SECAGEM DE POLPA DE CERIGUELA PELO MÉTODO DE CAMADA DE ESPUMA 1

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1 9 ISSN SECAGEM DE POLPA DE CERIGUELA PELO MÉTODO DE CAMADA DE ESPUMA 1 Guilherme de Figueiredo Furtado 1, Fabrício Schwanz da Silva, Alexandre Gonçalves Porto 3, Philipe dos Santos 4 RESUMO Esta pesquisa teve por objetivo estudar a cinética de secagem da polpa de ceriguela pelo método de camada de espuma (foam-mat) através do ajuste de diferentes modelos matemáticos aos valores experimentais, bem como determinar o coeficiente de difusão e energia de ativação deste produto e avaliar o efeito da temperatura no teor de ácido ascórbico. Foi utilizado polpa de ceriguela, comercializada no município de Barra do Bugres - MT. A secagem foi realizada em estufa de circulação de ar forçada nas temperaturas de 60, 70 e 80 C. A fim de avaliar e selecionar o modelo mais apropriado, foram testados, ajustados e comparados, três diferentes modelos matemáticos aos dados experimentais de umidade. Com os resultados obtidos, pode-se concluir que: o modelo matemático de Midilli & Kucuk, foi o que melhor descreveu o comportamento da secagem; os valores do coeficiente de difusão e da energia de ativação da polpa de ceriguela são diretamente proporcionais a temperatura do ar de secagem e os melhores resultados para o teor de ácido ascórbico foram obtidos para as temperaturas de 70 e 80 C. Palavras-chave: modelagem, secagem, ceriguela. DRYING OF CERIGUELA PULP THROUGH THE FOAM-MAT DRYING METHOD ABSTRACT This work aimed to study the kinetics of drying the ceriguela pulp by the method of foam-mat by the adjustment of different mathematical models to the experimental values, determine the coefficient of diffusion and activation energy of this product and evaluate the effect of temperature on the content of ascorbic acid. Pulp was used ceriguela, marketed in the municipality of Barra do Bugres / MT. The drying oven was held in the circulation of air at temperatures of 60, 70 and 80 C. In order to evaluate and select the most appropriate model was tested, adjusted and compared, three different mathematical models to experimental data of moisture. With the results, we can conclude that the mathematical model of Midilli Kucuk and was the one that best described the behavior of drying, the values of the coefficient of diffusion and activation energy of the ceriguela pulp are directly proportional to temperature air drying and the best results for the content of ascorbic acid were obtained for temperatures of 70 and 80 C. 1 Keywords: modeling, drying, ceriguela. Protocolo de 1/08/009 1 Graduando em Engenharia de Alimentos Universidade do Estado de Mato Grosso. Rua A, s/nº - Bairro São Raimundo - Cx. Postal 9 CEP: Barra do Bugres MT, Brasil. guilherme.sartori@hotmail.com. Tel: Professor Departamento de Engenharia de Produção Agroindustrial Universidade do Estado de Mato Grosso Rua A, s/nº - Bairro São Raimundo - Cx. Postal 9 CEP: Barra do Bugres MT, Brasil. fabricio@unemat.br. Tel: Professor Departamento de Engenharia de Alimentos Universidade do Estado de Mato Grosso Rua A, s/nº - Bairro São Raimundo - Cx. Postal 9 CEP: Barra do Bugres MT, Brasil. agporto@hotmail.com. Tel: Graduando em Engenharia de Alimentos Universidade do Estado de Mato Grosso Rua A, s/nº - Bairro São Raimundo - Cx. Postal 9 CEP: Barra do Bugres MT, Brasil. ph_sinop@hotmail.com. Tel:

2 10 Secagem de polpa de ceriguela pelométodo de camada de espuma Furtado et al. INTRODUÇÃO A ceriguela é um fruto tropical perecível que se destaca pelo sabor exótico e crescente aceitação no mercado (Sousa et al., 000; Díaz- Pérez et al., 1998). Apresentando-se como alternativa comercial altamente viável no mercado fruticultor, gerando uma superprodução que vem justificando estudos direcionados ao desenvolvimento de novos produtos a partir desta matéria-prima, que concentra na fruta in natura e na polpa, sua maior forma de consumo. A desidratação de polpas de frutas com o objetivo de diminuir sua atividade de água, com conseqüente prolongamento da vida de prateleira e do tempo de armazenabilidade é um dos métodos de conservação disponíveis, impedindo a deterioração e perda do valor comercial. Além disso, introduz um novo produto no mercado, com características próprias e cujas propriedades se mantém por um tempo mais prolongado, viabilizando a regularização da oferta e melhorando o perfil do investimento na produção e no beneficiamento do material in natura, face aos benefícios que derivam da transformação do produto (Soares et al., 001). O processo de secagem em camada de espuma (foam-mat) consiste, basicamente, de três etapas: transformação do suco ou da polpa em espuma estável, com aditivos; desidratação do material em camada fina até massa constante e desintegração da massa seca em escamas e, finalmente, em pó. Esse processo pode ser executado em temperaturas relativamente baixas, em torno de 70 ºC ou menos, e mantém alta qualidade e boa estabilidade dos produtos, com testes em café, sucos de laranja, grapefruit, uva, carambola, banana, abacaxi, coco, batatas, alimento para crianças, leites, ameixa, maçã, sopas, cremes, ovos, tomate, acerola, tamarindo e outros produtos (Silva et al., 005). Esta técnica é aplicada em muitos alimentos sensíveis ao calor, como os sucos de frutas (Karim & Chee Wai, 1999). Na polpa seca, elimina-se o inconveniente da vida curta de prateleira, com vantagem da possibilidade da manutenção do material em temperatura ambiente, sem despesas inerentes à conservação a frio. A polpa processada na forma de pó apresenta fácil reconstituição em água, possibilidade de formulação com outros produtos e baixa relação volume/massa, com conseqüente economia em custos de embalagem e espaço de armazenamento (Vieira et al., 007). Segundo Goyal et al. (007) a secagem de alimentos é um fenômeno complexo, o qual requer representações para a predição do comportamento e otimização de seus parâmetros. Desta forma, os modelos de matemáticos para camada fina têm sido empregados para estimar o tempo e representar o processo de secagem. O presente trabalho foi desenvolvido com os objetivos de estudar a cinética de secagem da polpa de ceriguela em camada de espuma, selecionar e ajustar diferentes modelos matemáticos aos valores experimentais, bem como, determinar o coeficiente de difusão, energia de ativação deste produto e avaliar o efeito da temperatura no teor de ácido ascórbico. MATERIAIS E MÉTODOS O presente estudo foi desenvolvido no Laboratório de Engenharia e Processamento Agroindustrial do Campus Universitário Deputado Estadual Renê Barbour, na cidade de Barra do Bugres, pertencente à Universidade do Estado de Mato Grosso UNEMAT. Foram utilizadas polpa de ceriguela, adquiridas no comércio local do município de Barra do Bugres/MT. Assim como realizado por Silva et al. (008) a desidratação em camada de espuma (foam-mat) deu-se, depois de estabelecida, experimentalmente, a quantidade (5%) do composto protéico à base de albumina utilizada como dispersante e promotor de espuma, obtida por homogeneização desse com a polpa em agitador doméstico até a espuma alcançar densidade aparente média entre 0,45 e 0,50 g.cm -3. A umidade do produto foi determinada pelo método da estufa, a 105 ± 1 C, até peso constante, em triplicata. As secagens foram realizadas utilizando-se estufa de circulação de ar forçada, variando as temperaturas entre 60, 70 e 80 C. Durante a operação de secagem foram realizadas pesagens periódicas, até se atingir peso constante nas amostras. Para a representação das curvas de secagem, foram utilizados os modelos de Henderson e Pabis (Eq.1), Page (Eq.3) (Zhang & Litchfield, 1991) e Midilli e Kucuk (Eq.) (Midilli et al., 00), ajustados por regressão não linear mediante programa estatístico.

3 Secagem de polpa de ceriguela pelométodo de camada de espuma Furtado et al. 11 Tabela 1. Modelos matemáticos utilizados para descrever o processo de secagem Designação do Modelo Modelo Henderson e Pabis RX = a exp(-kt) (Eq.1) Midilli e Kucuk RX = a exp (-kt n )+ bt (Eq.) Page RX = exp (-kt n ) (Eq.3) em que: RX razão do teor de água do produto, adimensional; t tempo de secagem, h; k coeficientes de secagem, a, b, n constantes dos modelos. Para o cálculo da razão de umidade (RU), durante as secagens nas diferentes temperaturas, utilizou-se a seguinte expressão: RX = (X Xe) / (Xi - Xe) (4) em que: X teor de água do produto, decimal b.s.; Xi teor de água inicial do produto, decimal b.s.; e Xe teor de água de equilíbrio do produto, decimal b.s. Para determinação do coeficiente de difusão (D EF ), utilizou-se o modelo difusivo de Fick, representado na seguinte expressão: 8 = RX * π n= 0 1 (n + 1) ( n 1) + exp 4 DEF * t * π * L 0 (5) A energia de ativação (Ea) foi obtida a partir da dependência da difusividade efetiva (D EF ) com a temperatura analisada pela equação de Arrhenius: D EF = D 0 exp (- (Ea/RT)) em que: D 0 constante, m s -1 ; Ea energia de ativação, J mol -1 ; R constante universal dos gases, 8,314 J mol -1 K -1 ; (6) T temperatura absoluta, K Para o ajuste dos modelos, foram realizadas análises de regressão não linear, pelo método Gauss-Newton. O grau de ajuste de cada modelo considerou a magnitude do coeficiente de determinação (R ) e o erro médio estimado (SE). em que, SE = pelo modelo, ( RX pre RX exp ) N (7) RX pre é a razão de umidade predita RX exp é a razão de umidade experimental e N é o número de observações realizadas ao longo do experimento. A polpa in natura e a polpa de ceriguela em pó foram submetidas à determinação do teor de ácido ascórbico segundo as Normas Analíticas do Instituto Adolfo Lutz (Instituto Adolfo Lutz, 1985). RESULTADOS E DISCUSSÃO A Figura 1 apresenta as curvas de secagem da polpa de ceriguela, apresentadas na forma de adimensional do conteúdo de umidade, RU em função do tempo.

4 1 Secagem de polpa de ceriguela pelométodo de camada de espuma Furtado et al. RX (adimensional) Figura 1. Curvas de secagem da polpa de ceriguela em três temperaturas. Pode-se verificar na Figura 1, que a influência da temperatura na cinética da secagem de polpa de ceriguela é mínima, porém a secagem a 80 atinge o equilíbrio mais rapidamente; resultado semelhante ao de Silva et al. (008). Apresenta-se na Tabela, o resumo do ajuste dos modelos por meio de regressão não linear aos dados experimentais de secagem de polpa de ceriguela em camada delgada, considerando-se as diferentes temperaturas de secagem empregadas nos testes. Tabela. Valores do coeficiente de determinação (R ) e do erro médio estimado (SE), calculados para verificação do ajuste dos modelos matemáticos aos valores experimentais da secagem de polpa de ceriguela, obtidos nas temperaturas de 60, 70 e 80 ºC. Modelos 60 C 70 C 80 C R SE R SE R SE Henderson e Pabis 0,9785 0,073 0,9854 0,0554 0,9867 0,0501 Midilli e Kucuk 0,9978 0,043 0,9985 0,0184 0,9988 0,0153 Page 0,9975 0,047 0,9981 0,0198 0,9986 0,0163 Conforme pode ser observado na Tabela, verifica-se que todos os modelos analisados apresentaram ajustes com elevados coeficientes de determinação e baixo erro médio estimado. O modelo de Midilli e Kucuk foi o que melhor se ajustou aos dados observados, nas diferentes temperaturas de secagem, pois apresentou o melhor coeficiente de determinação (R ) e o menor erro médio estimado (SE). Os valores dos parâmetros estimados pelo ajuste do modelo de Midilli e Kucuk estão apresentados na Tabela 3.

5 Secagem de polpa de ceriguela pelométodo de camada de espuma Furtado et al. 13 Tabela 3. Parâmetros obtidos do modelo de Midilli e Kucuk, ajustado aos dados de secagem de polpa de ciriguela Modelo T ( C) a k n b 60 0, , , ,00055 Midilli e 70 0, , , , Kucuk 80 0, , , , Na Tabela 4 encontram-se os valores de difusividade efetiva e da energia de ativação calculados para cada condição de temperatura de secagem. Tabela 4. Valores da difusividade efetiva (D EF ) obtidos para polpa de ceriguela em diferentes temperaturas do ar de secagem Temperatura D EF (m.s -1 ) Ea (kj.mol -1 ) ( C) 60 1,9987 x ,00 70,974 x , ,5613 x ,81 Verifica-se que os valores de difusividade aumentaram com a elevação da temperatura do ar de secagem, concordando com os resultados apresentados por Karim & Hawlader (005). Rizvi (1995) afirma ser a difusividade dependente da temperatura do ar de secagem entre outros fatores. A energia de ativação também aumentou com a elevação da temperatura do ar de secagem, mostrando a diminuição das resistências internas de secagem. O mesmo comportamento foi observado em outros estudos de secagem com produtos alimentares, destacando-se os trabalhos de Rodrigues et al. (00) e Gouveia et al. (003), secando goiaba e cajá, respectivamente. A energia de ativação obtida se encontra dentro da faixa apresentada por Zogzas et al. (1996), que varia para produtos agrícolas entre 1,7 a 110 kj.mol -1. Na Tabela 5, encontram-se apresentados os valores médios referentes ao teor de ácido ascórbico para as temperaturas em estudo. Tabela 5. Valores médios referentes ao teor de ácido ascórbico Temperatura ( C) Ácido Ascórbico (mga.a.100 g,m.s -1 ) In Natura 7,83 60,38 70, ,87 Verifica-se na Tabela 5 que houve uma perda significativa no teor de ácido da polpa de ceriguela quando submetida a secagem, e a tendência é obter maior concentração de vitamina C para as temperaturas maiores, conforme constatado para a temperatura de 80 ºC. O ácido ascórbico é uma das vitaminas mais sensíveis ao aquecimento, podendo ser totalmente destruída durante o processo de secagem. Entretanto, a desidratação em temperaturas mais elevadas, pode colaborar com a inativação de algumas enzimas oxidativas (e.g. ácido ascórbico oxidase) as quais colaboram com a degradação do ácido ascórbico (Maharaj & Sankat, 1996). Dessa forma o menor valor observado para o conteúdo dessa vitamina, na temperatura de 50 ºC, pode ser atribuído ao maior tempo de exposição do produto ao ar de secagem e à elevada atividade de água e teor de umidade presentes na amostra. Esse mesmo comportamento foi observado por Silva et al. (008) secando tamarindo em camada de espuma.

6 14 Secagem de polpa de ceriguela pelométodo de camada de espuma Furtado et al. CONCLUSÕES Com os resultados obtidos, para polpa de ceriguela, pode-se concluir que: o modelo matemático de Midilli e Kucuk foi o que melhor se ajustou aos dados experimentais, os valores do coeficiente de difusão e da energia de ativação aumentaran com o aumento da temperatura, estabelecendo uma relação diretamente proporcional, e o teor de ácido ascórbico diminuiu consideravelmente com o processo de secagem, porém apresentou-se em maior concentração nas temperaturas de 70 e 80 C. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS Díaz-Pérez, J.C.; Zavaleta, R.; Bautista, S.; Sebastián, V. Cambios físico-químico de ciruela mexicana (Spondias purpurea L.) cosechada en dos diferentes estados de madurez. Revista Iberoamericana Tecnologia Postcosecha, México, v.1, n.1, p.0-5, Gouveia, J. P. G. de, Almeida, F. de A. C.; Farias, E. da S.; Silva, M. M.; Chaves M. do C. V.; Reis, L. S. Determinação das curvas de secagem em frutos de cajá. Revista Brasileira de Produtos Agroindustriais, Campina Grande, v. especial n.01, p.65-68, 003. Goyal, R. K.; Kingsly, A. R. P.; Manikantan, M. R.; Ilas, S. M. Mathematical modelling of thin layer drying kinetics of plum in a tunnel dryer. Journal of Food Engineering, Oxford, v.79, n.1, p , 007. Instituto Adolfo Lutz. Normas Analíticas do Instituto Adolfo Lutz: métodos físicos e químicos para análise de alimentos. 3. ed. São Paulo: IAL, v. 1, 533 p. Karim, A. A.; Chee-Wai, C. Foam-mat drying of starfruit (Averhoa carambola L.) purée. Stability and air drying characteristics. Food Chemistry, v.64, n.3, p , Karim, M. A.; Hawlader, M.N.A. Mathematical modelling and experimental investigation of tropical fruits drying. International Journal of Heat and Mass Transfer. v.48, p Maharaj, V.; Sankat, C. K. Quality changes in dehydrated dasheen leaves: effects of blanching pre-treatments and drying conditions. Food Research International, Barking, v.9, n.5/6, p , Midilli, A.; Kucuk, H.; Yapaz, Z. A new model for single-layer drying. Drying Technology, New York, v.0, n.7, p , 00. Rizvi, S.S.H. Thermodynamic properties of foods in dehydration. In: Rao, M.A.; Rizvi, S.S.H. Engineering properties of foods. New York: Academic Press, p Rodrigues, M.E.A.; Almeida, F.A.C.; Gouveia, J.P.G.; Silva, M.M. Avaliação da temperatura e velocidade do ar na secagem de goiaba. Revista Brasileira de Produtos Agroindustriais, Campina Grande, v.4, n., p Silva, A.S.; Gurjão, K.C.O.; Almeida, F.A.C.; Bruno, R.L.A. Desidratação da polpa de tamarindo pelo método de camada de espuma. Ciênc. agrotec., Dez 008, vol.3, no.6, p ISSN Silva, R. N. G.; Figueiredo, R.M.F; Queiroz, A.J.M.; Galdino, P.O. Armazenamento de umbu-cajá em pó. Revista Ciência Rural, n.5, v.35, 005 Soares, E. C.; Oliveira, G. S. F. de.; Maia, G. A.; Monteiro, J. C. S.; Silva Jr., A.; S. Filho, M. de S. de. Desidratação da polpa de acerola (Malpighia emarginata D.C.) pelo processo foam-mat. Ciência e Tecnologia de Alimentos, Campinas, v.1, n., 001. Sousa, R.P.; Filgueiras, H.A.C.; Costa,J.T.A; Alves, R.E.; Oliveira, A.C. Armazenamento da ceriguela (Spondia purpurea L.) sob atmosfera modificada e refrigeração. Revista Brasileira de Fruticultura, Jaboticabal-SP, v., n.3, p , 000. Vieira, H.; Figueiredo, R. M. F.; Queiroz, A. J. M. Isotermas de adsorção de umidade da pitanga em pó. Revista de Biologia e ciências da terra, n.1, v.7, 007. Zhang, Q.; Litchfield, J. B. An optimization of intermittent corn drying in a laboratory scale thin layer dryer. Drying Technology, New York, v.9, p , Zogzas, N. P.; Mauroulis, Z. B.; Marinos- Kouris, D. Moisture diffusivity data compilation in foodstuffs. Drying Technology. v.14, n.10, p.5-53, 1996.