UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO GRANDE DO NORTE CENTRO DE TECNONOGIA DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA QUÍMICA CURSO DE ENGENHARIA QUÍMICA

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1 UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO GRANDE DO NORTE CENTRO DE TECNONOGIA DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA QUÍMICA CURSO DE ENGENHARIA QUÍMICA TRABALHO DE CONCLUSÃO DE CURSO METÓDOS ALTERNATIVOS DE SECAGEM DE BANANA VERDE Lívia Maria Lisboa Pessoa Germano Orientadora: Prof.ª Drª. Maria de Fátima Dantas de Medeiros Natal/RN Maio/2016

2 LÍVIA MARIA LISBOA PESSOA GERMANO METÓDOS ALTERNATIVOS DE SECAGEM DE BANANA VERDE Trabalho de conclusão de curso apresentado ao departamento de Engenharia Química da Universidade Federal do Rio Grande do Norte, como requisito para a obtenção do grau de graduada, sob a orientação da Profª. Drª. Maria de Fátima Dantas de Medeiros. Natal/RN Maio/2016

3 Agradecimentos Agradeço ao meu marido, Sales, por ter vivido comigo todos os bons e difíceis momentos que passei durante esses quatro anos, você foi e continuará sendo sempre uma das minhas maiores fontes de inspiração. À toda a minha família pelo apoio que me foi dado ao longo de todo o curso, pelo amor e pela compreensão de sempre. Aos amigos que fiz, Maryanna e Fábia, especialmente, por dividirem comigo todas as dificuldades e vitórias a cada semestre passado. A minha orientadora Maria de Fátima que me acolheu tão bem, que tanto me ensinou e tanto carinho me deu. A todos os professores do Departamento de Engenharia Química da UFRN por terem contribuído para minha formação não só acadêmica, mas também social. A toda equipe maravilhosa do Laboratório de Tecnologia de Alimentos, especialmente Camilla, Suziane, Laryssa, Thalita e Joyce, com cada uma de vocês aprendi coisas que irei levar para o resto da vida. A todos que cruzaram o meu caminho durante estes anos de muito aprendizado, meu muito obrigada.

4 Sumário Agradecimentos... 2 Lista de figuras... 4 Lista de tabelas... 5 RESUMO INTRODUÇÃO OBJETIVOS Objetivos gerais Objetivos específicos REVISÃO BIBLIOGRÁFICA METODOLOGIA EXPERIMENTAL Materiais Banana Verde Albumina Material inerte Métodos Preparação do purê Preparação da espuma (foam-mat) Ajuste de modelos de secagem Preparação das amostras a serem processadas no Spray Dryer e no Leito de Jorro Equipamentos Procedimento experimental Análise fisico-quimicas Metodologia de cálculos RESULTADOS E DISCUSSÕES REFERÊNCIAS... 41

5 Lista de figuras Figura 1 Bananeira 10 Figura 2 Banana Verde 11 Figura 3 Comportamento do material durante secagem 13 Figura 4 Funcionamento esquemático de um secador de atomização 16 Figura 5 Instalação do spray dryer 16 Figura 6 Regime de jorro 17 Figura 7 Secador Foam-mat 21 Figura 8 Esquematização spray dryer 21 Figura 9 Esquematização leito de jorro 23 Figura 10 Cinética de batimento 27 Figura 11 Umidade vs. tempo 29 Figura 12 Cinética de secagem foam-mat 30 Figura 13 Foto do pó foam-mat 31 Figura 14 Foto do pó spray dryer 33 Figura 15 Cinética de produção de pó 34 Figura 16 Taxa de secagem 36 Figura 17 Fotos do pó Leito de jorro 37

6 Lista de tabelas Tabela 1 Composição da banana em diferentes estágios de maturação 11 Tabela 2 Propriedades físicas do material inerte 19 Tabela 3 Formulações das amostras 21 Tabela 4 Expansão da espuma de banana 28 Tabela 5 Caracterização da espuma 28 Tabela 6 Rendimento foam-mat 29 Tabela 7 Dados do modelo de Page 29 Tabela 8 Pó foam-mat 31 Tabela 9 Caracterização das amostras 32 Tabela 10 Pó spray dryer 32 Tabela 11- Rendimento spray dryer 32 Tabela 12- Produção de pó- leito de jorro 34 Tabela 13- Pó - Jorro 35

7 RESUMO A banana (Musa spp.) é um dos alimentos mais consumidos no mundo, principalmente devido ao seu privilegiado valor nutricional e baixo custo. A banana verde é rica em amido, o que fornece energia para o organismo, e, além disso, auxilia na redução de peso e do colesterol. Quando encontrada sob a forma de farinha ou biomassa, a banana verde mantém os mesmos nutrientes e calorias, e pode ser empregada em diferentes produtos alimentícios com o objetivo de enriquece-los. O escurecimento enzimático é um fator limitante na utilização deste fruto, e está diretamente relacionado a quantidade de água presente nele. Para retardar esse escurecimento, e a perda do fruto, métodos de desidratação eficientes devem ser utilizados. Este trabalho teve como objetivo estudar o processo de secagem da pasta da banana verde por três diferentes métodos: em camada de espuma (foam mat) em leito de jorro com partículas inertes e por atomização (spray dryer). O processo foam-mat consiste na desidratação de espumas obtidas por batimento de líquidos ou pastas com adição de emulsificantes. Estudou-se a desidratação de espumas (0,3 cm de espessura) de bananas verde com adição de albumina em diferentes concentrações (2,5; 5 e 10%) em estufa com circulação de ar à 70 C. O secador spray dryer tem sua eficácia descrita pelo aumento da área de contato entre o material a ser seco e o agente dessecante, o ar quente. Estudou-se a secagem da pasta de banana verde com adição de água (25% e 50%) no spray a 130ºC, avaliando-se o efeito da adição de albumina (5%). O secador de leito de jorro vem sendo amplamente utilizado na secagem de polpas de frutas, o mesmo também apresenta elevadas taxas de transferência de calor e massa e sua principal vantagem em relação ao spray dryer é o fato de fornecer produtos com qualidade equivalente e menor custo. Reproduziram-se na secagem em leito de jorro a temperatura de 70 C as condições de 50% em massa de banana com e sem adição de 5% de albumina. De acordo com os resultados obtidos e para as condições em que foram conduzidos os experimentos a secagem em camada de espuma foi o método mais eficiente para se produzir a banana verde em pó.

8 7 1 INTRODUÇÃO A banana (Musa spp.) é um dos frutos mais consumidos mundialmente, por ser um alimento altamente energético (cerca de 100 kcal por 100 g de polpa), cujos carboidratos (cerca de 22%) são facilmente assimiláveis. Embora pobre em proteínas e lipídeos, seus teores superam os da maçã, pêra, cereja ou pêssego. Contém tanta vitamina C quanto a maçã, além de razoáveis quantidades de vitamina A, B1, B2, pequenas quantidades de vitaminas D e E, e maior percentagem de potássio, fósforo, cálcio e ferro se comparada a maçã ou a laranja (FASOLIN et al, 2007). Entre as principais vantagens do uso do fruto, estão também: cultivo simples e vida econômica, que oscila de cinco a dez anos, colheita permanente durante o ano, sem grandes diferenças de volume, fruta bastante nutritiva e de paladar agradável. (MORAIS NETO et al, 1998) Na banana verde, o principal componente é o amido, podendo corresponder de 55 a 93% do teor de sólidos totais. Na banana madura, o amido é convertido em açúcares, em sua maioria glucose, frutose e sacarose, dos quais 99,5% são fisiologicamente disponíveis. Dependendo do cultivar, o fruto pode pesar de 100 a 200 gramas, ou mais, contendo de 60 a 65% de polpa comestível (FASOLIN et al, 2007). A secagem é um dos processos disponíveis para a aplicação na indústria de polpas de frutas, concentra os constituintes da matéria-prima e habilita o produto para o armazenamento em condições ambientais, por longos períodos (GOMES et al, 2004). Entre as técnicas empregadas tem-se o processo de desidratação em camada de espuma ou foam-mat que é considerado uma alternativa à secagem por liofilização ou a vácuo, visto que os produtos obtidos apresentam qualidade similar e um baixo custo de processamento aliado a boa retenção do aroma, sabor e facilidade na reconstituição em água. A secagem em camada de espuma requer menores temperaturas e tempo de secagem, devido à maior área de superfície exposta ao ar aquecido, acelerando desta forma o processo de remoção da água e obtenção de um produto poroso e de fácil reidratação (RAJKUMAR et al, 2007). Na secagem pelo processo foam-mat, é importante o estudo prévio do efeito combinado da adição do emulsificante e tempo de batimento na densidade das espumas. A densidade da espuma influencia principalmente na cinética de secagem, uma vez que uma menor densidade implica em maior expansão, maiores áreas de transferência de calor e massa, que se traduz em

9 8 elevadas taxas de evaporação e menor tempo de secagem. Os secadores spray se adéquam muito bem a secagem de suspensões em fase diluída e apresentam como vantagens o melhor controle das dimensões dos grânulos e do produto seco (KENJI, 2011) e curto tempo de residência dos produtos na câmara de secagem, sendo considerado o principal equipamento de secagem para materiais que apresentam sensibilidade ao calor. A secagem em leito de jorro surgiu como uma alternativa viável na secagem em pequena escala de pastas, líquidos e suspensões, pois possui como vantagem o baixo custo de montagem, operação e manutenção, demanda de espaço físico pequeno e produto final com baixa umidade (variando de 3 a 10%) em forma de pó. Todavia, o secador tem problemas com ampliação de escala, e elevado consumo energético que pode vir a ser minimizado mediante a utilização de energia térmica de baixo custo, como a radiação solar e através do reaproveitamento do potencial térmico da corrente de ar de exaustão (SOUZA, 2009). Considerando-se a aplicabilidade dos diferente métodos apresentados para a secagem da pasta de banana verde, visando-se a obtenção do produto em pó, com elevado valor agregado e em condições adequadas para armazenamento e conservação, no presente trabalho foram avaliadas as características físico-químicas dos pós obtidos pelos diferentes processos, a cinética batimento e de secagem em camada de espuma, as taxas de secagem e cinética de produção de pó no leito de jorro, assim como o rendimento relativo a produção de pó no leito de jorro e no spray.

10 9 2 OBJETIVOS 2.1 Objetivos gerais O objetivo do presente trabalho é avaliar a secagem da pasta de banana verde por três métodos distintos de secagem: secagem em camada de espuma (foam-mat), secagem por atomização (spray dryer) e secagem em leito de jorro, utilizando como aditivo, a albumina, visando-se a produção do produto em pó com alto valor agregado, e vasta aplicação no setor alimentício. 2.2 Objetivos específicos Obter o pó de misturas de banana verde com albumina em três proporções diferentes pelo método foam-mat em estufa de circulação de ar a 70ºC, avaliando preliminarmente a cinética de batimento das espumas para definição do tempo ótimo de batimento. Avaliar a cinética de secagem das espumas, com ajuste de modelos aos dados experimentais; Obter o pó de banana verde a partir da secagem em spray e leito de jorro de misturas de pasta de banana verde e água em diferentes proporções, com e sem adição de albumina; Avaliar a cinética de produção de pó e as taxas de secagem no leito de jorro; Avaliar e comparar a produção de pó e rendimento dos diferentes processos; Analisar os pós obtidos pelos diferentes processos quanto a umidade e atividade de água.

11 10 3 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA 3.1 -Banana Verde A bananeira, planta típica das regiões tropicais úmidas, é um vegetal herbáceo completo, pois apresenta raiz, tronco, folhas, flores, frutos e sementes. Segundo Alves (1999), a bananeira, como todas as plantas, tem um ciclo de vida definido. Sua fase de gestação começa com a geração de um broto-rebento em outra bananeira, mas como nos animais, o início da contagem de sua vida somente se faz com seu aparecimento ao nível do solo. Com seu crescimento, há a formação de uma bananeira que irá produzir um cacho, cujas frutas se desenvolvem, amadurecem e caem, verificando-se em seguida a secagem de todas as suas folhas, quando se diz que a planta morreu. Figura 1: Bananeira A banana verde vem ganhando destaque e sendo mais estudada por possuir muitos benefícios a saúde, o que tem promovido o desenvolvimento de muitas pesquisas em relação a formas de sua utilização. Dentre os benefícios desse fruto a saúde pode-se citar: auxilio no controle do peso, diminuição do colesterol, proteção do coração, controle de glicemia e prevenção de diabetes, além de fornecer energia, regular o intestino e prevenir osteoporose.

12 11 Figura 2: Banana verde (Musa spp.) Tabela 1: Comparação das Bananas em diferentes estágios de Maturação Parâmetros (%) Banana Verde Banana Madura Proteínas 5,3 5,52 Lipídios 0,78 0,68 Fibra 0,49 0,3 Cinzas 3,27 4,09 Amido Resistente 62 2,58 Sacarose 1,23 53,2 De acordo com os dados apresentados na tabela 1, quando comparada a banana madura, é onde percebesse a maior característica da banana verde, sua elevada quantidade de amido, que é um dos fatores que a tem colocado no centro de muitos estudos. Observa-se que a quantidade de amido presente na banana madura é cerca de 4% do amido presente na banana verde, o que faz com que a banana verde apresente comportamento semelhante ao das fibras alimentares, com efeitos fisiológicos benéficos. Com o amadurecimento do fruto esse amido vai se transformando em sacarose, o que justifica o valor elevado de sacarose para a banana madura, e discreto para a banana verde.

13 Albumina Segundo a revista Food Ingredients Brasil, n.14, 2010, estabilizantes são aditivos alimentares que asseguram as características físicas de emulsões e suspensões, sendo usualmente aplicados em conservas, doces, sobremesas, lacticínios, sopas, caldos concentrados, panificação, massas, alimentos processados, biscoitos, sorvetes, achocolatados e sucos. Á base exclusivamente de proteína de alto valor biológico, contém aminoácidos essenciais (que são os nove tipos de aminoácidos que o corpo não é capaz de produzir) e não essenciais (aminoácidos que o corpo é capaz de produzir), além das vitaminas do complexo B e 12, minerais como Zinco e Manganês. Pode ser encontrada no ovo (ovobulmina), no sangue humano (seroalbumina) e no leite (lactoalbumina). É comercialmente extraída da clara do ovo, onde é encontrada em abundância. 3.3 Espuma Segundo Júnior e Varanda (1999), coloides são misturas heterogêneas de pelo menos duas fases diferentes, com a matéria de uma das fases na forma finamente dividida (sólido, líquido ou gás), denominada fase dispersa, misturada com a fase contínua (sólido, líquido ou gás), denominada meio de dispersão. Espuma é um sistema coloidal constituído de bolhas de gás muito pequenas dispersas em um meio líquido ou sólido, as bolhas podem coalescer, isto é, colidirem umas com as outras, e do encontro de duas formar uma bolha maior. Esse processo de coalescência causa a quebra da espuma, o que determina a instabilidade do sistema coloidal. As proteínas são boas estabilizantes de espumas em alimentos, tais como clara de ovo (albumina), marshmallow e creme chantili (JUNIOR; VARANDA, 1999). Para estabilizar a espuma, as propriedades requeridas das proteínas são diferentes das necessárias à sua formação. Sendo necessário obter uma película proteica impermeável ao ar, elástica, coesa e contínua em torno da bolha. Portanto, a proteína como surfactante, deve desempenhar duas funções fundamentais na formação de espuma: reduzir a tensão interfacial do líquido e formar um filme de estrutura contínua envolvendo as bolhas de gás (SGARBIERE, 1996).

14 Secagem de alimentos Secagem é uma operação unitária por meio do qual a água ou qualquer outro liquido é removido do material, envolve fenômenos simultâneos de transferência de calor, massa e quantidade de movimento no sólido. A redução das perdas pós-colheita de frutas e hortaliças é uma preocupação para os pequenos, médios e grandes agroindustriais. Esses vegetais, assim como as carnes, podem ser desidratados ao sol, ou por meio de sistemas artificiais para a diminuição do conteúdo de água, fato primordial na conservação de alimentos. A secagem apresenta vantagens por aumentar a vida útil do produto, ser econômica na produção caseira ou semi-industrial, ter baixo custo de armazenagem e facilitar o transporte. O conteúdo de água de um alimento é o principal fator causador da deterioração por microrganismos e alterações por reações químicas e enzimáticas (CELESTINO, 2010). A cinética de secagem, ou seja, a rapidez com que o alimento perde a umidade, é controlada pelas características da matriz do alimento, e pelas variáveis da temperatura, velocidade e umidade relativa do ar (CELESTINO, 2010). Para a construção da curva de secagem as amostras de alimento são retiradas durante intervalos de tempo, afim de determinar a quantidade de água que está sendo evaporada, sendo o procedimento realizado até que se alcance massa constante. Figura 3: Comportamento do material durante a secagem. Analisando a figura3, o segmento AB é o período em que ocorre a adaptação do alimento as condições de secagem, corresponde ao período de aquecimento onde a água pode estar sendo evaporada livremente. No segmento BC a superfície do solido está saturada, existindo um filme continuo de água sobre o sólido, que age como se não existisse sólido,

15 14 fazendo com que a água não encontre dificuldades para ser evaporada, esse período acaba quando o sólido atinge um teor de umidade critico, sendo o ponto C fim do período de secagem constate. O trecho CD é o primeiro período de taxa decrescente, onde cada vez menos líquido está na superfície do sólido para evaporar. A partir do ponto D começa o segundo período de taxa decrescente em que a umidade do alimento diminui, até alcançar a umidade de equilíbrio (que é o mínimo conteúdo de umidade que um alimento pode ter nas condições do processo em análise), cessando a secagem. 3.5 Secagem em camada de espuma (foam-mat) O método de secagem em leito de espuma (foam-mat drying) foi desenvolvido na década de 1950 por Morgan e sua equipe na Califórnia (MORGAN et al., 1959) e patenteada em Esta técnica é aplicada a secagem de alimentos líquidos e semilíquidos que são agitados para incorporação de ar e para a formação de uma espuma estável, sendo então desidratada (KUDRA; MUJUMDAR, 2001). Agentes espumantes e estabilizantes são utilizados para promover redução da densidade, expansão e estabilidade da espuma. As principais vantagens do processo são o baixo custo, quando comparada a métodos convencionais industriais, utilização de baixas temperaturas e curtos tempos de secagem, quando comparados a secagem de materiais não espumados em um mesmo tipo de secador. O processo pode ser descrito como a formação da espuma, que se caracteriza por sua grande superfície podendo ser estendida em camada delgada. Quando exposta a corrente de ar quente seca facilmente, devido ao movimento da umidade pelas forças capilares, através da película líquida que separa as bolhas da espuma (DANTAS, 2010, p.16). A massa especifica e a estabilidade da espuma são propriedades importantes a serem analisadas antes de se iniciar a secagem, visto que, uma menor densidade implica em maior expansão, maiores áreas de transferência de calor e massa, que se traduz em elevadas taxas de evaporação e menor tempo de secagem. Os experimentos de secagem em camada de espuma são realizados em estufa de

16 15 circulação de ar ou em secadores convectivos de placas com temperaturas definidas. Carvalho (2014) realizou a secagem de polpa de abóboda pelo processo foam-mat, utilizando como aditivo além de Albumina, Emustab, Maltodextrina e Super Liga Neutra, nas concentrações 2,5%; 5%; 7,5% e 10%, observando valores acima de 100% de expansão para as espumas formadas com os diferentes aditivos. Para Silva (2008), que desenvolveu a desidratação da polpa de tamarindo pelo método da camada de espuma utilizando albumina como agente espumante na concentração de 5%, a espuma apresentou densidade entre 0,45 e 0,5 g/cm 3. Segundo Dantas (2010), que realizou secagens de manga e abacaxi em camada de espuma nas temperaturas de 60ºC e 70ºC, uma maior temperatura gera menores tempos de secagem. Observou também que a espuma de abacaxi com espessura de 4mm teve tempo de secagem de uma hora e quarenta e cinco minutos, enquanto que a espuma de manga levou cerca de duas horas, ambas submetidas a mesma temperatura. O pó de abacaxi proveniente da secagem a 70ºC, apresentou umidade de 3,46% e atividade de água de 0,239, enquanto que o pó de manga apresentou umidade de 2,09% e atividade de água de 0,253. Rocha (2012), realizou a secagem de graviola pelo processo foam-mat, considerando três variáveis, temperatura (50ºC, 60ºC, 70ºC), espessura (0,3cm, 0,45cm, 0,6cm) e concentração de leite (0, 20%, 40%). Os pós produzidos tiveram umidade variando entre 2,8% e 6,9% e atividade de água entre 0,270 e 0, Secadores por Atomização (spray dryer) A secagem por atomização teve início na metade do século XVIII e sua primeira aplicação foi registrada na secagem de ovos em A partir do século XX os primeiros produtos em larga escala foram produzidos no spray (sabão em pó e leite) e, desde então, este método tem sido largamente utilizado, principalmente na indústria alimentícia. Heldman e Hartel (2000 apud GUIMARÃES, 2010, p.27). O processo de secagem por atomização (spray dryer) é o procedimento mais comum nas indústrias de sucos e leites em pó. 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

17 16 instantânea da água presente, permitindo assim a manutenção das partículas em baixa temperatura. Esse é um processo que tem como desvantagem a alta higroscopicidade e aglomeração do pó produzido (CATELAM, 2010). A eficiência do processo está ligada principalmente ao aumento da superfície de contato entre as partículas e o ar aquecido, já que o produto é atomizado, formando uma névoa, por um bico de spray. O equipamento é formado por um aquecedor ou fonte de ar quente, uma câmara de mistura da nevoa com o ar quente e um método de recuperar ou reter os sólidos secos a partir da corrente de ar, os ciclones. Rosa, Tsunkada e Freitas (2003 apud GUIMARÃES, 2010, p.27). Para Oi (2010), que realizou a secagem da pasta de banana verde no spray dryer em três formulações diferentes, 15%, 20% e 25% em peso de banana e temperatura de 140ºC, os ensaios com maiores valores de massa produzida foram os ensaios com maior umidade da pasta (8%), para o experimento de 20% em peso de banana. Segundo Pegado e Oliveira (2016), que avaliou a secagem da polpa de acerola no spray dryer, a formulação com 100% de polpa e 4% de albumina apresentou umidade de 4,01% e rendimento de 38,2%. A figura 4 representa um diagrama esquemático do um secador de atomização. Figura 4: Diagrama esquemático de funcionamento de um secador de atomização.

18 17 Na figura 5, abaixo, está representada a instalação do secador tipo spray dryer. Figura 5: Desenho esquemático de uma instalação de secagem do tipo spray dryer. 3.7 Secador Leito de Jorro O secador do tipo leito de jorro foi desenvolvido, no ano de 1954, por Gishler e Mathur. Esse equipamento foi inicialmente projetado para a secagem de grãos de trigo em um processo que permite a aplicação de maiores quantidades de calor sem a ocorrência de perda da qualidade do material. Em seguida, os pesquisadores em questão, prevendo o grande potencial de aplicação da nova técnica, iniciaram um estudo mais profundo sobre o regime fluidodinâmico do jorro e concluíram que: O mecanismo de fluxo dos sólidos assim como de fluxo do ar no leito de jorro é diferente ao observado para a fluidização, entretanto, o leito de jorro possui as mesmas aplicações do leito fluidizado, só que para partículas de dimensões mais elevadas. Mathur e Epstein (1974 apud MARRETO, 2006, p.27) O regime de jorro é estabelecido pela entrada de um jato de fluido em um leito de sólidos particulados. O menor diâmetro dos sólidos recomendável para garantir o estabelecimento de um regime fluidodinâmico estável é de 1mm. Após a entrada do fluido normalmente constituído por ar, observa-se a aceleração ascendente das partículas sólidas com a formação de um canal central diluído, onde as mesmas apresentam elevada velocidade. Essa região é denominada de região de jorro. Ao redor do canal central, verifica-se a presença de um leito denso de partículas, que se deslocam contra o

19 18 fluxo ascendente de ar, traçando uma trajetória parabólica em relação à região central do equipamento. A região que compreende esse leito deslizante de partículas recebe a denominação de ânulo ou região anular. Mathur e Epstein (1974 apud MARRETO, 2006, p.28) A desaceleração das partículas provenientes da região do jorro ocorre após as mesmas atingirem a superfícies do leito (região de fonte), e resulta em sua queda sobre a região anular. Por fim, essas partículas descreverão uma trajetória anular de volta para a região de jorro, seja após atingirem a base do leito (próximo ao orifício de entrada do ar) seja através do fluxo cruzado (na interface jorro-ânulo) (MARRETO, 2006). A figura 6 ilustra esta movimentação cilíndrica e ordenada das partículas em um leito de jorro convencional. Figura 6: Regime de Jorro em um equipamento cone-cilindrico. Os primeiros estudos sobre secagem de pastas e suspensões em leito de jorro foram realizados por Reger et al. (1967), na união Soviética, para secagem de lacas e tintas. Desde então vem sendo utilizada na secagem de diversos tipos de materiais, tais como sangue animal (Pham, 1983), leveduras, polpa de frutas (Alsina et al., 1996), leite, extratos farmacológicos, soluções de sal e açúcar, além de vários produtos químicos, com resultados bastante promissores (Passos et al., 1997) (MACHADO, 2014). A alimentação da suspensão pode ser por gotejamento ou pulverização com auxílio de um bico injetor. Pode ser feita na parte superior do equipamento, na base central da coluna ou no interior da região anular (Souza, 2009). Nesse tipo de secador, a atomização da suspensão ou pasta sobre o leito reveste as partículas com uma fina camada de material. Na medida em que seca, a película se torna frágil, fragmentando-se devido aos efeitos de colisões

20 19 interarticular, e o produto na forma de pó é então arrastado para fora pela corrente de ar, através do ciclone conectado ao secador e a partícula volta a ser recoberta com a suspensão reiniciando a ciclo. No entanto, muitas vezes as taxas de remoção da película são muito baixas, promovendo acumulação do material no leito. Essa acumulação é considerada como um grave problema, chegando até mesmo a inviabilizar a secagem de diversos materiais neste tipo de secador, (Medeiros et al., 2001), pois leva ao colapso do jorro interrompendo o processo de secagem (MACHADO, 2014). Uma das principais vantagens do leito de jorro são as elevadas taxas de transferência de calor e massa, o que gera produtos com granulometria fina e uniforme, conferindo uma maior qualidade ao produto após a eliminação da água. Quando comparado com um de seus concorrentes o spray dryer, o leito de jorro apresenta menor custo de aquisição, instalação e manutenção do secador.

21 20 4 METODOLOGIA EXPERIMENTAL 4.1 Materiais Banana Verde Bananas da variedade Pacovan foram adquiridas verdes no mercado local. As bananas foram levadas ao Laboratório de Tecnologia de Alimentos da UFRN onde foram armazenadas em temperatura ambiente (25 ºC) e foram preparadas para uso Albumina A albumina utilizada neste trabalho foi adquirida em um ponto comercial da cidade de Natal/RN, e transportada para o Laboratório de Tecnologia de Alimentos da UFRN onde foi armazenado em geladeira, para ser utilizada durante os ensaios Material inerte Na secagem de suspensão em leito de jorro é utilizado um material inerte para compor o leito na coluna de secagem. Utilizou-se uma carga de 2500 g de partículas de polietileno de alta densidade, cuja caracterização, realizada por Machado, 2014, são apresentadas na tabela 2 abaixo: Tabela 2: Propriedades Físicas do material inerte Propriedades Físicas Valor Densidade real (g/cm3) 0,875 ± 0,468 Diâmetro (cm) 0,32 ± 0,05 Densidade Aparente (g/cm3) 0,537 Porosidade do leito estático 0, Métodos Preparação do purê As bananas foram descascadas e cortadas em rodelas, sendo submetidas à prétratamento com solução de metabissulfito de sódio. As frutas permaneceram imersas por 2 minutos nesta solução e em seguida em água destilada por 30 segundos. Por fim, as bananas foram misturadas em um liquidificador doméstico até alcançarem consistência de pasta. Determinou-se o teor de sólidos solúveis que variou na faixa de 5 a 7 Brix.

22 Preparação da espuma (foam-mat) Na preparação da espuma para a secagem foram misturados em uma batedeira doméstica a pasta de banana e o aditivo (albumina) em diferentes concentrações (2,5%, 5,0%, 10%). A mistura permaneceu em agitação por, aproximadamente, 20 minutos para a formação de uma espuma porosa e estável, sendo avaliada a sua densidade a cada 4 minutos. A análise de sólidos solúveis (ºBrix) foi realizada após a preparação da espuma. As secagens foram realizadas a temperatura constante de 70ºC em estufa de circulação de ar, em placa de teflon com 0,3 cm de espessura. Em intervalos regulares de tempo a placa era pesada para acompanhamento da cinética de secagem. O experimento prosseguia até que fosse observado peso constante. A umidade final atingida foi considerada a de equilíbrio. 4.4 Ajuste de modelos de secagem A determinação da viabilidade comercial de um sistema de secagem pode ser prevista a partir de uma simulação matemática. Foi ajustado aos dados experimentais da cinética de secagem no processo foam-mat o modelo de Page, pois este representa satisfatoriamente a perda de umidade de produtos alimentícios durante a secagem, sendo descrito pelas equações 1 e 2 abaixo. RU = e ( kt)n (1) RU = U bs U eq U bsi U eq (2) Onde: RU = Razão de umidade k = parâmetro do modelo de Page (min -1 ); n = parâmetro adimensional do modelo de Page; t = tempo (min).

23 Preparação das amostras a serem processadas no Spray Dryer e no Leito de Jorro As amostras foram preparadas mediante diluição do purê de banana com água para se obter concentrações de 25% e 50% (em massa de banana). A adição de água teve por objetivo evitar a obstrução dos dutos. A terceira amostra foi adicionada 5% de albumina sobre o total. Padronizouse a massa da amostra da pasta de banana verde em 200g para todos os experimentos. Tabela 3: Formulações das amostras Ensaio % Banana Massa de Banana (g) Massa de Água (g) Secador Massa de Albumina (g) 1 25% Spray % Spray e Jorro % Spray e Jorro Equipamentos A figura 7 representa o equipamento utilizado na secagem em camada de espuma (foammat), estufa de circulação de ar TECNAL TE-394/I, Brasil. O equipamento está localizado no Laboratório de Tecnologia de Alimentos. A temperatura foi ajustada e mantida constante durante todo o processo, em 70ºC. Figura 7: Estufa utilizada no processo foam-mat A figura 8 representa esquematicamente o secador por atomização, mini spray dryer modelo

24 23 MSD 1.0 fabricante LABMAQ DO BRASIL LMTD. O equipamento encontra-se instalado no Laboratório de Engenharia de Alimentos da UFRN, foi operado na temperatura de 130ºC 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/min. O tempo de secagem das amostras variou entre 60 e 50 minutos, desconsiderando o tempo gasto na montagem do equipamento. Figura 8: Esquematização do spray-dryer. A Figura 9 representa o esquema do leito de jorro. O equipamento está localizado no Laboratório de Sistemas Particulados da UFRN. Constituído por uma coluna cilíndrica (18 cm de diâmetro e 72 cm de altura) com base cônica (ângulo incluso 60, 13 cm de altura e 3 cm de diâmetro da entrada do ar), construída em aço inoxidável com visores em acrílico. Para promover a separação entre o pó e o ar, há um ciclone Lapple com 10 cm de diâmetro da coluna acoplado a coluna. Para alimentação do ar dispõe-se de um soprador marca IBRAM-Weq modelo CR-6 com 7 cv de potência, acoplado a base cônica do secador. O ar é aquecido em um trocador de calor constituído de duas resistências. Para controle da temperatura do ar de secagem é utilizado um controlador de temperatura marca OMRON, modelo E5AW com precisão de 0,1ºC e controle de temperatura na faixa de 1ºC. Além disso, foram instalados termopares do tipo K (chromel-alumel) para acompanhar a temperatura do ar na saída do ciclone. Para medidas da umidade relativa e velocidade do ar, utilizaram-se um termohigrômetro digital, Novasina MS1 e um anemômetro digital, Minipia.

25 24 O tempo de intermitência é o tempo entre duas alimentações consecutivas. Foi fixado um total de 5 alimentações por ensaio com tempo de intermitência de 12 minutos (8 minutos alimentando e 4 min com alimentação suspensa). Figura 9: Representação esquemática do leito de jorro. 4.8 Procedimento experimental O desenvolvimento dos experimentos para cada método está descrito a seguir: Para o método de secagem em camada de espuma (foam-mat) 1. Pesagem de 300g do purê de banana verde 2. Pesagem do agente formador de espuma (Albumina) de acordo com a concentração desejada no ensaio (2,5 %, 5,0%, 10%) 3. Batimento em batedeira domestica por quatro minutos até a formação de uma espuma estável 4. Determinação da massa especifica 5. Espalhar de forma uniforme a quantidade determinada de espuma sob a placa de teflon 6. Colocar a placa dentro da estufa de circulação de ar 7. Realizar as pesagens para acompanhar as perdas de água em tempos regulares de dez minutos

26 25 8. Observar que a massa está constante caracterizando o fim da secagem 9. Raspagem e obtenção do pó 10. O pó obtido é armazenado em geladeira para posteriores análises Para o spray dryer 1. Pesagem de 200g do purê de banana verde 2. Adição água de acordo com a concentração desejada 3. Adição de albumina na amostra determinada 4. Agitação da mistura 5. Montagem do equipamento, realizando todos os ajustes. 6. Início da atomização da amostra 7. Acompanhamento do processo 8. Encerramento do experimento com coleta e pesagem do pó produzido. Para o leito de jorro 1. Diluição da pasta de banana em água 2. Pesagem de 2500 g de inerte 3. Ajuste da vazão de alimentação (7 ml/min em todos os ensaios) 4. Instalação de termopares e termohigrômetro 5. Partida do sistema com ajuste da velocidade do ar, 13 m/s 6. Inicio do gotejamento da mistura 7. Controle do tempo de intermitência de 12 min, sendo 8 com alimentação e 4 sem alimentação 8. Acompanhamento do processo com coleta e pesagem do material produzido em cada etapa 9. Encerramento do experimento, com pesagem do leito de inertes 4.9 Análise fisico-quimicas Medidas dos sólidos solúveis (SST) Para as medidas dos sólidos solúveis (determinação do Brix) foi utilizado o refratômetro digital, ATAGO, SMART-1. A calibração do equipamento foi realizada com

27 água destilada. Determinaram-se os sólidos solúveis da polpa in natura, das misturas nas diferentes concentrações de albumina e de água Determinação da umidade da pasta e das misturas Essas análises foram realizadas em estufa de circulação de ar (TECNAL TE-394/I, Brasil) a 70 C até peso constante. Os cálculos dos teores de umidade em base úmida (U bu ) foram realizados de acordo com a Equação (3). U bu = m inicial m final m inicial (3) Determinação da umidade dos pós Para determinação da umidade dos pós foi utilizada uma balança de umidade do modelo MARTE ID200. Ao ligar o equipamento são esperados sessenta minutos para que ocorra a estabilização. Determinou-se a umidade dos pós produzidos, deixando-os no equipamento por trinta minutos à 105ºC Determinação da atividade de água A análise de atividade de água foi realizada utilizando o equipamento AQUALAB. Inicialmente era feita a calibração do equipamento com água. Em seguida, eram separadas três amostras de cada pó obtido segundo os diferentes processos. As amostras inseridas uma a uma no equipamento para que fosse feita a leitura Determinação da massa específica A massa específica (ρ) das espumas e da pasta de banana foi determinada experimentalmente pelo razão entre a massa e o volume ocupado pelo material. Foi utilizada uma proveta de 60 ml, determinando-se a massa necessária para enche-la (60mL). Sendo calculada pela equação 4, descrita abaixo.

28 27 ρ = m espuma (g) 60 ml (4) equação 5. A partir dos dados de densidade obtidos calculou-se a expansão das espumas, pela Exp(%) = 1/ρ espuma 1/ρ polpa 1/ρ polpa x100 (5) Considerando que o valor da densidade para a pasta de banana verde é 1,09 g/cm³ Determinação do ph Foram realizadas análise de ph nas misturas e espumas utilizadas nos processos de secagem. Inicialmente realizou-se a calibração do equipamento com duas soluções tampão fornecidas pelo fabricante, de ph = 4,0 e 7,0, em seguida o eletrodo é imerso sob a solução e esse contato se dá por alguns minutos até que um valor esteja estabilizado no equipamento Metodologia de cálculos As curvas de secagem provenientes da secagem em camada de espuma foram construídas a partir as umidades calculadas com as massas pesadas ao longo tempo. Com a umidade inicial da espuma calculou-se o valor da massa seca, a ser utilizada nos cálculos. Das umidades em base úmida ao longo do tempo de acordo com a equação 6. X bu = m pesagem m seca m pesagem (6) Com a umidade em base úmida, determina-se a umidade em base seca pela equação 7: X bs = Xbu 1 Xbu (7) E para a construção dos gráficos de secagem, calcula-se a razão de umidade, dada pela equação 8, abaixo. Ru = Xbs Xbs final Xbs inicial Xbs final (8)

29 28 As curvas de secagem provenientes do leito de jorro são construídas a partir de dados de umidade relativa e temperatura do ar na saída do ciclone. Inicialmente são registradas as temperaturas de bulbo seco do ar, na entrada e saída do secador. Com as medidas da umidade relativa e temperatura ambiente, determina-se a umidade absoluta do ar alimentado. Com o auxílio das cartas psicrométricas e os valores da umidade absoluta e temperatura de bulbo do seco do ar de entrada, determina-se todas as propriedades do ar alimentado, umidade relativa, umidade de saturação, temperatura de bulbo úmido, massa específica e entalpia específica. A partir do início da alimentação e a cada dois minutos foram registrados dados de temperatura e umidade relativa do ar na saída do secador, com isso, a partir das cartas psicrométricas são obtidas todas as outras variáveis referentes ao ar de saída, que são necessárias para se obter curvas de umidade e determinação das taxas de secagem. A vazão mássica de ar, isento de umidade é calculada pela seguinte equação: W ar seco = πd C 2 v ar ρ gs 4(U gs +1) (9) Sendo utilizados os dados provenientes das cartas psicrométricas do ar na saída do secador e da velocidade do ar na coluna. Sendo: D c o diâmetro da coluna do secador; ν a velocidade superficial média do ar na coluna; ρ gs é a massa específica do gás na saída, U gs a umidade absoluta do gás na saída do secador. Realizando um balanço de massa para o ar isento de umidade pode-se calcular as taxas de secagem: W = W ar seco (U gs U ge ) (10) Sendo: W ar seco a vazão mássica do ar isento de umidade, U gs e U ge as umidades absolutas do ar na saída e na entrada respectivamente.

30 Densidade (g/cm³) 29 5 RESULTADOS E DISCUSSÕES Secagem pelo processo foam-mat Como análise preliminar a secagem, foi realizada a cinética de batimento, onde se observa na figura 10 que representa o comportamento da banana verde ao longo dos vinte minutos de batimento que a densidade mínima é alcançada para as três concentrações de albumina no tempo de batimento de apenas quatro minutos. Cinética de batimento Tempo (min) 2,5% de albumina 5,0% de albumina Figura 10: Cinética de batimento para a banana verde Conforme se observa na tabela 4 a expansão atinge valores superiores a 200% para a banana verde, na concentração de 5% de albumina e 4 minutos de batimento. Com 2,5% de albumina também foi atingida uma expansão bastante elevada de 175,56% aos 4 minutos de batimento. A expansão diminui de forma acentuada à medida que o batimento prossegue demonstrando coalescência das espumas. O aumento do percentual de albumina também prejudicou a expansão cujo valor máximo atingido foi de 121,52%. Estes resultados podem estar relacionados com o elevado teor de amido da banana verde. A partir deste resultado ficou definido o tempo de batimento de 4 minutos para todos os experimentos de secagem das espumas.

31 30 Tabela 4- Expansão da espuma de banana verde (%) Tempo (min) 2,50% 5,00% 10,00% 0 12,40 13,01 11, ,56 228,16 121, ,01 179,33 93, ,37 101,62 51, ,18 41,18 37, ,55 37,97 33,54 Na tabela 5 estão destacadas as características das espumas e da pasta de banana, destacando-se o valor dos sólidos solúveis (ºBrix), bem mais elevado nas espumas do que na pasta de banana o que se deve a adição da albumina. O ph em torno de 6 demonstra o caráter moderadamente ácido das espumas. Ensaios % Albumina Tabela 5 - Caracterização da espuma de banana verde ρ (g/cm 3 ) Brix (%) Espuma Brix (%) Banana ph Sólidos Totais da Espuma(%) 1 2,50 0,4 9,04 5,92 6,73 30,2 2 5,00 0,398 14,66 5,92 5,72 31,4 3 10,00 0,413 24,39 6,75 6,47 37 Para a pasta de banana verde pura foi observado um valor de sólidos totais de 27,63%. Foi observado um aumento no teor de sólidos totais com a adição de albumina, sendo este aumento maior na espuma com maior concentração de albumina. Para todos os processos analisados, foi calculado o rendimento de produção de pó, que pode indicar a viabilidade do processo. Esse rendimento foi calculado pela equação 11 abaixo: Rendimento = M produzida (1 Umidade do pó) M alimentada (1 Umidade da mistura) (11) Na Tabela 6 são apresentados os dados de produção de pó pelo processo foam-mat. Por se tratar de um processo conservativo em relação a massa os rendimentos se aproximam de 100% e as pequenas perdas observadas se referem ao material que fica aderido a placa, depois

32 Umidade em base seca 31 da raspagem. Tabela 6 -Produção de pó Foam-mat Ensaio % Albumina M processada (g) M produzida (g) Rendimento (%) 1 2,5 76,07 22,25 94, ,08 23,57 95, ,29 40,5 93,40 Com os dados experimentais é possível a construção das curvas de umidade em base seca em função do tempo, representada na figura 11. 2,5 Umidade vs. Tempo 2 1,5 1 0,5 10% 5% 2,5% Tempo (min) Figura 11: Umidade em base seca vs. Tempo A figura 12 representa a cinética de secagem da banana verde nos três níveis de concentração de albumina. Conforme se observa as espumas com maior expansão (2,5% e 5% de albumina) apresentaram quedas mais acentuadas na umidade e atingiram condições de equilíbrio em tempos mais curtos, o que se traduz em maiores taxas de secagem devido às maiores áreas de troca de calor e massa. A secagem mais rápida, diminui possíveis perdas nutricionais consequentes do tempo de exposição ao calor. Aos dados da cinética de secagem foi ajustado o modelo de Page. O bom ajuste deste modelo aos dados experimentais pode ser observado na figura 12.

33 32 Figura 12: Razão de umidade em função do tempo (minutos) de secagem. Dados experimentais e curvas ajustadas pelo Modelo de Page Os parâmetros do modelo de Page ajustado aos dados de secagem são exibidos na Tabela 7 Tabela 7 - Dados do modelo de Page para banana verde Ensaios % Albumina K (min -1 ) n R 2 1 2,50% 0, ,675 0, ,00% 0, ,732 0, ,00% 0, ,463 0,99832 Observando o valor do coeficiente de correlação R 2, superior a 0,99 em todos os experimentos conclui-se que o modelo de Page apresenta um excelente ajuste aos dados da cinética de secagem das espumas. O maior valor da constante K indica maiores taxas de secagem, os valores deste parâmetro corroboram com a discussão anterior sobre o efeito da expansão da espuma nas taxas de secagem. Na tabela 8 são apresentadas as umidades dos pós obtidos a partir da secagem das espumas de banana verde. A umidade de um alimento está diretamente relacionada com seu tempo de conservação, pois a presença de água possibilita a proliferação de micro-organismos indesejados e escurecimento enzimático, no caso de frutas.

34 33 Tabela 8: Caracterização do pó Foam mat Ensaios % Albumina Aw Umidade 1 2,50% 0,177 2,94% 2 5,00% 0,192 3,99% 3 10,00% 0,202 5,04% As umidades e atividade de água dos pós obtidos a partir do processo foam-mat são suficientemente baixas evidenciando a viabilidade do processo, e confirmando a qualidade do produto final. Na figura 13 são exibidas fotos dos pós obtidos pelo processo foam-mat. Figura 13: Pós obtidos pelo processo foam-mat Secagem no Spray Dryer Na secagem no spray, o primeiro ensaio, com 25 % em massa de banana teve duração de 60 minutos, enquanto que o segundo ensaio com 50 % em massa de banana teve duração de 50 minutos, levando a crer que a maior quantidade de amido presente na amostra com maior concentração em massa de banana acelera o processo de secagem. Observou-se também, que nos secadores pulverizadores, para o caso da banana, a influência da viscosidade no tempo de secagem é discreta, visto que o ensaio com 50 %, que era discretamente mais viscoso, apresentou menor tempo de secagem. O ensaio realizado com adição de albumina, apresentou tempo de secagem menor, 35 minutos, visto que os dutos do secador entupiram duas vezes, inviabilizando a continuidade do processo. Na tabela 9 abaixo são apresentadas a caracterização das amostras que foram secas neste secador e no leito de jorro.

35 34 Tabela 9 - Caracterização da amostra utilizada no Spray Dryer e Leito de Jorro Ensaios % % ρ Brix (%) Brix (%) Banana Albumina amostra(g/cm 3 ) Amostra Banana ph Umidade 1 25,00% - 1,008 0,60 6,36 5,11 94% 2 50,00% - 1,038 2,75 6,36 4,48 88% 3 50,00% 5,00% 0,92 8,12 6,36 4,86 84% Os pós obtidos no secador spray dryer foram caracterizados quanto a umidade e atividade de água, conforme demonstrado na tabela 10 abaixo. Tabela 10: Caracterização do Pó - Spray Dryer Ensaios % Banana % Albumina Umidade Aw 1 25% - 4,70% 0, % - 4,00% 0, % 5,00% 3,80% 0,102 As umidades e atividade de água dos pós obtidos são baixas, o que caracteriza a qualidade do produto final. Na tabela 11 são exibidos dados sobre a massa alimentada e a massa de pó produzida para os três ensaios. Inicialmente se tentou alimentar aproximadamente a mesma massa no processo, porém, no terceiro ensaio (50% em peso de banana + 5% de albumina) os dutos do secador entupiram duas vezes, realizando-se uma alimentação menor, com isso o ensaio durou apenas 40 minutos. Conforme se observa os rendimentos de produção de pó foram relativamente baixos e a albumina não apresentou bom desempenho como aditivo para facilitar o processo de secagem. Outros aditivos devem ser testados, assim como condições operacionais que favoreçam a produção de pó. Tabela 11: Rendimento Spray Dryer M Ensaio % Banana % Albumina M alimentada (g) produzida (g) Rendimento (%) 1 25% - 374,76 4,589 19, % - 341,74 9,004 21, % 5% 169,39 5,48 19,45 Na figura 14 são exibidas as fotos dos pós obtidos no spray dryer. Conforme se observa

36 35 no ensaio com adição de albumina o pó apresentou características distintas com maior formação de grânulos, apesar da baixa umidade atingida. Comparativamente aos pós obtidos na secagem em camada de espuma os produzidos no spray apresentam coloração mais clara devido ao tempo mais curto de exposição ao aquecimento. Todavia em relação a produção de pó a secagem em camada de espuma transcorrida em 70 e 80 minutos promoveram produção de pó cerca de 350% superior a do spray, apesar da massa de banana processada no spray ser em média 30% superior a processada em camada de espuma. Figura 14: Pós obtidos no spray dryer Secagem no Leito de Jorro Ao longo de todos os ensaios no leito de jorro observou-se que o secador manteve comportamento fluidodinâmico estável, sem colapsar, o que justifica uma produção de pó satisfatória. Com os valores da massa produzida em cada período, construiu-se o gráfico da massa produzida acumulada em função do tempo, cujo comportamento linear encontra-se ilustrado na Figura 15.

37 Massa de pó produzida (g) Cinética de produção de pó Tempo (min) 50% banana 50% banana + 5% albumina Figura 15: Cinética de produção de pó O modelo linear passando pela origem foi ajustado aos dados experimentais cujos coeficientes de correlação R² são exibidos na tabela 12 abaixo. As inclinações das retas ajustadas fornecem a taxa de produção de pó. Observa-se que para todos os experimentos os coeficientes de correlação são superiores a 99%, demonstrando que o modelo linear passando pela origem representa de forma bastante satisfatória os dados da massa produzida em função do tempo. O rendimento é expresso pela razão entre a massa total de sólidos produzida e a massa total de sólidos alimentada, conforme Equação (12). Rendimento = m pó (1 x pó ) m alim (1 x mistura ) (12) Na tabela 12 também são apresentados os dados relativos a produção de pó. Ensaio % Banana Tabela 12: Produção de pó - Leito de Jorro % Taxa de M Albumina Ajuste R² Produção alimentada M produzida Rendimento (%) 1 50% - Linear 0,995 0, ,05 28,496 85, % 5% Linear 0,9982 0, ,61 29, ,18 Conforme se observa nesta tabela os rendimentos de produção de pó no leito de jorro foram bastante elevados, principalmente quando se compara estes valores com os rendimentos obtidos por outros autores na secagem de polpas de frutas no mesmo tipo de secador tal como Machado (2014) na secagem da polpa de graviola cujo maior rendimento observado foi de 59,2%.Ao comparar o rendimento da secagem em leito de jorro, com a secagem em spray

38 37 dryer, observa-se que o leito de jorro apresenta rendimento bastante superior, com elevada produção de pó apesar da menor quantidade de mistura alimentada, para um tempo de secagem equivalente (60 minutos) comprovando-se a viabilidade deste processo na secagem da pasta de banana verde. Este resultado corrobora com os obtidos por Medeiros (2001) que ao analisar a influência da composição das frutas sobre a secagem de suas polpas em leito de jorro, encontrou que polpas ricas em amido favorecem a dinâmica dos processos de secagem no leito de jorro, pois facilitam o desprendimento da película de material seca sobre a superfície do inerte, diminuindo a retenção de material no leito e aumentando, consequentemente, a produção de pó. Todavia ao se comparar os resultados obtidos no leito de jorro com os da secagem em camada de espuma, se observa que apesar da produção de pó ser relativamente próxima bem como o tempo de processamento processo de secagem em camada de espuma foi mais eficiente. Deve-se considerar, entretanto que um estudo posterior das condições operacionais no leito de jorro pode levar a um melhor rendimento do processo. As características dos pós produzidos no leito de jorro são exibidas na tabela 13, onde são observados valores mais elevados na umidade e atividade de água dos pós em comparação com os produzidos no spray e através da secagem em camada de espuma. Todavia os valores da atividade de água inferiores a 0,4, ainda demonstram que estes pós estão em condições adequadas para conservação. Tabela 13: Caracterização do Pó - Leito de Jorro Ensaios % Banana % Albumina Umidade Aw 1 50% - 8,90% 0, % 5,00% 8,00% 0,299 Para a construção das curvas da taxa de secagem em função do tempo, seguiu-se a metodologia de cálculo descrita no item Observa-se na figura 16 que as curvas da taxa de secagem apresentam comportamento oscilatório o que é justificado pela intermitência da alimentação. É importante se registrar o longo tempo de resposta do termohigrômetro utilizado nas medidas de umidade relativa. Devido ao longo tempo longo de resposta do equipamento muitas vezes a medida de umidade efetuada na etapa em que a alimentação está suspensa ainda corresponde a umidade medida

39 Taxa de secagem (Kg/s) 38 no período da alimentação. Desta forma se justifica a defasagem nas curvas ilustradas na figura 16. Foram calculadas as taxas médias de secagem nos respectivos períodos, com e sem alimentação para ambos os experimentos, obtendo-se valores médios de 0, kg/s e 0,00013 kg/s para o ensaio sem adição da albumina e 0, kg/s e 0, kg/s para os ensaios com adição da albumina. Estes resultados indicam que em média as taxas de secagem no período da alimentação são bem mais elevadas do que no período em que a alimentação se encontra suspensa. O ensaio com adição de albumina apesar de apresentar maior rendimento, o que pode ser atribuído às características deste aditivo como agente facilitador da quebra da película aderida a superfície do material inerte, parece ter influenciado o comportamento fluidodinâmico do leito, uma vez que as taxas de secagem tendem a cair ao longo do experimento conforme se observa na figura 16. 0,00035 Taxa de Secagem x Tempo 0,0003 0, ,0002 0, , % Banana 50% Banana + 5% Albumina 0, Tempo (min) Figura 16: Taxa de secagem (kg/s) vs. Tempo (min). As fotos dos pós obtidos pela secagem em leito de jorro são mostradas na figura 17, abaixo. Conforme se observa o aspecto visual do pó é excelente, com coloração semelhante ao pó produzido no spray e granulometria aprentemente mais fina e com menos formação de aglomerados.

40 Figura 17: Pós obtidos no secador de leito de jorro leito de jorro 39