento é um tratamento térmico comumente aplicado a uma variedade de vegetais antes do congelamento. Sua primeira finalidade é inativar enzimas e destruir todas as células microbianas vegetativas, permitindo estabilidade e manutenção da qualidade de produtos durante a estocagem (Canet, 989). O branqueamento oferece também benefícios secundários devido à sua ação de lavagem. Elimina as características de off-flavors que podem ter sido formadas durante o tempo entre a colheita e processamento, e também a remoção de qualquer resíduo de pesticidas. A aplicação de branqueamento térmico para inativação de enzimas presentes nos vegetais também pode melhorar a qualidade de produtos submetidos à desidratação, pois evita a oxidação de compostos fenólicos ou carotenóides, o que reduz o valor nutricional do alimento. A enzima polifenoloxidase (PPO) e as reações degradativas da peroxidase (PO) são as principais causas que afetam a preservação do abacate por serem as responsáveis por catalisar o escurecimento enzimático, alterações de cor devido à oxidação de pigmentos e amolecimento. Sendo essas enzimas termo-resistentes, o tratamento térmico é utilizado para inativação das mesmas, já que elas estão sempre presentes em frutas e são responsáveis por mudanças indesejáveis que alteram a qualidade do produto final. A alta dependência dessas enzimas com a temperatura faz com que o branqueamento seja utilizado como parâmetro no estabelecimento do processo (Lund, 975). Os efeitos da combinação de branqueamento e desidratação osmótica sobre posterior secagem convectiva podem variar bastante com o tipo de vegetal. Na literatura, Alvarez et al. (995) constataram que morangos tratados termicamente tiveram aumento significativo da difusividade da água durante a secagem, com ou sem o tratamento osmótico, quando comparado ao tecido sem nenhum tratamento. Esse efeito foi atribuído à modificação da estrutura celular, facilitando a transferência do vapor de água. Nieto et al. (00) observaram que fatias de manga branqueadas e secadas apresentaram comportamento diferente do morango, onde a difusividade da água foi semelhante à fruta sem branqueamento, enquanto que as frutas branqueadas e tratadas osmoticamente apresentaram difusividade inferior às anteriores. Esse comportamento foi associado à gelatinização do amido da manga. Em outro trabalho com maçãs, Nieto et al. (998) mostraram outro comportamento da difusividade, intermediário ao observado nas duas frutas citadas, onde o coeficiente de difusão da água durante a secagem foi ligeiramente aumentado pelo branqueamento, porém, decresceu com a impregnação de soluto. iante do exposto, a proposta do presente trabalho foi avaliar a cinética da desidratação osmótica de fatias de abacate previamente branqueado ou não. Coeficiente de ifusividade Para cálculo do coeficiente de difusividade da água e do açúcar nas fatias de abacate, pré tratadas ou não, utilizou-se a Segunda Lei de Fick, apresentada na forma geral, a seguir (Cussler, 985): w = ef t w () em que w é a fração de massa de água ou de açúcar, em base úmida, na amostra, ef é o coeficiente efetivo de difusão e t, o tempo de tratamento. Vários autores descreveram a perda de água e o ganho de sólidos no processo de desidratação osmótica baseados na Segunda Lei de Fick, a qual o fluxo de massa é proporcional ao gradiente de concentração entre o sólido e a solução. Entende-se por difusão o transporte de massas de moléculas individuais por uma barreira ou espaço livre, que ocorre segundo um processo aleatório e que depende de um gradiente de concentração. As soluções analíticas para a segunda lei de Fick (equação ) aplicam-se a sólidos de formas geométricas simples e constantes ao longo do processo. Considerando-se que o sólido (fatia do abacate) seja uma placa plana com ambas as superfícies expostas à solução osmótica, que sua difusividade efetiva seja constante, que a variação do volume e que o efeito do gradiente de temperatura no interior da amostra seja

4 desprezível, tem-se a seguinte solução analítica para placas infinitas, integrada ao longo da espessura (Crank, 975): w w 0 () onde l = espessura da fatia, w= fração média do componente (água ou sacarose em base úmida), w = fração do componente no instante zero (t=0) e 0 sup w w sup w = fração do componente na superfície, em sup equilíbrio com a solução osmótica. Para a determinação dos valores experimentais foram utilizados abacates (Persea americana), variedade Fortuna. esidratação osmótica foi conduzida numa cuba de aço inoxidável contendo aproximadamente 0 kg de solução aquosa de sacarose (40, 50 e 60%, w/w), sob agitação e temperatura controlada (7 o C). Aproximadamente 00 g de fatias de abacate (8,5 mm de espessura) selecionadas aleatoriamente eram pesadas em cesto de nylon. Quatro cestos eram imersos na solução osmótica e retirados após /,, e 4 horas de processo. Branqueamento prévio, quando aplicado, foi realizado por imersão das fatias em água em ebulição durante 4 minutos. Para a determinação de sólidos totais, foi utilizado o método gravimétrico, com estufa a vácuo, 60º C, até as amostras atingirem peso constante. Açúcares totais e redutores foram determinados por titulação de óxido-redução (William, 970). RESULTAOS E ISCUSSÂO Na Tabela são apresentados os coeficientes calculados para a água, juntamente com o coeficiente de determinação R e a Raiz Quadrada da Média do quadrado dos Resíduos relativos, RQMR, segundo equação 3, de cada um dos tratamentos realizados. RQMR = e π π 9π 5π 49π 8 eft eft eft t ef 4l 4l 4l 4l = 00 + e 9 n n + e 5 x calc x x exp exp + e 49 (%) (3) +... Onde x calc representa o conteúdo de água ou de sacarose calculado, xexp o valor observado e n representa o número de observações. Constata-se, na Tabela, que as difusividades obtidas para a água apresentaram coeficientes na ordem de 0-0 m /s. O branqueamento aumentou a difusividade da água em relação às amostras sem tratamento, como esperado, uma vez que a estrutura celular do tecido é danificada com a temperatura. Nas amostras branqueadas, os coeficientes cresceram com o aumento da concentração da solução osmótica. Esse comportamento é o inverso da tendência encontrada em soluções binárias puras de água-sacarose, onde a difusividade diminui com a concentração (Lomauro et al., 985). Tabela - ifusividade da água, R e RQMR de cada um dos tratamentos-ensaios realizados. Ensaio Sem branquea mento Com branquea mento Concentração da solução osmótica (%, p/p) ef x 0 0 (m /s) ifusividade e parâmetros R RQMR (%) 40,76 0,97 3,45 50,69 0,97 9,73 60,56 0,95 5, ,3 0,98 0, ,5 0,97 44,9 60 8,99 0,99 9, Já nas amostras frescas a tendência não foi clara e a difusividade mais baixa foi obtida no ensaio em 60% sacarose. A inversão dos açúcares pode ter influenciado a difusividade da água, uma vez que em sistemas com diversos componentes, há interferência entre o transporte dos mesmos. O fluxo de água ocorre do fruto para a solução, enquanto que a sacarose difunde da solução para o fruto. Os açúcares resultantes da hidrólise da sacarose, por sua vez, difundem para a solução. Isso torna o sistema mais complexo, pois o transporte de massa na realidade inclui uma reação química que não está sendo considerada no modelo (equação ). O fato do encolhimento não ter sido considerado nos experimentos pode estar afetando

5 os resultados, uma vez que, ao se considerar as dimensões iniciais das fatias ao longo de todo o processo, a difusividade calculada resulta maior que esperada caso o encolhimento seja considerado. Nas Figuras a 3, estão apresentadas as comparações dos valores calculados e experimentais para cada um dos ensaios, segundo modelo de Fick (equação ). Na Tabela são apresentadas as difusividades da sacarose, juntamente com R e RQMR de cada ensaio realizado. Tabela - ifusividade da sacarose, R e RQMR de cada um dos tratamentos-ensaios realizados. Concentra ifusividade e ção da parâmetros Ensaio solução ef x osmótica 0 0 R RQMR (%, p/p) (m (%) /s) Com branquea mento 40 4,94 0,98 6,8 50 4,90 0,99 5,6 60 3,0 0,79 6,93 Figura - Comparação entre valores experimentais e calculados da difusividade da água segundo modelo de Fick para amostras sem branqueamento tratadas em solução aquosa com 40, 50 e 60% de sacarose. Figura - Comparação entre valores experimentais e calculados da difusividade da água segundo modelo de Fick para amostras com branqueamento tratadas em solução aquosa com 40, 50 e 60% de sacarose. No caso das amostras não branqueadas, como a sacarose não foi detectada nas análises devido à ação da invertase, a sua difusividade não pôde ser determinada. Para as amostras previamente branqueadas, considerou-se o conteúdo de sacarose analisado nas amostras para a determinação da difusividade da sacarose. Figura 3 - Comparação entre valores experimentais e calculados da difusividade da sacarose segundo modelo de Fick para amostras com branqueamento tratadas em solução aquosa com 40, 50 e 60% de sacarose. A difusividade da sacarose foi inferior à da água, provavelmente devido à influência da estrutura do tecido, demonstrando que a impregnação de soluto não foi excessiva devido ao tratamento térmico. Os coeficientes foram semelhantes para tratamentos a 40 e 50%, diminuindo a 60%. CONCLUSÕES Valores altos de difusividade de água foram encontrados em amostras previamente branqueadas, enquanto que a difusividade da sacarose nessas amostras foi um pouco menor, demonstrando que a impregnação de soluto não foi excessiva devido ao tratamento térmico. Nas amostras sem branqueamento as difusividades foram consideravelmente inferiores às encontradas

6 nas branqueadas. A ação da enzima invertase em amostras não branqueadas impediu a determinação da difusividade da sacarose, sendo que essa reação enzimática pode dificultar o controle do processo de desidratação osmótica. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ALVAREZ, C.A.; AGUERRE, R.; GÓMEZ, R.; VILAES, S.; ALZAMORA, S.M.; GERSCHENSON, L.N., 995. Air dehydration of strawberries: effects of blanching and osmotic pretreatments on the kinetics of moisture transport. Journal of Food Engineering, 5, AZUARA, E.; CORTÉS, R.; GARCIA, H.S.; BERISTAIN, C.I., 99. Kinetic model for osmotic dehydration and its relationship with Fick s second law. International Journal of Food Science and Technology, 7, CANET, W., 989. Quality and stability of frozen vegetables. In S. Thorne (Ed.). evelopments in food preservation (Vol. 5). New York: Elsevier Science Publishing Inc.. CRANK, J., 975. The Mathematics of iffusion. Second edition. London: Clarendon Press - Oxford. CUSSLER, E. L., 984. iffusion - Mass transfer in fluid systems. Cambridge: Cambridge University Press. ERTEKIN, F. K.; CAKALOZ, T., 996. Osmotic dehydration of peas: influence of process variables on mass transfer. Journal of Food Processing and Preservation, 0, LENART, A., 996. Osmo-convective drying of fruits and vegetables: technology and application. rying Technology, 4 (), LUN,. B., 975. Heat processing. In: Principles of food science: part II: principles of food preservation. New York: M. ekker. LOMAURO, C. J.; BAKSHI, A. S.; LABUZA, T. P., 985. Evaluation of food moiture sorption isotherm equation. Part I: fruit, vegetables and meat products. Lebensmitted-Wissenschaft und Technologie., v. 8, -7. MASKAN, M., 00. Kinetics of colour change of kiwifruits during hot air and microwave drying. Journal of Food Engineering, 48, NASCIMENTO, P., 006. Avaliação da retenção de carotenóides de abóbora, mandioca e batata doce f. issertação (Mestrado em Engenharia e Ciência de Alimentos) - Instituto de Biociências, Letras e Ciências Exatas, Universidade Estadual Paulista, São José do Rio Preto. NIETO, A.; CASTRO, M. A.; ALZAMORA, S. M., 00. Kinetics of moisture transfer during air drying of blanched and/or osmotically dehydrated mango. Journal of Food Engineering, 50, NIETO, A.; SALVATORI,.; CASTRO, M. A.; ALZAMORA, S. M., 998. Air behaviour of apples affected by blanching and glucose impregnation. Journal of Food Engineering, 36, QI, H.; LE MAGUER, M.; SHARMA, S. K. (998). esign and selection of processing conditions of a pilot scale contactor for continuous osmotic dehydration of carrots. Journal of Food Processing and Engineering,, RAMESH, M. N.; WOLF, W.; TEVINI,.; JUNG, G. (00). Influence of processing parameters on the drying spice paprika. Journal of Food Engineering, 49, RASTOGI, N.K.; RAGHAVARAO, K.S.M.S.; NIRANJAN, K.; KNORR.., 00. Recent developments in osmotic dehydration: methods to enhance mass transfer. Trends in Food Science & Technology, v. 3, p RAOULT-WACK, A. L., 994. Recent advances in the osmotic dehydration of foods. Trends in Food Science and Technology, 5, SALGAO, J.M., 005. Por que a gordura do abacate faz bem à saúde. Titular de Nutrição LAN/ESALQ/USP. Rio de Janeiro. Mastrodi-Salgado-Por-Que-a-Gordura-o- Abacate-Faz-Bem-a-Saude-Nutricao. SERENO, A. M.; MOREIRA, R.; MARTINEZ, E., 00. Mass transfer coefficients during osmotic dehydration of apple in single and combined aqueous solutions of sugar and salt. Journal of Food Engineering, 47, SHI, J.; LE MAGUER, M.; KAKUA, Y.; LIPTAY, A.; NIEKAMP, F. (999). Lycopene degradation and isomerization in tomato dehydration, Food Research International, 3,5-. TANGO, J. S.; CARVALHO, C. R. L.; SOARES, N. B., 004. Caracterização física e química de frutos de abacate visando a seu potencial para extração de óleo. Revista Brasileira de Fruticultura, 6, (), 7-3.

7 TORREGGIANI,.; BERTOLO, G., 00. Osmotic Pre-Treatments in Fruit Processing: Chemical, Physical and Structural Effects. Journal of Food Engineering, v. 49, p USA, U.S. epartment of Agriculture, Agricultural Research Service, 007. USA National Nutrient atabase for Standard Reference, Release 0. Nutrient ata Laboratory Home Page, WILLIAM, H. (Ed.), 970, Official Methods of Analysis, th edition. Arlington: Association of Official Analytical Chemists, AOAC. AGRAECIMENTOS Os autores agradecem à FAPESP pelo apoio financeiro (Proc 07/ ) e pela bolsa de estudos (Proc 07/ ).