DETERMINAÇÃO DO CALOR ISOSTÉRICO DE SORÇÃO E DA ENTROPIA DIFERENCIAL DO CAJÀ EM PÓ MICROENCAPSULADO COM DIFERENTES FORMULAÇÕES RESUMO

Transcrição

1 103 ISSN DETERMINAÇÃO DO CALOR ISOSTÉRICO DE SORÇÃO E DA ENTROPIA DIFERENCIAL DO CAJÀ EM PÓ MICROENCAPSULADO COM DIFERENTES FORMULAÇÕES Yvson Costa e Silva 1, Mario Eduardo R. M. Cavalcanti Mata 2, Maria Elita Martins Duarte 2, Anna Sylvia R. de R. M. Cavalcanti 3, Manuel Adalberto Guedes 4, Camila Carol Albuquerque Oliveira 5 RESUMO Foram obtidos o calor isostérico de sorção e a entropia diferencial do cajá em pó microencapsulado com 15% de maltodextrina, 10% de maltodextrina + 5% de amido modificado e 7,5% de maltodextrina + 7,5% de amido modificado a partir de suas isotermas de equilíbrio higroscópico obtidas nas temperaturas de 10 a 50ºC. Com base nos resultados obtidos, pôde-se concluir que com a redução do teor de umidade, ocorre aumento da energia necessária para a remoção de água do produto, quanto maior a presença de maltodextrina na formulação do cajá em pó microencapsulado, maior a necessidade de energia para se remover água do produto, o modelo de calor isostérico integral de sorção se ajustou bem aos dados experimentais, apresentando coeficiente de correlação superior a 99% para as três formulações estudadas, há forte dependência da entropia diferencial do cajá em pó microencapsulado com o seu teor de água e que quanto menor a quantidade de maltodextrina na formulação do cajá em pó, menor a sua entropia diferencial, indicando maior mobilidade das moléculas de água, para o cajá em pó com 15% de maltodextrina em sua formulação, que com as demais. Palavras-chave: Calor isostérico, entropia, atividade de água, cajá. DETERMINATION OF THE ISOSTERIC HEAT OF SORPTION AND OF ENTROPY DIFERENCIAL OF CAJA POWDERED MICROENCAPSULADO WITH DIFFERENT FORMULATIONS ABSTRACT They were obtained the heat isosteric heat and the entropy differential of the caja powdered microencapsulate with 15% of maltodextrine, 10% of maltodextrine + 5% of modified starch and 7,5% of maltodextrine + 7,5% of starch modified starting from its isotherms of balance hygroscopic obtained in the temperatures from 10 to 50ºC. With base in the obtained results, it could be ended that with the reduction of the humidity text, it happens increase of the necessary energy for the removal of water of the product, as larger the maltodextrine presence in the formulation of the caja powdered microencapsulated, larger the need of energy to remove water of the product, the model of heat integral isosteric of sorption was adjusted well to the experimental data, presenting coefficient of superior correlation at 99% for the three studied formulations, there is fort dependence of the entropy differential of the cajá powdered microencapsulado with its text of water and that as smaller the amount of maltodextrine in the formulation of the powdered, smaller caja its entropy differential, indicating larger mobility of the molecules of water, for the powdered caja with 15% of maltodextrine in its formulation, that with the others. Keywords: isosteric heat, entropy, water activity, caja Protocolo 876 de 28/07/ Químico Industrial Mestre em Engenharia Agrícola, Doutorando em Engenharia Química (UFRN), 2 Professor Associado da Unidade Acadêmica de Engenharia Agrícola, Universidade Federal de Campina Grande (UFCG), Campina Grande-PB, Brasil mmata@deag.ufcg.edu.br e elita@deag.ufcg.edu.br 3 Estudante de Desenho Industrial, Universidade Federal de Campina Grande parameachar@hotmail.com 5 Físico, Unidade Acadêmica de Engenharia Elétrica, Núcleo de Energia, adalberto@dee.ufcg.edu.br 6 Design Industrial, Unidade Acadêmica de Desenho Industrial UFCG carcolli@yahoo.com.br

2 104 Determinação do calor isostérico de sorção e da entropia diferencial do cajà em pó... Costa e Silva et al. INTRODUÇÃO O estudo das propriedades termodinâ-micas dos alimentos é fundamental para analisar o comportamento da água durante a secagem. Pode-se determinar o ponto final do processo, onde o produto permanece estável e com um teor de água ótimo, e a energia mínima necessária para realizá-lo (Aviara & Ajibola, 2002). Estas propriedades também dão uma idéia da microestrutura associada com a interface água-alimento. (Rizvi, 1995). O calor isostérico líquido é definido como o calor de sorção total no alimento menos o calor de vaporização da água a certa temperatura (Tsami, Maroulis, Morunos-Kouris, & Saravacos, 1990), e é considerado um indicador das forças atrativas intermoleculares entre os sítios de sorção e o vapor de água (Wang & Brennan,1991). O conhecimento do calor isostérico de sorção é de grande importância nos projetos de equipamentos de secagem, devido ao fato que o calor de vaporização da água sorvida é mais alto que o calor de vaporização da água pura, quando o alimento é desidratado a baixos níveis de umidade (King, 1968). A entropia diferencial de um material é proporcional ao número de sítios de sorção disponíveis a um nível específico de energia (Madamba, Driscoll, & Buckle, 1996), indicando o estado de mobilidade das moléculas de água no produto. Diante do exposto, o objetivo deste trabalho foi determinar o calor isostérico de sorção e a entropia diferencial do cajá em pó microencapsulado com 15% de maltodextrina, 10% de maltodextrina + 5% de amido modificado e 7,5% de maltodextrina + 7,5% de amido modificado. MATERIAIS E MÉTODOS Para o desenvolvimento deste trabalho, foram utilizadas isotermas de equilíbrio higroscópico de cajá em pó microencapsulado, nas temperaturas de 10 a 50ºC. As isotermas de equilíbrio higroscópico foram obtidas no Laboratório de Transferência em Meios Porosos, do Departamento de Engenharia Química do Centro de Ciências e Tecnologia da UFCG, Campus I, em Campina Grande PB, utilizando o método dinâmico com o equipamento Thermoconstanter Novasina TH-2. A partir dos modelos comumente usados para modelagem de isotermas de equilíbrio higroscópico em produtos biológicos, foram obtidos os dados para o desenvolvimento deste trabalho. Um método largamente usado para se calcular o calor isostérico de sorção, seja pelo processo de adsorção ou pelo de dessorção, é dado pela equação de Clausius-Clayperon (Iglesias e Chirife, 1976): ln(aw) q = st T RT 2 (1) onde aw é a atividade de água (decimal), T, a temperatura em absoluto (Kelvin), q st, o calor isostérico líquido de sorção (kj.kg -1 ) e R, constante universal dos gases (8,314 kj.kmol - 1.K -1 ). Integrando a Equação (1) e assumindo que o calor isostérico líquido de sorção é independente da temperatura, podemos encontrar o calor isostérico líquido de sorção (q st ), para cada teor de umidade de equilíbrio, conforme a equação a seguir (Wang e Brennan, 1991): q st 1 ln(aw) = -. + C (2) R T onde C é uma constante do modelo. O calor isostérico integral de sorção (Q st ), em kj.kg -1, é obtido adicionando-se aos valores de calor isostérico líquido de sorção (q st ), o valor do calor latente de vaporização da água livre (L) de acordo com a seguinte equação: Qst = qst + L = A exp( B Ue) + L (3) onde A e B são coeficientes do modelo. O calor latente de vaporização da água livre, para uma temperatura T, foi determinado utilizando a equação 4: L = 2502,2-2,39.T (4) A entropia diferencial pode ser determinada utilizando a equação 5: Qst ΔS ln( aw) = (5) RT R

3 Determinação do calor isostérico de sorção e da entropia diferencial do cajà em pó... Costa e Silva et al. 105 onde ΔS é a entropia diferencial do produto. RESULTADOS E DISCUSSÃO Nas Figuras 1, 2 e 3, estão as curvas do logaritmo neperiano da atividade de água(decimal), para específicos valores de umidadede equilíbrio (% b.s.), em função de valores do inverso da temperatura absoluta (Kelvin) para o cajá em pó microencapsulado com 15% de maltodextrina, 10% de maltodextrina + 5% de amido modificado e 7,5% de maltodextrina + 7,5% de amido modificado, respectivamente. Figura 1 - Curvas do logaritmo neperiano da atividade de água (decimal), para específicos valores de umidade de equilíbrio (% b.s.), em função de valores do inverso da temperatura absoluta (Kelvin) para o cajá em pó microencapsulado com 15% de maltodextrina Figura 2 - Curvas do logaritmo neperiano da atividade de água (decimal), para específicos valores de umidade de equilíbrio (% b.s.), em função de valores do inverso da temperatura absoluta (Kelvin) para o para o cajá em pó microencapsulado com 10% de maltodextrina + 5% de amido modificado

4 106 Determinação do calor isostérico de sorção e da entropia diferencial do cajà em pó... Costa e Silva et al. Figura 3 - Curvas do logaritmo neperiano da atividade de água (decimal), para específicos valores de umidade de equilíbrio (% b.s.), em função de valores do inverso da temperatura absoluta (Kelvin) para o cajá em pó microencapsulado com 7,5% de maltodextrina + 7,5% de amido modificado Os valores do calor isostérico líquido de sorção (q st ), em kj.kg -1, para o cajá microencapsulado nas três formulações foram calculados de acordo com a Equação 2 e representados pelas inclinações das retas mostradas na Figura 3. Para o calor isostérico integral de sorção (Q st ), em kj.kg -1, foram adicionados, aos valores de q st, o valor do calor latente de vaporização da água livre (L), que representa a menor quantidade de energia necessária para evaporar a água, calculado para temperatura de 30 C, resultando em um valor de 2430,5 kj.kg -1. Os valores de Q st do cajá em pó microencapsulado com 15% de maltodextrina variaram de 3792,243 a 5330,573 kj kg -1, enquanto que para o cajá em pó microencapsulado com 10% de maltodextrina + 5% de amido modificado, variaram de 3474,844 a 4439,267 kj kg -1, e para o cajá em pó microencapsulado com 7,5% de maltodextrina + 7,5% de amido modificado, os valores de Q st variaram de 3127,592 a 4296,9 kj kg -1, indicando que quanto maior a presença de maltodextrina na formulação do cajá em pó microencapsulado, maior a necessidade de energia para se remover água do produto. Nas Figuras 4, 5 e 6, são apresentados os valores do calor isostérico integral de sorção (Q st ), em kj.kg -1, em função do teor de umidade de equilíbrio (% b.s.), estimados de acordo com a Equação 3, para o cajá em pó microencapsulado com 15% de maltodextrina, 10% de maltodextrina + 5% de amido modificado e 7,5% de maltodextrina + 7,5% de amido modificado, respectivamente. De acordo com as Figuras 4, 5 e 6, observase que, com a redução do teor de umidade, ocorre aumento da energia necessária para a remoção de água do produto. Segundo Al- Muhtaseb et al. (2004), este comportamento também é observado em diversos produtos biológicos. Na Tabela 1 encontram-se os parâmetros do modelo usado (Equação 3) para descrever calor isostérico integral de sorção (Q st ) em função do teor de umidade de equilíbrio e o coeficiente de correlação para o cajá em pó nas três formulações. Na Figura 7 encontram-se os valores de entropia diferencial em função do teor de água de equilíbrio do cajá em pó microencapsulado com 15% de maltodextrina, 10% de maltodextrina + 5% de amido modificado e 7,5% de maltodextrina + 7,5% de amido modificado.

5 Determinação do calor isostérico de sorção e da entropia diferencial do cajà em pó... Costa e Silva et al. 107 Figura 4 Valores observados e estimados do calor isostérico integral de sorção em função do teor de umidade de equilíbrio para o cajá em pó microencapsulado com 15% de maltodextrina. Figura 5 Valores observados e estimados do calor isostérico integral de sorção em função do teor de umidade de equilíbrio para o cajá em pó microencapsulado com 10% de maltodextrina + 5% de amido modificado

6 108 Determinação do calor isostérico de sorção e da entropia diferencial do cajà em pó... Costa e Silva et al. Figura 6 Valores observados e estimados do calor isostérico integral de sorção em função do teor de umidade de equilíbrio para o cajá em pó microencapsulado com 7,5% de maltodextrina + 7,5% de amido modificado. Tabela 1 - Parâmetros do modelo usado para descrever calor isostérico integral de sorção (Q st ) em função do teor de umidade de equilíbrio e o coeficiente de correlação para o cajá em pó nas três formulações Parâmetros M15 M10 M7,5 A 3115,5 2173, ,53 B 1,012 0,895 1,2964 R 2 (%) 99,78 99,19 99,47 M15 cajá em pó microencapsulado com 15% de maltodextrina. M10 cajá em pó microencapsulado com 10% de maltodextrina + 5% de amido modificado. M7,5 cajá em pó microencapsulado com 7,5% de maltodextrina + 7,5% de amido modificado. \ Figura 7 - Entropia diferencial de sorção do cajá em pó microencapsulado em função do teor de água de equilíbrio

7 Determinação do calor isostérico de sorção e da entropia diferencial do cajà em pó... Costa e Silva et al. 109 Os resultados mostraram forte dependência da entropia diferencial do cajá em pó microencapsulado com o seu teor de água. Observou-se também que quanto menor a quantidade de maltodextrina na formulação do cajá em pó, menor a sua entropia diferencial, indicando maior mobilidade das moléculas de água, para o cajá em pó com 15% de maltodextrina em sua formulação, que com as demais. CONCLUSÕES Com a redução do teor de umidade, ocorre aumento da energia necessária para a remoção de água do produto. Quanto maior a presença de maltodextrina na formulação do cajá em pó microencapsulado, maior a necessidade de energia para se remover água do produto. O modelo de calor isostérico integral de sorção se ajustou bem aos dados experimentais, apresentando coeficiente de correlação superior a 99% para as três formulações estudadas. Há forte dependência da entropia diferencial do cajá em pó microencapsulado com o seu teor de água. Quanto menor a quantidade de maltodextrina na formulação do cajá em pó, menor a sua entropia diferencial, indicando maior mobilidade das moléculas de água, para o cajá em pó com 15% de maltodextrina em sua formulação, que com as demais. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS Al-Muhtaseb A.H.; Mcminn W.A.M.; Magee T.R.A. Water sorption isotherms of starch powders. Part 2: Thermodynamic characteristics. Journal of Food Engineering, v.62, p , Aviara, N. A.; Ajibola, O. O. Thermodynamics of moisture sorption in melon seed and cassava. Journal of Food Engineering, v.55, p , Iglesias, H.; Chirife, J. Prediction of the effect of temperature on water sorption isotherms of food material. Journal of Food Technology, Oxford, v.11, p , King, C. J. Rate of moisture sorption and desorption in porous, dried foodstuffs. Food Technology, v.22, p , Madamba, P. S.; Driscoll, R. H.; Buckle, K. A. Enthalpyentropy compensation models for sorption and browning of garlic. Journal of Food Engineering, v.28, p , Rizvi, S. S. H. Thermodynamic properties of food in dehydration. In Rao, M. A.; Rizvi, S. S. H., Engineering properties of foods, p New York: Marcel Dekker Inc, Tsami, E.; Maroulis, Z. B.; morunos-kouris, D., Saravacos, G. D. Heat of sorption of water in dried fruits. International Journal of Food Science and Technology, v.25, p , Wang, N.; Brennan, J.G. Moisture sorption isotherm characteristics of potato at four temperatures. Journal of Food Engineering, v.14, p , 1991.