SECAGEM DA POLPA DE ACEROLA EM CAMADA DE ESPUMA E NO SPRAY DRYER COM ADIÇÃO DE ADJUVANTES

Transcrição

1 SECAGEM DA POLPA DE ACEROLA EM CAMADA DE ESPUMA E NO SPRAY DRYER COM ADIÇÃO DE ADJUVANTES W.R. QUEIROZ PEGADO 1, J. S. OLIVEIRA 1, G. P. MAFRA 1, C.E.M.R.GURGEL 2 e M. F. D. MEDEIROS 1 1 Universidade Federal do Rio Grande do Norte, Departamento de Engenharia Química 2 Universidade Federal do Rio Grande do Norte, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Química para contato: mariadefatima@eq.com.br RESUMO Este trabalho teve o objetivo de estudar a secagem da polpa de acerola com e sem adição de leite e adjuvantes por diferentes técnicas de secagem, em camada de espuma (0,3 cm de espessura) em estufa com circulação de ar a 70 C e por atomização em secador spray a 130 C. Para a secagem em camada de espuma com e sem adição de leite foram utilizados como adjuvantes albumina (4%) e 2% de emulsificantes (1% de liga neutra e 1% de emustab). Os melhores resultados foram observados nos ensaios sem adição de leite e com albumina, caracterizada pela maior expansão (192%), menor tempo de secagem (90 min) e umidade do pó de 5,7%. O modelo cinético de Page apresentou um excelente ajuste aos dados experimentais da cinética de secagem das espumas (R²>0,99). No spray foram feitos ensaios com e sem adição de leite utilizando como adjuvantes albumina (4%) e proteína isolada do sora do leite (4%), onde o melhor rendimento (58,16%) foi observado no ensaio de secagem da acerola com adição de leite e proteína isolada do soro de leite. Os pós produzidos por ambos os processos apresentaram características apropriadas para conservação e armazenamento. 1. INTRODUÇÃO A acerola é um fruto rico em vitamina C, pró-vitamina A e vitaminas do complexo B, além de ser uma fonte de antocianina e minerais com cálcio, ferro e fósforo. O Brasil é um grande produtor de acerola, em detrimento dos outros países. Visto que a fruta não é muito atrativa e é facilmente degradável ao natural, seu maior consumo atualmente se dá na forma de polpa congelada estando em crescimento outros tipos de produtos de importância na indústria alimentícia, como néctares, geleias, conservas e produtos liofilizados. Muitos trabalhos citados na literatura mostram que através da liofilização e de outros processos de secagem polpas são transformadas em pós que podem ser adicionados a outras misturas da indústria alimentícia, enriquecendo os produtos em vitaminas e sais minerais (Ritzinger et al, 2011). Os processos de desidratação surgiram como alternativa para a produção de alimentos com elevado valor agregado e vida de prateleira prolongada. A secagem em camada de espuma (foam-mat) consiste em transformar alimentos líquidos ou

2 pastosos em espumas estáveis através da adição de agentes espumantes, seguindo então o processo de desidratação que pode ser realizado em estufa de circulação de ar ou em outro tipo de secador de leito fixo. Devido a maior área de superfície exposta a circulação do ar quente para temperaturas menos elevadas, um tempo relativamente curto é requerido acelerando a retirada de água e consequentemente a desidratação do alimento. Uma desvantagem dessa secagem é a dificuldade de ampliação de escala (Breda et al, 2013). A secagem por atomização (spray dryer) é o processo comumente utilizado nas indústrias de alimentos em pó, tais como café solúvel, leite etc. A técnica consiste, basicamente, na atomização de um material líquido ou pastoso em uma câmara de secagem, onde será submetido a um fluxo de ar quente, que ao entrar em contato com as gotículas da amostra promove a evaporação quase instantânea da água presente, permitindo assim a manutenção das partículas em baixa temperatura (Germano et al, 2009). Esse processo tem como desvantagem a alta higroscopicidade e aglomeração do pó produzido (Catelam, 2010). O rendimento do processo e a qualidade do pó obtido estão intimamente ligados a escolha do melhor agente secante para cada tipo de material a secar. Nas últimas décadas a procura por alimentos mais saudáveis que complementem as dietas ricas em proteínas tornou-se cada vez mais comum. O soro do leite é obtido como um subproduto da fabricação de queijos e pesquisas indicam que a presença de proteínas com elevado teor de aminoácidos essenciais confere alto valor nutricional ao subproduto. Evidências recentes sustentam a teoria de que as proteínas do leite, incluindo as proteínas do soro, além de seu alto valor biológico, possuem peptídeos bioativos, que atuam como agentes antimicrobianos, anti-hipertensivos, reguladores da função imune, assim como fatores de crescimento (Haraguchi et al. 2006). No Brasil, a produção de bebidas lácteas é uma das principais opções de aproveitamento do soro do leite. Contudo, o aproveitamento desse subproduto atinge apenas 15% do total de soro produzido. (Neves, 2001; Nakamae, 2004). Devido sua versatilidade, a proteína do soro do leite (whey protein), pode ser usada como um ingrediente e não somente como agente secante para a produção do pó da polpa de acerola. Constituída da proteína da clara do ovo a albumina também tem sido muito utilizada pela indústria de alimentos como agente secante e emulsificante sendo considerada um ingrediente que incorpora valor ao produto devido às suas características nutricionais. Em trabalhos mais recentes, Gurgel et al. 2015) (2015) e Machado et al utilizaram o leite como ingrediente na secagem da polpa de graviola em camada de espuma e em leito de jorro obtendo bons resultados. A adição do leite promoveu a formação de espumas mais expandidas e favoreceu a produção de pó no leito de jorro. Considerando a importância da acerola no cenário nacional e os resultados encontrados na literatura sobre adjuvantes que agregam valor ao produto desidratado, no presente trabalho estudou-se a secagem da polpa de acerola pelos dois métodos acima descritos, secagem em camada de espuma e por atomização, pesquisando-se diferentes tipos de adjuvantes como agentes secantes e formadores de espuma. 2. MATERIAIS E MÉTODOS 2.1. Secagem em Camada de Espuma

3 As misturas foram preparadas com a polpa de acerola e adição de adjuvantes (emustab, liga neutra, com ou sem albumina e/ou com ou sem leite) em diferentes proporções, totalizando 4 ensaios como apresentado na tabela 1. Os ingredientes foram pesados separadamente, misturados e submetidos a batimento em batedeira doméstica durante 15 minutos, para obtenção das espumas. As massas específicas da polpa de acerola e das espumas foram determinadas através da pesagem de um volume fixo do material medido em proveta. Estas determinações foram realizadas em triplicata. O cálculo da expansão foi realizado conforme a equação 1. E = 1 ρ 1 ρ p 1 ρp x100% (1) Tabela 1 Formulação das espumas Formulação % Polpa % Leite % Albumina* % Emustab* % Liga neutra* 1F F F F * Percentual considerando a mistura polpa/leite. A secagem foi realizada em estufa com circulação de ar a temperatura de 70 C em placa retangular de 0,3 cm de espessura e volume de 225 cm³. A cinética de secagem foi acompanhada através da pesagem da placa em intervalos de tempos de 10 minutos até que o material atingisse peso constante. A umidade da espuma foi calculada em cada tempo e o valor final atingido considerado como a umidade de equilíbrio. A taxa de secagem foi calculada como a perda de massa em cada intervalo de tempo dividida pelo tempo de cada intervalo de pesagem. Aos dados cinéticos foi aplicado o modelo de Page (equação 2) empregando-se o programa Statistics 7.0. U U eq U i U eq = exp(-kt n ) (2) 2.2. Secagem por Atomização As misturas também foram preparadas com a polpa de acerola e adição de adjuvantes (leite, proteína do soro do leite e albumina) em diferentes proporções como disposto na tabela 2. Os compostos foram pesados separadamente e homogeneizados em liquidificador.

4 Tabela 2 Formulação na secagem spray dryer Formulação % Polpa % Leite % Albumina* % Whey* 1S S S S S * Percentual considerando a mistura polpa/leite. Foi utilizado um secador por nebulização minispray dryer modelo MSD 1.0 fabricante LABMAQ DO BRASIL LMTD. O secador operou na temperatura de 130 C, vazão de ar comprimido de 35 L/min, vazão de ar soprado de 1,65 m³/min, utilizando-se um bico de atomização de 1,2 mm e vazão de gotejamento da mistura de 0,45 L/h. O tempo de secagem das amostras variou entre 25 e 30 minutos, desconsiderando o tempo gasto na montagem do equipamento. Para os dois processos de secagem foram determinadas as umidades das misturas e dos pós, pelo método da estufa até peso constante e em balança de infravermelho, respectivamente. 3. RESULTADOS E DISCUSSÕES Os resultados obtidos na secagem da polpa de acerola em camada de espuma e por atomização são apresentados separadamente uma vez que os mesmos apresentam diferentes formas de abordagem. De uma forma geral o método da camada de espuma é conservativo em relação a massa de pó produzida mas requer maior tempo de processo do que a secagem por atomização que é muito rápida e não tem problemas na ampliação de escala, porém retém material no leito, sendo necessário se efetuar os cálculos relativos ao rendimento da produção de pó. De acordo com os resultados apresentados na Tabela 3 na secagem das espumas a maior expansão foi observada para a formulação 3F (sem adição de leite e com adição de 4% de albumina e 2 % de aditivos). A interação albumina /leite, conforme já observado por outros autores, não promoveu a expansão desejada, requerendo maior tempo de secagem (120min) em comparação por exemplo com a formulação 3F (90min). Tabela 3 Resultados da secagem em camada de espuma. Formulação Densidade (g/ml) U espuma (%) E (%) U pó (%) t sec (min) 1F 0,491 92,33 110,04 6, F 0,497 88,88 107,65 6, F 0,354 87,96 191,85 5, F 0,499 85,54 106,66 3,6 120

5 As curvas da taxa de secagem em função da umidade do material são exibidas na Figura 1. As curvas apresentam o comportamento típico descrito na literatura sendo observado para a formulação 1 com elevado teor de umidade um período inicial de taxa constante, seguido do período de taxa decrescente. Para as demais formulações o período de aquecimento do material pode ter se confundido com o de taxa constante, sendo observado apenas o período de taxa decrescente. 2,5 Taxa de secagem (g/min) 2,0 1,5 1,0 0,5 0,0 F1 F2 F3 F Figura 1 Curvas da taxa de secagem em função da umidade do material em base seca O modelo cinético de Page apresentou um excelente ajuste aos dados experimentais (R²>0,99), conforme pode ser observado na Figura 2, e os valores do parâmetro k (Tabela 4) que representa a taxa média específica de secagem corroboram com a observação de que a interação albumina e leite prejudica a secagem (k=0, min -1 ). O maior valor de k foi observado na secagem da espuma com albumina e aditivos. Os pós apresentaram baixa umidade, observando-se sensorialmente a preservação da cor e do aroma. Os resultados de uma forma geral demonstram que a secagem da polpa de acerola em camada de espuma, com adição de albumina é uma alternativa viável, devendo ser pesquisados outros aspectos tecnológicos que conduzam a otimização do processo.

6 Figura 2 Curva da razão de umidade em função do tempo tempo de secagem. Tabela 4 Parâmetros obtidos do modelo de Page. Formulação K (min -1 ) N R² 1F 0,0068 1,3678 0,9990 2F 0,0062 1,4028 0,9993 3F 0,0096 1,3985 0,9974 4F 0,0046 1,5300 0,9966 Na secagem por atomização, excetuando-se a secagem da formulação constituída apenas da polpa de acerola com adição de leite (4S) cuja produção de pó foi insignificante, nos demais experimentos foram obtidos pós com baixa umidade e bom aspecto visual com rendimento de produção (definido como a razão entre a massa de sólidos produzida e massa de sólidos alimentada) que variou entre 23,9% e 58,2%. De acordo com os dados apresentados na tabela 5 o melhor resultado foi obtido na secagem da formulação 3S cujo rendimento foi praticamente o dobro dos observados nos demais ensaios. A adição dos adjuvantes, albumina e proteína do soro de leite a polpa de acerola pura facilitou a produção de pó, todavia a albumina promoveu um rendimento de 38,2%, bastante superior ao observado no ensaio com adição da proteína do soro de leite (23,9%). Com adição do leite os resultados se invertem e o ensaio realizado com adição da proteína do soro do leite atingiu o maior rendimento, 58,2%, enquanto no ensaio com albumina o rendimento foi de 28,8%. Verifica-se, portanto que para a secagem por atomização a formulação fruta, leite e proteína do soro de leite pode levar a altos rendimentos, devendo ser aprofundados os estudos sobre a utilização deste adjuvante como agente de secagem. Todavia, o rendimento de 38.2% alcançado na secagem da polpa de acerola com adição apenas da albumina também pode ser considerado promissor, principalmente quando se leva em conta o baixo preço deste adjuvante frente ao da proteína do soro de leite. Tabela 5 Resultados dos ensaios no spray-dryer. Formulação Alimentação (g) U mistura (%) Pó (g) U pó (%) Rendimento (%) 1S 175,42 88,24 5,10 3,23 23,9 2S 195,55 88,95 8,60 4,01 38,2 3S 209,66 86,94 16,45 3,20 58,2 4S 201,79 90,41 0, S 208,71 87,42 7,72 2,13 28,8 Júnior et al. (2015) secou polpa de acerola com leite, em leito de jorro com partículas inertes de polietileno de alta densidade sem e com adição de 1% de proteína do soro de leite obtendo rendimentos de 9,1 e 38,9%. Este resultado corrobora com os do presente trabalho em relação a utilização deste adjuvante.

7 4. CONCLUSÃO De um modo geral os resultados do presente trabalho demonstram que a produção de polpa de acerola em pó pode ser viabilizada por ambos os processos estudados. A secagem em camada de espuma, embora seja limitada por problemas de ampliação de escala, por se tratar de uma técnica muito simples e de baixo custo pode ser implementada em pequenas agroindústrias que se interessem na produção de frutas em pó. A adição de albumina na preparação da espuma de acerola pura com aditivos (emustab e liga neutra) melhorou a performance do processo reduzindo o tempo de secagem em 30 minutos. Todavia a interação leite e albumina não provocou qualquer modificação em relação a secagem da espuma de acerola pura com aditivos. Com aditivos e leite o tempo de secagem também foi reduzido em 30 minutos e este resultado é compatível com o encontrado por Gurgel et al. (2014) que na secagem da polpa de graviola com leite e os mesmos aditivos obteve resultados condizentes. A secagem da polpa de acerola por atomização apresentou ótimos resultados em relação a utilização da proteína do soro do leite como agente secante, atingindo rendimentos elevados, usualmente não observados neste tipo de secador quando empregado na secagem de polpas de frutas. A adição apenas do leite não contribuiu para a produção de pó, resultado que não condiz com o observado na secagem em leito de jorro de polpas de outras frutas como amora (Braga, 2014) e graviola em leito de jorro (Machado et al., 2014). Com relação a proteína do soro do leite os resultados são compatíveis com os encontrados por outros autores tais como Silva (2014) que secou misturas de açaí e banana verde em leito de jorro com adição de um composto de proteína do soro de leite, obtendo ótimos resultados. 5. NOMENCLATURA ρ - Densidade da espuma (g/cm³) ρp- Densidade da polpa (g/cm³) tsec Tempo de secagem (min) U - Umidade (kgh2o/kgsólido) E - Expansão da espuma (%) Umistura - Umidade da mistura (%) n Parâmetro adimensional do modelo de Page Ueq - Umidade de equilíbrio (kgh2o/kgsólido) k - Parâmetro do modelo de Page (min -1 ) Upó - Umidade do pó (%) t - Tempo (min) Ui umidade inicial (kgh2o/kgsólido) 6. REFERÊNCIAS BRAGA, M. B. Obtenção de mistura leite-amora preta em pó por secagem em leito de jorro f. Tese (Doutorado em Engenharia Química). Universidade Estadual de Campinas Faculdade de Engenharia Química. São Paulo, Campinas. BREDA, C.A.; JUSTI, P. N.; SANJINEZ-ARGANDÕNA E. J. Efeito da desidratação foam mat na retenção da vitamina C da polpa de cajamanga. Alim. Nutr

8 CATELAM, K. T. Estudo da Influência da proporção de um mix leite/polpa de maracujá na produção de pó obtido por três diferentes métodos de secagem f. Dissertação (Mestrado em Engenharia e Ciência dos Alimentos). Universidade Estadual Paulista Júlio de Mesquita Filho Instituto de Biociências, Letras e Ciências Exatas. São Paulo, São José do Rio Preto. GERMANO, É.G.M.; COSTA, M.G.M.; SOUZA, A.C.R.; BRITO, E.S.; MEDEIRO, M.F.D.; AZEREDO, H.M.C. Physical properties of spray dried acerola pomace extract as affected by temperature and drying aids. LWT - Food Science and Technology p GURGEL, C.E.M.R.; DIEB, J.T.; MACHADO, I.P.; DANTAS, T.N.P.; MEDEIROS, M.F.D. Cinética de secagem da polpa de graviola pelo processo foam-mat. In: CONGRESSO BRASILEIRO DE ENGENHARIA QUÍMICA. 20, Florianopólis, SC. Anais Blucher Chemical Engineering Proceedings. Fevereiro 2015 vol. 1 num. 2. p HARAGUCHI, F.K.; ABREU, W.C.; PAULA, H. Proteínas do soro do leite: composição, propriedades nutricionais, aplicações no esporte e benefícios para a saúde humana. Rev. Nutr., Campinas p MACHADO, I.P.; FERREIRA, A.E. da S.; MACHADO, A.K.T.; DELMIRO, T.M.; MEDEIROS, M.F.D. Secagem em leito de jorro da polpa de graviola com adição de leite. Efeito das variáveis de operação sobre a taxa de produção e umidade do pó. In: CONGRESSO BRASILEIRO DE ENGENHARIA QUÍMICA. 20, Florianopólis, SC. Anais Blucher Chemical Engineering Proceedings. Fevereiro 2015 vol. 1 num. 2. p NAKAMAE, I.J. (Ed.). Anualpec 2004: anuário da pecuária brasileira. São Paulo: FNP, p NEVES, B.S. Aproveitamento de subprodutos da indústria de laticínios. In: EMBRAPA GADO DE LEITE. Sustentabilidade da pecuária de leite no Brasil: qualidade e segurança alimentar. Juiz de Fora, MG, p PONTES JÚNIOR, S. M.; DANTAS, S. C. M.; DELMIRO, T.M.; MEDEIROS, M.F.D. Secagem de polpas de frutas em leite de jorro. Efeitos da adição de leites vegetal e animal e da proteína isolada de leite no desempenho do processo e qualidade do produto em pó produzido. In: CONGRESSO BRASILEIRO DE ENGENHARIA QUÍMICA EM INICIAÇÃO CIENTÍFICA Campinas, SP. Anais Blucher Chemical Engineering Proceedings. Junho 2015 vol. 1 num. 3. p RITZINGER, R.; RITZINGER, C.H.S.P. Acerola: aspectos gerais da cultura. Cruz das Almas: Embrapa Mandioca e Fruticultura Tropical, p. SILVA, A.K.N. Obtenção de produto em pó a partir de banana verde, açaí e concentrado proteico do soro do leite utilizando secagem em leito de jorro f. Dissertação (Mestrado em ciência e tecnologia de alimentos). Universidade Federal do Pará. Instituto de tecnologia. Pará, Belém.