SECAGEM DE GRÃOS. JOÃO DOMINGOS BIAGI Prof. Titular Tecnologia Pós-Colheita, FEAGRI/UNICAMP, Campinas, SP, BR

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1 SECAGEM DE GRÃOS JOÃO DOMINGOS BIAGI Prof. Titular Tecnologia Pós-Colheita, FEAGRI/UNICAMP, Campinas, SP, BR RICARDO BERTOL Mestrando em Tecnologia Pós-Colheita, FEAGRI/UNICAMP, Campinas, SP, BR Introdução A ultima etapa do desenvolvimento dos produtos agrícolas é o ponto de maturidade fisiológica, no qual é máximo o peso de matéria seca dos grãos, a partir deste ponto as reservas dos grãos são usadas para atender a sua demanda por nutrientes. Partindo deste principio esta seria a época ideal para a colheita, porém a umidade por ser elevada dificulta o procedimento de colheita. Quando os grãos estão muito úmidos apresentam baixa resistência mecânica, e quando estão muitos secos apresentam baixa elasticidade, e ambos os casos acarretam perdas qualitativa do cereal. Portanto, o ponto ideal de colheita varia de produto para produto. Todos os processos aplicados aos grãos após a sua maturidade fisiológica devem ser cuidadosamente planejados e executados para que o grão mantenha a qualidade adquirida e com isto mantenha o máximo de valor nutricional agregado. Para que a colheita seja realizada com sucesso, os grãos devem estar com umidade entre 16 e 25%, e necessariamente devem passar por um processo de secagem para reduzir a sua umidade, até a faixa de armazenamento, variando de 12 a 14%. Princípios Gerais da Secagem A secagem é uma operação crítica dentro da seqüência do processamento dos grãos e quando realizada de forma inadequada pode causar a deterioração dos grãos, aumentar a susceptibilidade a trincas nos grãos de milho e soja e reduzir a qualidade de no processo de moagem de trigo e no beneficiamento de arroz. equivalente a várias outras técnicas (filtração, centrifugação, prensagem, evaporação, liofilização, etc), o resultado geral da secagem é a separação parcial entre o líquido (geralmente a água) e a matriz sólida. No caso dos produtos agrícolas a matriz sólida é um alimento contendo proporções variáveis de: carboidratos, proteínas, lipídios e minerais. BROOKER et alii. (1992) e LASSERAN (1988)

2 A secagem de grãos envolve dois processos fundamentais quando o produto é colocado em contato com o ar quente: (1) a transferência de calor do ar para o produto pelo efeito da diferença de temperatura existente entre eles e (2) a transferência de massa para o ar pela diferença de pressão parcial de vapor de água existente entre o ar e a superfície do produto. As condições externas e os mecanismos internos do movimento de umidade dos grãos durante a secagem são muito importantes. O movimento de água do interior do material até a superfície é analisado pelos mecanismos de transferência de massa, que indicarão a dificuldade de secagem dos materiais. Durante a secagem, para que haja a evaporação de água da superfície do material ao ambiente, a água deve ser transportada do interior do sólido até a superfície, (HALL, 1980; BIAGI et alii., 1993). Os parâmetros que influenciam a taxa de secagem, com utilização de ar forçado, são principalmente, a temperatura e a umidade relativa do ambiente, temperatura e fluxo do ar de secagem, umidade inicial, final e de equilíbrio do produto, a temperatura e velocidade do produto no secador, bem como a variedade e a história do produto do plantio até a colheita. Estes parâmetros de secagem não são independentes, pois influem na taxa e eficiência de secagem como um conjunto de fatores e não isoladamente. A temperatura do ar de secagem é o parâmetro de maior flexibilidade num sistema de secagem em altas temperaturas. A temperatura do ar conjugada com o fluxo do ar de secagem são fatores responsáveis pela quantidade de água removida no processo de secagem e na qualidade do produto final. O aumento da temperatura implica em menor gasto de energia por unidade de água removida e maior velocidade na taxa de secagem, e maior gradiente de temperatura e umidade, enquanto que um aumento no fluxo de ar reduz a eficiência energética, mas também aumenta a velocidade de secagem (BROOKER et alii. 1992; LASSERAN, 1978; LACERDA et al. 1982; CARNEIRO, 2001). Higroscopia dos grãos: O material higroscópico, é aquele que tem a capacidade de ceder ou absorver a umidade do ar ambiente. Os grãos são materiais considerados higroscópicos, porém para cada espécie existe, dependendo das condições do ar ambiente (temperatura e umidade relativa), um equilíbrio higroscópico. O conceito de umidade de equilíbrio é importante porque está diretamente relacionado à secagem e armazenamento dos produtos agrícolas, e útil para determinar se o produto ganhará ou perderá umidade. Quando não há perda ou ganho de umidade do produto para o ambiente, o produto está em equilíbrio com o ambiente. No ponto de equilíbrio a pressão de vapor da água dentro do grão é igual à pressão de vapor da água contida no ar. As condições ambientais são definidas pela temperatura e umidade relativa. A umidade do produto, quando em equilíbrio com o ambiente, é denominada umidade de equilíbrio ou equilíbrio higroscópico. A umidade relativa do ambiente é denominada umidade relativa de equilíbrio, para uma dada temperatura. A umidade de equilíbrio varia em função do tipo de grão, espécie e cultivar; e das características físico-químicas de cada produto. Os grãos ricos em óleo apresentam umidades de equilíbrio mais baixas que os grãos ricos em amido, quando expostos às mesmas condições de umidade relativa e temperatura, isso se deve ao fato de que as matérias graxas não absorvem água (Tabela 1). 2

3 Tabela 1 - Umidade de grãos em equilíbrio com diferentes níveis de umidade relativa à temperatura de 25 o C. Umidade relativa (%) Cevada 6,0 8,4 10,0 12,1 14,4 18,5 26,8 Milho 6,4 8,4 10,5 12,9 14,8 19,1 23,9 Milho-pipoca 6,8 8,5 9,8 12,2 13,6 18,3 23,0 Aveia 5,7 8,0 9,6 11,8 13,8 18,9 24,1 Centeio 7,0 8,7 10,5 12,2 14,8 14,8 26,7 Sorgo 6,4 8,6 10,5 12,0 15,2 18,8 21,9 Trigo 6,6 8,5 10,0 11,5 14,1 19,3 26,6 Linho 4,4 5,6 6,3 7,9 10,0 15,2 21,4 Amendoim 2,6 4,2 5,6 7,2 9,8 13,0 - Soja 4,3 6,5 7,4 9,3 13,1 18,8 - Feijão 5,6 7,7 9,2 11,1 14,5 - - Fonte: PUZZI (1986). A atividade de água (aw) em alimentos é um conceito importante para explicar e/ou avaliar o desenvolvimento de microrganismos, que influem nas reações enzimáticas, oxidações de lipídeos, hidrólises, e escurecimento não-enzimático. O conhecimento desta propriedade físico-química se dá pela medição da água livre no produto, uma vez que esta se encontra disponível para as reações microbiológicas, físicas e químicas, tornando-se a principal responsável pela deterioração do produto. A atividade de água em alimentos foi definida como a relação entre a pressão de vapor d água em equilíbrio no alimento e pressão de vapor da água pura, medidas à mesma temperatura. Numericamente, a atividade de água varia de 0 a 1, sendo considerada igual a 0 quando não existe água livre na amostra, porém se a mesma for constituída em sua totalidade por água pura, a aw será igual a 1. O comportamento microbiano frente à aw é extremamente variável, sendo que as bactérias são mais exigentes, quanto à disponibilidade de água livre, em relação aos fungos e leveduras. Os substratos com aw inferior a 0,60 estão assegurados quanto à contaminação microbiana. Alimentos com alto teor de lipídeos, que apresentam aw na faixa de 0,30 a 0,40 são mais estáveis a oxidação química e microbiana. A partir de 0,65 começa o ocorrer a proliferação microrganismos específicos, sendo que, até de 0,75, somente algumas bactérias halofílicas (de desenvolvimento em terrenos salgados), leveduras osmóticas e fungos xerofílicos (de desenvolvimento em ambientes secos), podem se desenvolver. Na tabela 3 é apresentado o limite de aw para alguns fungos toxigênicos. 3

4 Métodos de Secagem Se considerarmos que o ar empregado na secagem de um produto é o ar ambiente, movimentado artificialmente, podemos distinguir dois métodos de secagem: a) Secagem Natural: Consiste na exposição do produto úmido ao sol ou a sombra em um ambiente relativamente seco a fim de que a água seja removida por evaporação. O produto pode ser disposto em terreiros de cimento, (como a secagem de café em terreiro), ou sobre tabuleiros, sendo o produto revolvido constantemente. Exige baixo custo de implantação e mão-de-obra não especializada, porém a sua utilização está condicionada as condições climáticas da época de colheita. Este método não se aplica ao processamento de grandes volumes de grãos devido ao baixo rendimento e a vinculação do controle do processo a fatores climáticos. b) Secagem Artificial: A secagem artificial tem por finalidade mudar as condições do ar de secagem, para que este retire do produto o máximo de água possível, mantendo as características qualitativas deste produto. No caso o ar é aquecido, e o produto úmido é submetido, em um secador a ação de uma corrente deste ar, aonde serão feitas as transferências de calor e massa. A secagem artificial permite reduzir rapidamente o teor de umidade dos produtos recém-colhidos, evitar alterações metabólicas e minimizar a ação de fungos e insetos. Apesar de seu custo elevado a secagem artificial de grãos é amplamente adotada por razões de produtividade agrícola, ou de disponibilidade de mão-de-obra. Secadores com Ar Aquecido Artificialmente A alternativa para a secagem natural no campo ou terreiro é a utilização de técnicas de secagem artificial. A secagem artificial pode ser executada em baixas e/ou altas temperaturas. A secagem a baixas temperaturas é considerada aquela executada com ar natural ou levemente aquecido (1 a 10 C), acima da temperatura ambiente. Dentre os processos de secagem artificial, a secagem a altas temperaturas é o mais rápido e menos dependente das condições atmosféricas, devido as altas temperaturas e ao fluxo de ar empregado. Permite reduzir rapidamente a umidade dos produtos agrícolas colhidos com umidades acima de 20%, e permite condições adequadas para preservação das qualidades nutricionais, fisiológicas e organolépticas por longos períodos de armazenagem. Pode-se caracterizar secagem a altas temperaturas quando o ar de secagem for aquecido a dez ou mais graus Celsius acima da temperatura ambiente, podendo variar de 50 a 300 C. Classificação dos Secadores de Acordo com o Fluxo de Ar e o Fluxo do Produto Secagem estacionária ou leito fixo - consiste basicamente em se forçar um fluxo de ar através da massa de grãos que permanece em repouso; A secagem estacionária se processa da base para o topo da camada de grãos, em um secador de fundo falso perfurado, e do centro para a periferia, em secador de tubo central 4

5 perfurado (sementes); ocorre por camadas, em virtude da formação da zona de secagem, correspondente a região onde se efetiva o intercâmbio de água do grão para o ar. Anteriormente a zona de secagem tem-se grãos secos e alta temperatura e, posteriormente, grãos úmidos e baixa temperatura. Secagem de fluxo contínuo - consiste em submeter os grãos a uma corrente de ar, enquanto elas fluem continuamente através do secador. A secagem de fluxo contínuo, leva em conta o fluxo de ar em relação ao fluxo do produto, e os secadores podem ser classificados em quatro grupos principais. Secadores de fluxos cruzados: Hoje são os mais utilizados em todo o mundo por serem de simples construção e operação, e apresentarem menor custo inicial em relação a outros modelos de secadores. Os modelos existentes no Brasil, geralmente são de baixa capacidade e trabalham de forma intermitente, processando um lote de produto de cada vez. Geralmente dotados de câmaras de repouso na parte superior do secador, fazendo com que haja um melhor aproveitamento da energia consumida na secagem e a possibilidade de obtenção de produto final de melhor qualidade. Neste tipo de secador, o produto úmido é colocado em uma moega superior e por gravidade desce pelo secador, onde é secado até uma determinada umidade, resfriado e descarregado na parte inferior. A secagem e o resfriamento são realizados por meio de fluxo de ar perpendicular ao fluxo de grãos. O fluxo de grãos é regulado por um mecanismo localizado no final da coluna de secagem. Secadores de fluxos cruzados, em seus projetos iniciais não secavam os grãos uniformemente. Atualmente são equipados com mecanismos de reversão do ar e misturadores de grãos. O reaproveitamento de parte do ar de exaustão constitui melhoria para os secadores de fluxos cruzados. Esta técnica consiste em expelir para o ambiente externo o ar saturado proveniente do primeiro estágio de secagem, e o ar dos estágios subseqüentes é misturado ao ar que passa pelas zonas de resfriamento e direcionado para a fonte de aquecimento para ser reutilizado. Secadores de fluxos concorrentes: Nos secadores de fluxos concorrentes, ar e grão fluem no mesmo sentido. O ar mais quente encontra o grão mais úmido, e a alta taxa de evaporação causa rápido resfriamento desse ar. Isso possibilita o uso de temperaturas mais elevadas que as utilizadas em secadores de fluxos cruzados. O produto final é homogêneo quanto à temperatura e umidade, e devido ao decréscimo contínuo da temperatura do ar de secagem e respectivamente dos grãos, estes tem menores danos físicos. Os secadores de fluxo concorrente possuem apenas um estágio, sendo que o resfriamento do produto é feito em fluxo contra-corrente, desta forma o ar de resfriamento passa primeiro pelos grãos mais secos e mais frios, evitando tensões no grão, que conseqüentemente aumentariam os danos físicos. Existe a possibilidade deste tipo de secador ser construído com vários estágios, isto proporciona um menor tempo de permanência do produto no secador, com a utilização de temperaturas maiores, entre 148 e 260 o C. Os secadores de fluxos concorrentes são teoricamente, tecnicamente e operacionalmente superiores ao de fluxos cruzados e mistos com respeito às características qualitativas do grão e 5

6 eficiência energética. Este tipo de secador ainda não é muito utilizado no mercado nacional. Secadores de fluxos contracorrentes: Nos secadores de fluxos contracorrentes o ar aquecido é forçado a passar pela massa de grãos em sentido contrário ao fluxo de grãos. Nesse tipo de secador, à medida que o produto vai descendo pela coluna de secagem sua temperatura vai sendo aumentada gradualmente, atingindo o valor máximo no final da coluna de secagem que coincide com o ponto de entrada do ar aquecido. É conveniente neste tipo de secador trabalhar no sistema de seca-aeração, pois o grão apresenta elevada quantidade de energia armazenada na forma de calor sensível. As temperaturas de secagem variam entre 200 a 250 o C, minimizam a quantidade de ar a ser utilizada e as perdas de calor no ar de exaustão, contudo inviabilizam a secagem de produtos que são sensíveis a exposição às altas temperaturas. Toda a massa de grãos recebe o mesmo tratamento evitando-se assim a supersecagem dos grãos. A pré-limpeza dos grãos é essencial para prevenir acidentes devido ao uso das altas temperaturas de secagem. Secadores de fluxos mistos: Neste tipo de secador, o grão é secado pela mistura de fluxos cruzados, concorrentes e contracorrentes. No Brasil estes secadores são conhecidos como tipo cascata e são amplamente utilizados em unidades armazenadoras de grande porte, em virtude da sua capacidade de secagem, para redução da umidade de grãos de 18 para 13%. As câmaras de secagem e resfriamento são constituídas por uma série de calhas em forma de V invertido, dispostas em linhas alternadas ou cruzadas dentro do corpo do secador. Os grãos movem-se para baixo, sob a ação da gravidade e sobre as calhas invertidas. O ar de secagem entra numa linha de calhas e sai nas outras imediatamente adjacentes (superior ou inferior). Os secadores de fluxos mistos são muito caros e requerem um bom sistema de controle de poluição do ar, ao contrário dos secadores de fluxos cruzados (mais baratos e com menores problemas quanto à poluição). Existe uma necessidade em reduzir os custos de fabricação de equipamentos e o preço dos serviços prestados, porém isto não exclui a constante busca na melhoria da qualidade do produto processado. O objetivo final no processo de pós-colheita é manter inalteradas as qualidades dos produtos, sendo que estas dependem do uso final a que se destinam. Para o trigo, a qualidade na panificação é essencial; para a soja alta extração de óleo, no caso do arroz alto rendimento de engenho. Critérios de qualidade utilizados para avaliar os produtos: Conteúdo de ácidos graxos livres e rendimento de óleo durante a secagem de soja em altas temperaturas. Conteúdo de lisina, coloração e susceptibilidade às quebras na avaliação de milho secado com altas temperaturas. Silos Secadores São projetados para sistemas com baixa capacidade de secagem, tendo como características: Os grãos localizados na entrada do ar secam primeiro e quase sempre atingem a temperatura do ar de secagem, e os grãos localizados na saída 6

7 permanecem mais frios e úmidos, permitindo assim um gradiente de umidade entre a entrada e a saída do ar, sendo necessário a mistura dos grãos após a secagem. Entretanto os silos secadores com secagem no seu topo usam altas temperaturas de secagem, podendo ser considerados como unidade de média capacidade de secagem, neste tipo de secador os grãos são secados em bateladas ou continuamente, com altura de camada variando de 0,3 até 1,2 m, com fluxo de ar variando de 5 até 10 m 3.min -1.ton -1 e temperatura variando de 50 até 80 o C. A baixa taxa de secagem contribui para melhor qualidade do produto. Outra particularidade deste sistema é que ao término da secagem de toda a safra o silo secador poderá ser utilizado para armazenar a produção. Seca Aeração: O processo de seca aeração pode melhorar a eficiência dos secadores através da redução do consumo de energia, aumento da capacidade de secagem com redução do tempo de secagem. Esta técnica consiste na realização da secagem dos produtos até uma umidade na faixa de 16 a 18%, em seguida o produto é transferido para um silo armazenador, equipado com sistema de aeração, onde será finalizado, após um período de repouso de 4 a 6 horas, o processo de secagem com utilização do ar não aquecido. Considerações Finais. Empregar ações preventivas pré e pós-colheita para assegurar condições adequadas de sanitização e controle de pragas. Implementar um sistema de treinamento dos recursos humanos visando todas as etapas do processo de colheita e pós-colheita dos produtos agrícolas. Realizar com a maior brevidade possível à secagem até a umidade específica para cada produto a ser armazenado. Instalar um sistema de aeração que garanta condições adequadas para controle de temperatura e migração de umidade. Monitorar o sistema de armazenagem periodicamente checando aspectos de limpeza, odores, encrostamento dos produtos, condensação de umidade, elevação de temperatura, presença de insetos, fungos e roedores. Realizar parceria com os produtores, buscando criar uma relação de comprometimento com a qualidade. JOÃO DOMINGOS BIAGI Prof. Titular Tecnologia Pós-Colheita, Faculdade de Engenharia Agrícola FEAGRI Universidade Estadual de Campinas - UNICAMP, Campinas, SP, BR Fone: biagi@agr.unicamp.br RICARDO BERTOL Mestrando em Tecnologia Pós-Colheita, Faculdade de Engenharia Agrícola FEAGRI Universidade Estadual de Campinas - UNICAMP, Campinas, SP, BR 7

8 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ATHIÉ, I.; CASTRO, M. F. P. M.; GOMES, R. A. R.; VALENTINI, S. R. T. Conservação de grãos. Campinas, Fundação Cargill, p. BIAGI, J.D.; VALENTINI, S.R.T.; QUEIROZ, D.M. Secagem de produtos agrícolas. In: Cortez, L.A.B. e P.S.G Magalhães (coordenadores). Introdução à Engenharia Agrícola. Editora da Unicamp, Campinas, p BIAGI, J. D.; CARNEIRO, M. C.; BERTOL, R. Armazenamento de Cereais. In: Ii Simpósio Sobre Ingredientes na Alimentação Animal. Colégio Brasileiro de Nutrição Animal, 2002 Uberlândia MG, Anais... p BIAGI, J. D.; BERTOL, R.; CARNEIRO, M. C., Secagem de Grãos para Unidades Centrais de Armazenamento. Organizado por: Irineu Lorini; Lincoln Hiroshi Miike; Vildes Maria Scussel. Armazenagem de Grãos. 1 ed., Campinas: Instituto Bio Geneziz (IBG), v. 1, p , BIAGI, J. D.; BERTOL, R.; CARNEIRO, M. C. Armazéns em Unidades Centrais de Armazenamento. In: Irineu Lorini; Lincoln Hiroshi Miike; Vildes Maria Scussel. Armazenagem de Grãos. 1 ed., Campinas: Instituto Bio Geneziz (IBG), v. 1, p , BROOKER, D.B; BAKKER-ARKEMA, F.W. & HALL, C.W. Drying and Storage of Grains and oilseeds. Westport, The Avi Publishing Company, Inc., CARNEIRO, M. C. Armazenagem e Secagem do resíduo industrial de maracujá amarelo. Campinas, S.P., p. Tese de Mestrado em Engenharia Agrícola. Faculdade de Engenharia Agrícola - Universidade Estadual de Campinas (Unicamp), Campinas, DRYERATION. Curso operacional de preparação para a safra/97 e pós-colheita/ p GUIMARÃES, E.; Colheita de grãos; Caderno Técnico, Revista Máquinas, n o 12, maio/junho de HALL, C.W. Drying and Storage of Agricultural Crops. Westport, The Avi Publishing Company, Inc., LACERDA, A. F.; QUEIROZ, D. M.; ROA, G. Avaliação experimental de secador comercial intermitente de arroz. Revista Brasileira de Armazenamento. Viçosa, MG, v. 7, n.1, p LAMIC. Laboratório de Análises Micotoxicológicas. Atividade de Água. 06/06/

9 LIMA, G. J. M. M. de. Qualidade nutricional do milho: situação atual e perspectivas. In: Simpósio sobre manejo e nutrição de aves e suínos. Colégio Brasileiro de Nutrição Animal, Campinas SP, p LASSERAN, J.C. Aeração de Grãos. Centro Nacional de Treinamento e Armazenagem. UFV, Viçosa, LOWER, O. J.; BRIDGES, T. C.; BUCKLIN, R. A., On-Farm Drying and Storage Systems. American Society of Agricultural Engineers ASAE, PUZZI, D. Abastecimento e Armazenagem de grãos. Campinas. Instituto Campineiro de Ensino Agrícola. p SILVA, J. de S. Pré-processamento de produtos agrícolas. Juiz de Fora, MG p. WEBER, E.A.; Armazenagem agrícola. Kepler Weber Industrial, Porto Alegre, p. 9