MASSA ESPECÍFICA DE POLPA DE CUPUAÇU (Theobroma grandiflorum Schum.) SOB DIFERENTES TEMPERATURAS 1

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1 ISSN: MASSA ESPECÍFICA DE POLPA DE CUPUAÇU (Theobroma grandiflorum Schum.) SOB DIFERENTES TEMPERATURAS 1 Josalice de Lima Araújo 2, Alexandre José de Melo Queiroz 3, Rossana Maria Feitosa de Figueirêdo 3 RESUMO Determinou-se experimentalmente a massa específica de polpa de cupuaçu em três condições de teor de sólidos polpa integral a 12ºBrix; polpa a 12 o Brix com teor reduzido de sólidos insolúveis e polpa a 9ºBrix e em cinco temperaturas 10 o C, 20 o C, 30 o C, 40 o C e 50 o C. As determinações da massa específica foram realizadas em sextuplicata através do método picnométrico. Modelos de predição de massa específica apresentados em literatura foram avaliados quanto a sua aplicabilidade para o cálculo teórico desta propriedade em polpas de cupuaçu. Os valores de massa específica obtidos variaram entre 1015 e 1034 kg/m 3 para a polpa integral, 997 e 1040 kg/m 3 para a polpa a 9ºBrix e entre 1029 e1048 kg/m 3 para a polpa 12 o Brix com teor reduzido de sólidos insolúveis. Palavras-chave: densidade, propriedade termofísica, fruta tropical DENSITY OF CUPUAÇU (Theobroma grandiflorum Schum.) PULP IN DIFFERENT TEMPERATURES ABSTRACT The aim of this work was to determine the density of cupuaçu pulp at three solids content - integral pulp at 12ºBrix; pulp at 12 o Brix with reduced insoluble solids content and pulp at 9ºBrix - and at five temperatures - 10 o C, 20 o C, 30 o C, 40 o C and 50 o C. The density determination was accomplished in six replications by the pycnometric method. Mathematical models applicability of density presented by others authors were appraised for the theoretical calculation of this property in cupuaçu pulps. The obtained values of density varied between 1015 and 1034 kg/m 3 to the integral pulp, 997 and 1040 kg/m 3 to the pulp at 9ºBrix and between 1029 and 1048 kg/m 3 to the 12 o Brix pulp with reduced insoluble solids content. Keywords: density, pulp, thermophysical property, tropical fruit Protocolo de 25/09/ Extraído da dissertação de Mestrado do primeiro autor, no DEAg/UFPB 2 Química Industrial, Campina Grande, PB 3 Professor do Dept o. de Engenharia Agrícola da UFPB, Av. Aprígio Veloso 882, Bodocongó, Campina Grande PB, , CP , (83) , alex@deag.ufpb.br

2 128 Massa específica de polpa de cupuaçu (Theobroma grandiflorum Schum.) sob diferentes temperaturas Araújo et al. INTRODUÇÃO O cupuaçu (Theobroma grandiflorum Schum.) é uma espécie arbórea encontrada facilmente nas matas de terra firme e várzeas. Nativa da região oriental da Amazônia, encontra-se silvestre, no sudoeste do estado do Pará, alcançando o nordeste do estado do Maranhão. A polpa do cupuaçu, uma das mais populares da Amazônia, pode ser utilizada na produção de sorvetes, sucos, compotas, geléias, licores, iogurte e diversos doces. Sua colheita é feita manualmente, coletando-se os frutos somente após caírem (Calzavara et al., 1984), quando então são considerados maduros. Considerada a fruta predileta da maioria dos amazonienses, o cupuaçu vem conquistando o mercado de outras regiões do país e do exterior (Agenda CNPq, 1985). Apesar disso, o consumidor do cupuaçu ainda é, predominan-temente regional, o que pode ser atribuído à ausência de estruturas que possibilitem a oferta do produto em maiores escalas nos mercados nacional e internacional. Os conhecimentos a respeito das propriedades físicas da polpa de cupuaçu ainda são limitados. Dentre estas, inclui-se a massa específica, propriedade importante na caracterização, identificação e utilização de substâncias ou de materiais. Muitos processos químicos, tais como a fermentação, são controlados através da medida da massa específica (Silva et al., 1990). Dados sobre essa propriedade são, também, necessários para projetar e avaliar equipamentos de processamento de alimentos, como evaporadores, bombas, filtros e misturadores, e servem ainda como índice de qualidade do produto final (, 1989). O objetivo deste trabalho foi determinar experimentalmente a massa específica da polpa de cupuaçu, em diferentes temperaturas, em três condições de teor de sólidos: 12ºBrix, 9ºBrix e com eliminação parcial de sólidos insolúveis e comparar os resultados obtidos com valores determinados através da aplicação de modelos propostos em literatura. Matéria-prima MATERIAIS E MÉTODOS Para o estudo da massa específica da polpa do cupuaçu, foram utilizados três tipos de amostras: integral, 9 o Brix e peneirada. Com esta divisão obtiveram-se polpas com três diferentes teores de sólidos, solúveis e insolúveis, sendo produzidas como se segue: Polpa integral obtida a partir do processamento dos frutos de cupuaçu maduros, através de extração manual onde, após a quebra e eliminação da casca, fazia-se a remoção manual das sementes, obtendo-se a polpa pura. Posteriormente esta polpa era homogeneizada em liqüidificador doméstico. Polpa a 9ºBrix obtida através da diluição da polpa integral com água destilada até a obtenção de um teor de sólidos solúveis de 9ºBrix. Polpa peneirada obtida através do peneiramento da polpa integral em peneiras de aço inoxidável com malha de 0,59mm. O peneiramento foi realizado com o auxílio de um agitador mecânico, marca Pavitest, no nível de agitação máximo, durante 20min. Teor de sólidos O teor de sólidos solúveis foi determinado pelo método refratométrico e o percentual de sólidos insolúveis foi determinado seguindo as normas do Instituto Adolfo Lutz (LARA et al., 1976). Massa específica A massa específica das diferentes amostras foi determinada em seis repetições nas temperaturas de 10 o C, 20 o C, 30 o C, 40 o C e 50 o C, utilizando picnômetro de vidro de 25ml, previamente tarado. O picnômetro com a amostra era colocado em banho termostático até atingir a temperatura desejada. Em seguida, era pesado em balança analítica com precisão de 0,0001g. Para a determinação do volume do picnômetro, utilizava-se água destilada. A massa específica foi obtida através da razão entre a massa da amostra e o volume do picnômetro (Equação 1). m (1) V onde: = massa específica da amostra (kg/m 3 ) m = massa da amostra (kg) V = volume do picnômetro (m 3 ) Além das determinações experimentais também foram utilizados modelos sugeridos por autores diversos para a determinação teórica da

3 Massa específica de polpa de cupuaçu (Theobroma grandiflorum Schum.) sob diferentes temperaturas Araújo et al. massa específica, os quais são apresentados na Tabela Tabela 1. Equações para o cálculo de massa específica de produtos alimentícios Produto Fonte Equação Choi & Okos (1983) Sucos e polpas de frutas em geral Suco de abacaxi Polpa de manga (1989) (1989) (1989) Kubota et al. citado por Choi & Okos (1986) = W.X W + s.x s onde: W = 999,89 0,060334T 0,003671T 2 s = , , T 2 =1002+4,61ºB-4,60T+7, T 2-9, T 3 = ,343T + 1, T 2-4, T 3 =1087-1,064T+21, T 2-26, T 3 = ,26X s - 0,349(T+273) onde: = massa específica (kg/m 3 ) w = massa específica da água (kg/m 3 ) s = massa específica dos sólidos (kg/m 3 ) X w = fração mássica da água (adimensional) X s = fração mássica dos sólidos (adimensional) T = temperatura ( o C) B = concentração (ºBrix) RESULTADOS E DISCUSSÃO Os materiais caracterizados, quanto à massa específica, continham um teor de sólidos solúveis entre 9 e 12 o Brix e entre 1,83 e 2,74% de sólidos insolúveis, como se vê na Tabela 2. De acordo com a análise de variância dos valores médios da massa específica da polpa de cupuaçu integral, 9 o Brix e peneirada, apresentada na Tabela 3, observa-se que para as fontes de variação estudadas, os resultados obtidos são significativos ao nível de 1% pelo teste F. Tabela 2. Composição físico-química das diferentes amostras da polpa do cupuaçu Composição Integral 9 o Brix Peneirada Sólidos solúveis ( o Brix) Sólidos insolúveis (%) 2,74 + 0,11 1,83 + 0,16 2,16 + 0,10 Tabela 3. Análise de variância dos valores médios da massa específica das polpas de cupuaçu integral, 9ºBrix e peneirada Fonte de variação G.L. S.Q. Q.M F Temperatura , , ,5073** Amostras , , ,0137** Int. Temperatura x , , ,7508** Amostras Resíduo 75 26,6666 0,3555 Total ,000 G.L.- Grau de liberdade; S.Q.- soma dos quadrados; Q.M.-Quadrado médio dos desvios e F. Variável do teste F ** Significativo ao nível de 1% de probabilidade Na Tabela 4, são apresentados os valores médios experimentais de massa específica determinados para as diferentes amostras de polpa de cupuaçu. Verifica-se que, em todas as

4 130 Massa específica de polpa de cupuaçu (Theobroma grandiflorum Schum.) sob diferentes temperaturas Araújo et al. amostras, ocorreram reduções da massa específica com o aumento de temperatura. Os resultados obtidos concordam com os observados por SIMÕES (1997) que trabalhou com polpa de manga nas mesmas temperaturas, obtendo resultados semelhantes. Tabela 4. Valores médios da massa específica da polpa de cupuaçu para a interação concentração e temperatura Temperatura Massa específica (kg/m 3 ) (ºC) Polpa Integral Polpa 9ºBrix Polpa peneirada ,3 ac 1.038,9 ab 1.047,8 aa ,5 bb 1.028,3 bc 1.044,6 ba ,6 cb 1.017,1 cc 1.039,0 ca ,5 db 1.005,6 dc 1.035,1 da ,3 eb 997,7 ec 1.029,2 ea DMS p/ colunas = 0,9659 representada pelas letras minúsculas; DMS p/ linhas = 0,8257 representada pelas letras maiúsculas; CV = 0,05801%; MG = 1.027,93. MG-Média geral, CV-Coeficiente de variação e DMS -Desvio mínimo significativo Obs.: as médias seguidas pela mesma letra minúscula nas colunas e maiúsculas nas linhas não diferem estatisticamente pelo teste Tukey, a nível de 5% de probabilidade Comparando-se os materiais, observa-se que na polpa peneirada, os valores obtidos superaram os da polpa integral e 9ºBrix, ou seja, a eliminação de parte do particulado insolúvel, através do peneiramento, resultou em aumento da massa específica, indicando que o material solúvel presente no peneirado da polpa do cupuaçu possui massa específica superior à fração insolúvel retida em peneira. Observando os valores referentes aos materiais integral e 9ºBrix, é possível constatar a influência que os sólidos solúveis exerceram sobre a massa específica, que decresceu com a diminuição do ºBrix. Apesar disso, a 10ºC, a massa específica da polpa 9ºBrix resultou em valor maior que o da polpa integral à mesma temperatura. Analisando os resultados, haja vista as diferentes temperaturas, verificam-se diferenças significativas entre as massas específicas a nível de 5% de probabilidade em todas as amostras. O mesmo se pode dizer da comparação entre os três tipos de amostras, que diferiram entre si em todos os casos. Calculando-se a média geral para cada material, pode-se observar que, entre a polpa integral e a polpa peneirada, a massa específica aumentou em 1,28%. Entre a polpa integral e a polpa a 9ºBrix, a massa específica decresceu em torno de 0,83%. O valor do coeficiente de variação determinado para os dados de massa específica encontra-se abaixo de 10%. indicando, segundo Gomes (1987), boa precisão experimental, o qual afirma que este parâmetro estatístico é considerado baixo quando inferior a 10%. Nas Tabelas 5, 6 e 7, são apresentados os valores teóricos da massa específica obtidos através de modelos propostos em literatura para as diferentes amostras. Na Tabela 4, fazendo-se a média dos erros percentuais para cada temperatura, tem-se 2,1%, 2,2%, 2,9%, 3,8% e 4,0%, para os modelos de (polpas e sucos), (suco de abacaxi), Kubota (solução de açúcar), Choi & Okos (suco de tomate) e (suco de manga), respectivamente. Observa-se a melhor predição obtida com o modelo de Alvarado & Romero (1989), proposto para polpas e sucos de várias frutas. Apesar disso, o modelo proposto por eles, para suco de abacaxi, também, resultou em valores semelhantes de erro percentual. Embora a pior média supere, em quase duas vezes, o erro percentual do melhor ajuste, ainda assim situou-se em um patamar inferior a 5%.

5 Massa específica de polpa de cupuaçu (Theobroma grandiflorum Schum.) sob diferentes temperaturas Araújo et al. Tabela 5. Valores teóricos de massa específica (kg/m 3 ) para a polpa de cupuaçu integral calculados a partir de modelos e erros percentuais em relação aos valores experimentais Modelos Temperatura ( o C) (Kubota citado por Choi & Okos, 1986) 1.062, , , , ,9 Erro percentual 2,7 2,8 2,7 2,9 3,3 Suco de abacaxi (,1989) 1.055, , , , ,4 Erro percentual 2,1 2,1 2,1 2,2 2,5 Suco de manga (, 1989) 1.078, , , , ,8 Erro percentual 4,2 4,1 3,9 3,9 4,0 Polpas e sucos (, 1989) 1.053, , , , ,3 Erro percentual 1,8 2,0 1,9 2,1 2,5 (Choi & Okos, 1983) 1.068, , , , ,7 Erro percentual 3,3 3,6 3,7 4,0 4,4 131 Na Tabela 6, observa-se que as médias dos erros percentuais dos modelos em relação às determinações experimentais resultaram em 1,6%, 2,5%, 3,1%, 3,4% e 4,9% para os modelos de (polpas e sucos), Kubota (solução de açúcar), (suco de abacaxi), Choi & Okos (suco de tomate) e (suco de manga), respectivamente. Assim como ocorrido com o material integral, também no material a 9 o Brix o modelo de proposto para polpas e sucos de várias frutas se adaptou melhor às características do material, com boa precisão na interpretação dos dados de massa específica. Também o modelo de Kubota para soluções de açúcar resultou em boa predição, com uma diferença no erro médio percentual inferior a 1% em relação ao erro médio do melhor modelo. Tabela 6. Valores teóricos de massa específica (kg/m 3 ) para a polpa de cupuaçu a 9 o Brix calculados a partir de modelos e erros percentuais em relação aos valores experimentais Modelos Temperatura ( o C) (Kubota citado por Choi & Okos, 1986) 1.050, , , , ,1 Erro percentual 1,1 1,8 2,6 3,4 3,8 Suco de abacaxi (, 1989) 1.055, , , , ,4 Erro percentual 1,6 2,4 3,1 3,9 4,3 Suco de manga (, 1989) 1.078, , , , ,8 Erro percentual 3,8 4,3 5,0 5,7 5,8 Polpas e sucos (, 1989) 1.039, , , , ,5 Erro percentual 0,1 0,8 1,6 2,5 2,9 (Choi & Okos, (1983) 1.055, , , , ,4 Erro percentual 1,6 2,5 3,5 4,4 4,9 Na Tabela 7, fazendo-se as médias dos erros percentuais para as cinco temperaturas têm-se os valores de 0,8%, 0,9%, 1,7%, 2,7% e 2,7% para os modelos de

6 132 Massa específica de polpa de cupuaçu (Theobroma grandiflorum Schum.) sob diferentes temperaturas Araújo et al. (polpas e sucos), (suco de abacaxi), Kubota (solução de açúcar), Choi & Okos (suco de tomate) e (suco de manga), respectivamente. Repetindo o resultado obtido para as polpas integral e 9 o Brix o modelo de, proposto para polpas e sucos de frutas diversas, resultou nas menores médias de diferença, em relação aos valores experimentais. Tabela 7. Valores teóricos de massa específica (kg/m 3 ) para a polpa de cupuaçu peneirada calculados a partir de modelos e erros percentuais em relação aos valores experimentais Modelos Temperatura ( o C) (Kubota citado por Choi & Okos, 1986) 1.064, , , , ,0 Erro percentual 1,5 1,5 1,7 1,8 2,0 Suco de abacaxi (,1989) 1.055, , , , ,4 Erro percentual 0,7 0,8 0,9 1,0 1,1 Suco de manga (, 1989) 1.078, , , , ,8 Erro percentual 2,9 2,6 2,8 2,7 2,6 Polpas e sucos (, 1989) 1.053, , , , ,3 Erro percentual 0,5 0,6 0,8 0,9 1,1 (Choi & Okos, 1983) 1.071, , , , ,4 Erro percentual 2,2 2,4 2,8 3,0 3,2 Conforme se observa nas Tabelas 5, 6 e 7 o modelo de, proposto para polpas e sucos de frutas diversas, foi o que melhor se adequou à interpretação dos dados de massa específica dos três tipos de polpa de cupuaçu estudados, com médias de erros percentuais inferiores a 2,1%. Inversamente, a utilização do modelo de, proposto para suco de manga, resultou nas maiores médias de erros percentuais, não excedendo porém, em nenhum caso, a 5%. Nas Figuras 1, 2 e 3 têm-se as curvas experimentais e teóricas das massas específicas das diferentes amostras de cupuaçu em função da temperatura. Observa-se que todos os modelos superestimam os valores de massa específica Densidade (kg/m 3 ) Temperatura (ºC) Experimental KUBOTA (1980) (1989)sucos e polpas (1989)polpa de manga (1989) abacaxi Choi & Okos (1983) Figura 1. Valores experimentais e teóricos da massa específica da polpa de cupuaçu integral em função da temperatura

7 Massa específica de polpa de cupuaçu (Theobroma grandiflorum Schum.) sob diferentes temperaturas Araújo et al Densidade (kg/m 3 ) Temperatura (ºC) Experimental KUBOTA (1980) solução de açúcar (1989)sucos e polpas (1989)polpa de manga (1989) abacaxi Choi & Okos (1983) Figura 2. Valores experimentais e teóricos da massa específica da polpa do cupuaçu a 9ºBrix em função da temperatura Densidade (kg/m 3 ) Temperatura (ºC) Experimental KUBOTA (1980) (1989)sucos e polpas (1989)suco de manga (1989) abacaxi Choi & Okos (1983) Figura 3. Valores experimentais e teóricos da massa específica da polpa peneirada do cupuaçu em função da temperatura Nos materiais integral e peneirado, as curvas representantes dos modelos acompanham as reduções de massa específica experimental com os aumentos de temperatura. No caso da polpa a 9 o Brix, ao contrário, verifica-se, de maneira geral, o afastamento das curvas referentes aos modelos em relação à curva experimental. Pode-se notar ainda a aproximação razoável da curva obtida a partir do modelo sugerido por Kubota que, apesar de ser proposto para soluções de açúcar, ajustou melhor os dados que outros modelos propostos especificamente para frutas. Na Tabela 8, são propostos modelos para o cálculo da massa específica das polpas de cupuaçu em função da temperatura. As equações são do tipo linear, quadrática e polinomial de 3 o grau. Verifica-se que em todas as amostras a regressão polinomial de 3 o grau apresentou os maiores valores do coeficiente de determinação (R 2 ); entretanto, as demais equações apresentaram bons ajustes, com todos os valores de R 2 acima de 0,99.

8 134 Massa específica de polpa de cupuaçu (Theobroma grandiflorum Schum.) sob diferentes temperaturas Araújo et al. Tabela 8. Parâmetros dos modelos de equações propostos para o cálculo da massa específica Polpa Integral Polpa 9ºBrix Polpa peneirada Modelos A B C D R 2 = A+BT 1.039,8-0, ,98420 =A+BT+CT ,3-0, , ,99521 =A+BT+CT 2 +DT ,5-0, , ,5x10-4 0,99933 Modelos A B C D R 2 = A+BT 1.049,3-1, ,99906 =A+BT+CT ,1-1, ,0025-0,99889 =A+BT+CT 2 +DT ,3-0, ,0230 2,83x10-4 0,99990 Modelos A B C D R 2 = A+BT 1.053,05 0, ,99638 =A+BT+CT ,3-0,315-0,0025-0,99679 =A+BT+CT 2 +DT ,3-0,315 0,0025 1,2x ,99679 =(kg/m 3 ); T=(ºC) CONCLUSÕES Os valores médios de massa específica determinadas para a polpa de cupuaçu, integral, 9ºBrix e peneirada, nas temperaturas de 10 a 50ºC variaram, respectivamente, entre e 1.015, e 997 e e kg/m 3. A redução no teor de sólidos solúveis na polpa de cupuaçu acarretou diminuição dos valores de massa específica, enquanto que a redução no teor de sólidos insolúveis resultou em aumento. Os modelos de predição utilizados superestimaram os valores de massa específica, com erro máximo em relação aos valores experimentais, inferior a 5%. Os resultados obtidos a partir do modelo de Alvarado & Romero (1989) aproximaram-se melhor dos dados experimentais, com erros percentuais variando de 0,04 a 2,96%. A representação da massa específica com a equação polinomial de 3 a ordem dependente da temperatura resultou em ajustes com coeficientes de determinação (R 2 ) superiores a 0,99 para os três materiais estudados. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS Agenda CNPq. Estrangeiros querem cupuaçu. São Paulo: v.7, n.11, p.8, Alvarado, J.D.; Romero, C.H. Physical properties of fruits-i-ii: density and viscosity of juices as functions of soluble solids and content and temperature. Latin American Applied Research., v. 19, p , Calzavara, B.B.G.; Muller, C.H.; Kahwage, O.N.C. Fruticultura tropical: cupuaçuzeiro cultivo, beneficiamento e utilização do fruto. Belém: EMBRAPA/CPATU, p. Choi, Y.; Okos, M.R. The properties of tomato juice concentrates. Transactions of the ASAE, v.26, n.1, p , Choi, Y.; Okos, M. R. Effects of temperature and composition on the thermal properties of foods. In: Lemauguer, M.; Jelen, M. (eds.). Food Engineering and process applications: transport phenomena. London: Elsevier Applied Science Publishers, v.1, cap.9, p Gomes, F.P. Curso de estatística experimental. 10.ed. Piracicaba: Nobel, p. Lara, A.B. W.H.; Nazário, G.; Almeida, M.E.W.; Pregnolato, W. Normas analíticas do Instituto Adolfo Lutz: métodos químicos e físicos para análises de alimentos. 2.ed. São Paulo: Melhoramentos, v.1, 371p. Silva, R.R.; Bocchi, N.; Rocha Filho, R.C. Introdução a química experimental. São Paulo: McGraw-Hill, p. Simões, R. M. Propriedades termofísicas da polpa de manga. Campinas: UNICAMP, P. (Dissertação Mestrado)