DETERMINAÇÃO DAS ISOTERMAS DE ADSORÇÃO DE MICROCÁPSULAS DE ÓLEO ESSENCIAL DE CANELA EM DIFERENTES TEMPERATURAS

Transcrição

1 DETERMINAÇÃO DAS ISOTERMAS DE ADSORÇÃO DE MICROCÁPSULAS DE ÓLEO ESSENCIAL DE CANELA EM DIFERENTES TEMPERATURAS JAYNE DE ABREU FIGUEIREDO 1, PEDRO HENRIQUE CAMPELO FELIX 2, GERSON REGINALDO MARQUES 2, SORAIA VILELA BORGES 3, DIEGO ALVARENGA BOTREL 3 1 Graduanda em Engenharia de Alimentos, Departamento de Ciência dos Alimentos/ UFLA 2 Doutorandos em Ciência dos Alimentos, Departamento de Ciência dos Alimentos/UFLA 3 Professores, Departamento de Ciência dos Alimentos/UFLA RESUMO: Este trabalho tem como objetivo determinar as isotermas de adsorção de umidade do óleo essencial de canela microencapsulado em Spray Dryer com temperaturas do ar de entrada e saída 180 C e 120 C respectivamente, vazão de alimentação 0,9 L. min -1, utilizando-se goma arábica e maltodextrina na proporção (1:1 (m/m)) como materiais de parede. Os dados experimentais foram obtidos por meio do método estático nas temperaturas de 25 C, 35 C e 45 C, com sete tipos de soluções saturadas de sais. Os modelos matemáticos de Oswin, Smith e Henderson foram utilizados para ajuste dos dados experimentais. O modelo de Henderson foi mais adequado para representar o equilíbrio higroscópico das microcápsulas de óleo essencial de canela. As isotermas foram classificadas como sendo do tipo II sigmoidal. Palavras-chave: spray dryer, isotermas de sorção, atividade de água. INTRODUÇÃO A exigência dos consumidores por alimentos naturais vem crescendo a cada ano, o que tem despertado o interesse das indústrias alimentícias por óleos essenciais encontrados em plantas condimentares que apresentam atributos antibacterianos, antifúngicos e antioxidantes, podendo ser substituídos por aditivos químicos. Cinnamomum zeylanicum espécie aromática popularmente conhecida por canela, apresenta inúmeras atividades biológicas, reflexos da sua diversidade química, possui comprovada atividade antibacteriana e antifúngica. O processo de microencapsulação por spray dryer oferece vários benefícios para os aromas, dentre eles: proteção e estabilidade dos voláteis, melhores condições durante o armazenamento, menor espaço em embalagens, facilidade de aplicação em produtos alimentícios, farmacêuticos e cosméticos, facilidade no manuseio e transporte, além da liberação controlada dos agentes ativos (LEIMANN et al., 2009; MURÚA-PAGOLA et al., 2009; MEDINA-TORRES et al., 2013). Os materiais mais utilizados como revestimento para microencapsulação são goma arábica e maltodextrina, pois possuem baixo custo e baixa higroscopicidade. Isoterma de sorção de umidade é um dos atributos mais importantes que se deve conhecer de um alimento, devido à possibilidade de estimar a estabilidade higroscópica, tempo de vida de prateleira, embalagem adequada, evitar problemas com as características sensoriais dos alimentos, mesmo se este alimento é constituído por componentes com diferentes atividades de água (ALEXANDRE et al., 2007). O objetivo deste estudo foi avaliar a estabilidade higroscópica do óleo essencial de canela microencapsulado por spray dryer através da determinação das isotermas de adsorção de umidade em diferentes temperaturas 25 C, 35 C e 45 C.

2 MATERIAL E MÉTODOS As microcápsulas foram obtidas por meio da composição elaborada de material encapsulante (isolado proteico e maltodextrina) na proporção (1:1 (p/p) e concentração de 5% de óleo essencial de canela em relação ao material de parede (30% em relação aos sólidos). A secagem por atomização foi realizada em secador spray dryer modelo MSD 1.0 da Labmaq do Brasil, com temperaturas do ar de entrada e saída 180 C e 120 C respectivamente, e sistema de atomização com bico duplo fluido e vazão de alimentação igual a 0,9 L. min -1. O teor de umidade de equilíbrio do óleo essencial de canela microencapsulado foi determinado por meio do método estático. As amostras foram pesadas em placas de petri e foram armazenadas em potes de vidro com fechamento hermético contendo soluções salinas saturadas com água destilada (LiCl, MgCl 2, K2CO 3, Mg (NO 3 ) 2, NaNO 3, NaCL e KCl) com atividade de água na gama de 0,112 a 0,843. As amostras foram armazenadas nas temperaturas de 25 C, 35 C e 45 C. Foram realizadas análises de dados por regressão não linear, utilizando o método de convergência Quase-Newton critério 10-4, ao nível de significância de 5%. Os modelos utilizados para o teste de ajustamento das isotermas de sorção estão representados na tabela I. O modelo considerado o mais adequado, foi baseado no maior coeficiente de determinação (R 2 ) e módulo de desvio percentual relativo médio inferior (E), definido pela equação (I). E = 100 n n Y ( Y ) Y i=1 (I) Tabela I - Modelos de predição para isotermas de sorção. Modelo Equação Referência Oswin B Aw X eq = A [ 1 Aw ] Oswin (1946) Smith X eq = A + B. log(1 Aw) Smith (1947) ln(1 Aw) Henderson X eq = [ ] Henderson (1952) A Aw Atividade de Água, X eq Umidade de Equilíbrio, A e B Constantes do Modelo. O ajuste dos modelos foram realizados no software estatístico STATISTICA 7.0 (Tulsa, EUA) através do método interativo de Quase-Newton com no mínimo 50 interações. B

3 RESULTADOS E DISCUSSÃO Os dados experimentais das isotermas de adsorção foram ajustados para os modelos matemáticos descritos na tabela I. A representação dos valores dos parâmetros calculados para os ajustes, o coeficiente de determinação (R 2 ) e erro relativo médio (E) encontram-se na tabela II. Tabela II - Valores dos parâmetros dos modelos de isotermas das microcápsulas de óleo essencial de canela. Temperatura Modelo Constantes E (%) R 2 C A B 25 Smith - 0,021 ns - 0,352 47,584 0, Oswin 0,082 0,724 33,909 0, Henderson 5,471 0,824 15,632 0, Smith 0,019 ns - 0,267 23,089 0, Oswin 0,095 0,568 13,419 0, Henderson 9,543 1,130 18,530 0, Smith 0,060-0,174 6,687 0, Oswin 0,117 0,310 5,175 0, Henderson 75,49 ns 0,451 6,134 0,983 ns Constante não significativa (p>0,05) De acordo com os valores do R 2 obtidos, pode-se dizer que os modelos de Smith, Oswin e Henderson se ajustaram bem às isotermas para todas as temperaturas analisadas, entretanto os de R 2 mais elevados ( 0,984) para os três modelos foram a 25 C comparados as temperaturas de 35 C e 45 C. Porém para adequação de modelos não lineares deve-se analisar também o desvio médio relativo (E). Mas segundo Mohapatra e Rao (2005), valores de percentual do desvio relativo médio (E) abaixo de 10% indicam boa adequação do modelo para fins práticos. Esses requisitos foram atendidos para os três modelos na temperatura de 45 C, porém para as temperaturas de 35 C e 25 C esses valores não foram satisfatórios, o que indica que os modelos utilizados não se ajustaram bem aos dados experimentais. O modelo de Oswin obteve um melhor ajuste na temperatura de 45 C, com erro médio relativo de 5,175%, seguido do modelo de Henderson 6,134% e Smith 6,687%. Porém fazendo a média dos valores do erro relativo médio (E) para os modelos estudados nas três temperaturas observou-se que o modelo que melhor se ajustou aos dados experimentais foi o modelo de Henderson. Os valores altos encontrados para o erro médio relativo dos modelos matemáticos das amostras analisadas podem ter sido causados pelas mudanças no controle de umidade relativa, variação das temperaturas controladas, condensação de vapor de água do ambiente no recipiente em que estavam armazenadas. As curvas das isotermas de adsorção das microcápsulas de óleo essencial de canela ajustadas pelos modelos Smith, Oswin e Henderson nas temperaturas de 25 C. 35 C e 45 C são apresentadas na Figura I. As amostras apresentaram comportamento do Tipo II, sigmoidal, de acordo com a classificação de Brunauer et al. (1940).

4 Figura I - Isotermas de adsorção de umidade das microcápsulas de óleo essencial de canela nas temperaturas de 25 C, 35 C e 45 C. Produtos abundantes em amido possuem como características isotermas de adsorção do tipo sigmoidal e são dependentes de temperatura, pois geralmente, a capacidade de sorção diminui com o aumento da temperatura (MCMINN, AL-MUHTASEB E MAGEE, 2004). Isotermas de biopolímeros, como por exemplo, a maltodextrina, também apresentam curvas do tipo sigmoidal (PEREZ-ALONSO et al., 2006). Resultados semelhantes foram encontrados por Ascheri (1999) para microcápsulas de óleo de laranja encapsuladas com misturas de goma arábica, amido modificado e maltodextrina. Como as microcápsulas de óleo essencial de canela possuem goma arábica e maltodextrina em sua composição, o seu comportamento de sorção é explicado por meio do comportamento de sorção destes biopolímeros. Observaram-se mudanças na estrutura física de praticamente todas as amostras após a obtenção da umidade de equilíbrio, principalmente naquelas que foram armazenadas nas temperaturas de 35 C e 45 C. Bonilla et al. (2010) constatou através das isotermas de sorção que o teor de umidade de equilíbrio das micropartículas de óleo de canola com encapsulantes de diferentes biopolimeros aumentou à medida que a atividade de água aumentava. CONCLUSÃO O modelo matemático de Henderson foi estatisticamente o mais adequado para representar o comportamento de adsorção das microcápsulas de óleo essencial de canela para as temperaturas de 25 C, 35 C e 45 C. As isotermas apresentaram um comportamento tipo II sigmoidal. O conhecimento das isotermas de adsorção de umidade é, uma ferramenta importante que permitem prever e representar o comportamento higroscópico

5 das microcápsulas quando são armazenadas em atmosferas com valores diferentes de atividade de água, podendo evitar alterações indesejáveis como oxidação de lipídios, transformações físicas na estrutura das microcápsulas, comprometimento da qualidade do óleo essencial. Conhecer as isotermas de sorção de umidade de produtos alimentícios é de fundamental importância para obter um produto estável, que atenda todas as características sensoriais e que agrade os consumidores. REFERÊNCIAS ALEXANDRE, H. V.; FIGUEIREDO, R. M. F.; QUEIROZ, A.J. M. Isotermas de adsorção de umidade da pitanga em pó. Revista de Biologia e Ciências da Terra, v.7, p.11-20, 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, n.2, p , ASHERI D. P. R. Estudo das características de sorção de água e da estabilidade das microcápsulas de óleo essencial de laranja na seleção de material de parede. Ciência e Tecnologia de Alimentos, v. 19, n. 3, p. 1-17, BONILLA, E.; AZUARA, E.; BERISTAIN, C. I.; VERNON-CARTER, E. J. Predicting suitable storage conditions for spray-dried microcapsules formed with different biopolymer matrices. Food Hydrocolloids, v 24, p , BRUNAUER, S.; DEMING, L. S.; TELLER, E. On a theory of Van der Waals adsorption of gases. Journal of the American Chemical Society, v.62, p , HENDERSON, S.M A basic concept of equilibrium moisture. J. Agric. Eng. 33, LEIMANN, F. V. et al. Antimicrobial activity of microencapsulated lemongrass essential oil and the effect of experimental parameters on microcapsules size and morphology. Materials Science and Engineering, Lausanne, v. 29, n. 2, p , Mar MOHAPATRA, D.; RAO, P. S. A thin layer drying model of parboiled wheat. Journal of Food Engineering, v.66, p , OSWIN, C.R The kinetics of package life III. The isotherm. J. Ind. Eng. Chem. 65, PÉREZ-ALONSO, C.; BERISTAIN, C. I.; LOBATO-CALLEROS, C.; RODRÍGUEZHUEZO, M.E.; VERNON-CARTER, E.J. Thermodynamic analysis of the sorption isotherms of pure and blended carbohydrate polymers. Journal of Food Engineering, v. 77, n. 4, p , SMITH, S.E The sorption of water vapour by high polymers. J. Am. Chem. Soc. 69, AGRADECIMENTOS: Os autores agradecem ao apoio financeiro da FAPEMIG e CNPq. Autor a ser contatado: Jayne de Abreu Figueiredo, jayneafigueiredo@gmail.com