AVALIAÇÃO DO TEMPO DE TRATAMENTO EM ULTRASSOM SOBRE A SECAGEM EM INFRAVERMELHO

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1 AVALIAÇÃO DO TEMPO DE TRATAMENTO EM ULTRASSOM SOBRE A SECAGEM EM INFRAVERMELHO 1 Ana Carolina R. Montes, 1 Camila Z.Martins, 1 Ilya B.Masta, 1 Kellen O.Araújo, ² Priscila B.Silva, ³ Marcos Antonio S. Barrozo 1 Aluno de Iniciação Cientifica /UFU, discente do curso de Engenharia Química 2 Aluna de Pós-Graduação/Faculdade de Engenharia Química da UFU/MG ³ Professor da Faculdade de Engenharia Química da UFU/MG 1,2 Endereço dos autores (ex: Faculdade de Engenharia Química da Universidade Federal de Uberlândia. Av João Naves de Ávila, 2121, Bloco 1K, Campus Santa Mônica, Uberlândia - MG, CEP ) masbarrozo@fu.br RESUMO - Durante o processamento da acerola para produção de suco é gerado um grande volume de resíduos sendo esse geralmente descartado. Considerando a presença de compostos antioxidantes, além do fato de o Brasil ser o maior produtor, consumidor e exportador mundial dessa fruta, o processamento desse resíduo se mostra bastante promissor, de forma a aumentar o valor comercial da fruta e a rentabilidade do processamento da acerola. Contudo, considerando que estes resíduos são altamente perecíveis, são necessários métodos de conservação que garantam a armazenagem, dentre os quais se destacam a desidratação. Um pré-tratamento que tem ganhado notoriedade é o banho ultrassônico que consiste na propagação de ondas mecânicas que causam tensões na superfície do material e com isso implicam na formação de microcanais os quais aumentam a difusividade efetiva da água. Neste trabalho, fez-se um estudo para avaliar o tempo ótimo de tratamento em ultrassom que favorecesse a secagem em infravermelho das sementes de acerola sem, contudo, afetar o teor de compostos bioativos no material. Os resultados evidenciaram a importância da secagem para aumento de flavonoides e vitamina C no produto. Porém, não se observou efeitos significativos do banho ultrassonico no tempo de secagem. Palavras-Chave: acerola, secagem, ultrassom. INTRODUÇÃO Acerola (Malpighia Emarginata) é uma fruta original das Antilhas, América Central, e possui elevado teor de vitamina C, além de outros compostos anti-oxidantes como fenólicos, flavonoides, carotenoides, tiamina (vitamina B1), riboflavina (vitamina B2) e niacina (vitamina B3) ( Silva et al., 2010). O Brasil é, atualmente, o maior produtor e consumidor mundial dessa fruta que pode ser consumida fresca ou processada, geralmente na forma de sucos (Rufino et al., 2010). O processamento da acerola para fabricação de sucos e polpas gera alta quantidade de resíduos, os quais são descartados. No entanto, ao considerarmos a presença de compostos bioativos (anti-oxidantes, vitaminas e sais minerais) nesse subproduto, a sua reutilização se faz interessante tanto economica quanto ambientalmente. Nesse contexto, diversos estudos têm sido realizados buscando reaproveitamento desse subproduto (Silva et al., 2010; Funebo et al., 2002; Rufino et al., 2010). Como as frutas são altamente perecíveis, devem ser processadas rapidamente após a colheita, sendo necessária a utilização de métodos apropriados de estocagem (Funebo et al., 2002). A desidratação de alimentos é um bom método para obtenção de estocagem estável, além de ser possível reduzir-se a ação de agentes químicos e microbiológicos aumentando-se a qualidade de preservação (Corrêa et al., 2008). Em nosso estudo, utilizamos a secagem por infravermelho, método esse que utiliza emissão de radiação infravermelha (comprimento de onda > 3µm) que, absorvido em grande parte pela umidade do material, causa um aumento na temperatura promovendo a secagem (Celma et al., 2009). A secagem por infravermelho possui como principais vantagens, em relação aos métodos convectivos de secagem (mais comuns), a maior eficiência energética, operação quase

2 isotérmica e uma menor vazão de ar necessária para efetuar a secagem. Objetivando-se melhora na secagem do material de forma a garantir um produto com maior qualidade, obtido com menor gasto energértico e boa eficiência, certos tratamentos podem ser aplicados. A utilização desses tratamentos anteriores à etapa de secagem tem se tornado interessante devido aos efeitos benéficos obtidos. Um dos pré-tratamentos que vem sendo muito estudados é o banho ultrassônico (Silva, 2012; Fernandes et al., 2007). O ultrassom consiste em uma mudança mecânica da pressão com o tempo. Quando a onda ultrassônica se propaga em certos sólidos, como por exemplo, frutas, ela pode causar deformações na estrutura do material. Essas variações estruturais no material criam microcanais que aumentam a difusividade efetiva da água no material, melhorando assim a secagem (Fernandes et al., 2007). O presente trabalho teve por objetivo determinar o tempo ótimo do pré-tratamento com ultrassom do resíduo de acerola buscando favorecer a secagem em infravermelho e que garantisse maior retenção de bioativos no material. METODOLOGIA Material Os resíduos da acerola foram fornecidos pela Fruteza LTDA, de Dracena, SP. O material foi ensacado e congelado até o momento da secagem e das análises. As amostras foram retiradas do freezer 12h antes da realização da secagem e colocadas na geladeira para descongelar. Métodos Unidade experimental: Analisador de umidade infravermelho IV 2500 da GEHAKA, constituído por um emissor infravermelho, um sensor de temperatura do tipo Platina (PT1000), um prato de alumínio descartável sobre o qual foi posta a amostra e suporte do prato que é diretamente ligado ao eixo da balança. Sobre este sistema existe uma capota responsável pelo isolamento térmico do refletor para o ambiente. A câmara protege a balança do calor por meio de um colchão de ar, e garante que haja circulação de ar interna para que os vapores de água saiam da amostra sem que seja perturbada a leitura da balança. A câmara superior garante que todos os raios infravermelhos sejam dirigidos à amostra, fornecendo uma distribuição uniforme de calor. Procedimento Experimental: Neste trabalho realizaram-se as secagens das sementes de acerola em infravermelho. Essas foram previamente tratadas em ultrassom, cuja frequência e potência são de, respectivamente, 33 khz e 1050 W. Para isso as sementes foram imersas em água na proporção de 1 kg de sementes para 4L de água, de acordo com Fernandes (2008), e submetidas ao ultrassom por 2, 3, 6 e 20 min. Após o tratamento, as sementes foram coadas e colocadas sobre papel toalha para remover o excesso de água. Depois de tratadas, as sementes foram pesadas e então se iniciou a secagem no infravermelho a 90 C anotando-se os valores de umidade no decorrer do tempo até que não houvesse variação significativa. Após a secagem, realizou-se análises com o objetivo de avaliar o teor de umidade e a concentração de compostos bioativos de acordo com a metodologia a seguir. Os resultados das concentrações de bioativos foram apresentados em relação à 100g de resíduo seco. Determinação da umidade: obtido pelo método de estufa a 105 C±3 C por 24 horas; Determinação do teor de acidez titulável total: realizado de acordo com os métodos da Association of Official Analytical Chemists (1995); Determinação do teor de ácido ascórbico: realizado por titulometria, método que se baseia na redução do 2,6-diclorofenolindofenol pelo ácido ascórbico (AOAC, 1995); Determinação de compostos fenólicos: determinado pelo método de Folin Ciocalteu, usando ácido gálico como padrão. A leitura da absorbância foi realizada a 622 nm. A curva analítica foi construída utilizando o ácido gálico como padrão; Determinação do teor de flavonoides totais: foi efetuada com metanol de acordo com Yu e Dahegren (2000). O conteúdo de flavonoides totais foi determinado pelo método colorimétrico, segundo Zhishen et al. (1999), com leitura de absorbância a 450 nm. A rutina foi utilizada como padrão para a obtenção da curva de calibração. Tratamento matemático: Os valores de umidade obtidos ao longo do tempo de secagem foram convertidos em adimensional de umidade, tal que: MR= (M-M eq ) (M 0 -M eq ). Em que MR é o adimensional de umidade, M é a umidade em um tempo qualquer, M 0 a umidade inicial e M eq a

3 umidade de equilíbrio. Posteriormente, os dados de adimensional de umidade versus tempo foram analisados por regressão não linear, com os modelos cinéticos, citados por Barrozo et al. (1996) mostrados abaixo, onde T é a temperatura, t representa o tempo e K, C, n, A e B são parâmetros dos modelos. Por fim, plotou-se os gráficos dos ajustes do melhor modelo cinético. MODELO Lewis (1921) Brooker et al. Tabela 1. Modelos RESULTADOS E DISCUSSÃO Cinetica de secagem MR exp Kt onde: MR Cexp (1974) Kt Henderson e Henderson (1968) Overhults et EQUAÇÃO B K A exp Tf B onde: K A exp Tf 1 MR Cexp Kt exp( 9Kt) 9 onde: B K A exp Tf n MR exp al. (1973) Kt Page (1949). B onde: K A exp Tf MR exp (Kt) n onde: B K expa Tf Os dados do adimensional de umidade (MR) em relação ao tempo de secagem (t) foram modelados utilizando-se os modelos propostos na metodologia. Dentre os modelos utilizados, os que obtiveram melhor ajuste aos dados experimentais foram os modelos de Page (1949) e Overhults et al.(1973). A escolha do melhor modelo foi feita através da análise do sentido físico do parâmetro k. Esse parâmetro é uma função da temperatura (T) e, como a secagem foi realizada a mesma temperatura para todas as amostras (90 C), k não deve sofrer variações importantes com o tempo de tratamento ultrassônico. Assim, ao se analisar k para os dois modelos, percebemos que apenas Overhults atende a essa condição e por isso foi escolhido. Os parâmetros para todos os modelos utilizados, bem como o coeficiente de determinação (r²) são apresentados na Tabela 2. Tabela 2. Ajuste dos dados experimentais MODELO TEMPO(min) PARAMETROS r² 0 k=0,025 0,994 2 k=0,025 0,988 Lewis 3 k=0,025 0,978 6 k=0,025 0, k=0,022 0,991 0,996 Brooker et al. Henderson e Henderson Page Overhults et al. 0 k=0,026; C=1,03 2 k=0,027; C=1,04 3 k=0,021; C=1,04 6 k=0,026; C=1,05 20 k=0,023; C=1,04 0 k=0,024; C=0,95 2 k=0,025; C=0,97 3 k=0,019; C=0,96 6 k=0,024; C=0,97 20 k=0,022; C=0,97 0 k=0,013; n=1,15 2 k=0,008; n=1,29 3 k=0,003; n=1,46 6 k=0,010; n=1,23 20 k=0,008; n=1,24 0 k=0,024; n=1,15 2 k=0,025; n=1,29 3 k=0,020; n=1,46 6 k=0,024; n=1,23 20 k=0,022; n=1,24 0,993 0,982 0,996 0,995 0,991 0,986 0,972 0,990 0,988 Os dados experimentais (t x MR) são apresentados na Figura 1 para vários tempos de tratamento com ultrassom, juntamente da previsão obtida pelo modelo de Overhults et al.. Não

4 se observou efeito benéfico do ultrassom no tempo de secagem. Figura 1: Curvas de cinética de secagem para acerola tratada com ultrassom Análises dos compostos bioativos Os resultados apresentados na Figura 2 evidenciaram um aumento, em relação ao produto in natura, nas concentrações de ácido ascórbico após a secagem. Tal fato se deve à possível desativação das enzimas responsáveis pela degradação da vitamina C, como observado por Duzzioni et al.(2013) em estudos com resíduos de acerola em leito fixo e por Ozgur et al. (2011) ao secar pimentas. No entanto, como pode ser observado, o prétratamento ultrassônico reduziu consideravelmente a quantidade de vitamina C no resíduo. Figura 2: Concentração de acido ascorbico x tempo tratamento com ultrassom

5 Esse fato pode ser explicado pela transferência de massa que ocorre entre a solução do ultrassom e a amostra, de forma que o acido ascórbico se transfere da amostra (maior concentração) para a solução (menor concentração). A acidez total possui reação oposta àquela verificada para o acido ascórbico (Figura 3), isto é, a secagem reduz a quantidade de ácidos totais presentes. Como discutido por (Podsedek, 2007), esse comportamento se deve à baixa estabilidade do acido cítrico durante tratamentos térmicos resultando numa degradação desse ácido. Para o ultrassom a explicação é similar a previamente sugerida para o acido ascórbico, ou seja, a diferença de concentração de ácidos totais entre a solução usada no ultrassom e a amostra é força motriz para a ocorrência da transferência de massa, reduzindo a concentração de ácidos na amostra. Observou-se também um aumento na acidez entre os tempos T3 e T6 com imediata retração em T20. Tal fenômeno pode ser entendido como liberação de ácidos presos na parede celular e/ou outras estruturas que podem ter se rompido entre T3 e T6, devido à ação do banho ultrassônico. A retração ocorrida entre T6 e T20 evidencia uma nova diluição dos acidos presentes na amostra, como esperado. observado na Figura 5. Os flavonoides alcançaram seu pico de concentração em T3, sugerindo novamente uma possível ruptura das estruturas rígidas do material que ocasionaram liberação dos compostos. Figura 4: Concentração de flavonoides x tempo tratamento com ultrassom Figura 5: Concentração de fenólicos x tempo tratamento com ultrassom Figura 3: Concentração de acidos totais x tempo tratamento com ultrassom Podemos observar na Figura 4 uma influência pequena da secagem sobre o teor de fenólicos, porém ainda pode-se observar um aumento na concentração em relação ao produto in natura. Isso se da pela liberação de compostos fenólicos durante o processamento do material (CHANG, 2006). O efeito da temperatura se mostrou capaz de aumentar a quantidade de flavonoides presentes na amostra de forma relevante, como CONCLUSÃO O tratamento ultrassônico não demonstrou efeitos positivos para redução do tempo de secagem. No entanto, no teor de bioativos o pré-tratamento teve efeito benéfico, especialmente para o tempo de tratamento igual a 3 min, no qual se observou maior concentração de flavonoides e fenólicos. A secagem, por sua vez, teve efeitos importantes no teor de flavonoides e na concentração de vitamina C.

6 REFERÊNCIA AOAC. Official Methods of Analysis. Association of Official Analytical Chemists, Gaithersburg, MD, BARROZO, M.A.S., SARTORI, D.J.M., FREIRIE, J.T., ACHCAR, J.A., Discrimination of equilibrium moisture equations for soybean using nonlinearity measures. DryingTechnology 14 (7), , CELMA, A. R.; CUADROS, F.; LÓPEZ- RODRÍGUES, F. Characterization of industrial tomato by-products from infrared drying processes.food and Bioprod.Process., v. 87, p , CHANG, C. H., Lin, H. Y., CHANG, C. Y.,LIU, Y. C. Comparisons on the Antioxidant Properties of Fresh,Freeze-Dried and Hot-Air-Dried Tomatoes.Journal of Food Engineering,77,p , CORDOVA, K. R. V.; Desidratação osmótica e secagem convectiva de maçã fuji comercial e industrial. Dissertação de mestrado em tecnologia de alimentos na universidade federal do Paraná CORRÊA, J. L. G.; CACCIATORE, F. A.; SILVA, Z. E.; ARAKAKI, T. Desidratação osmótica de acerola (Malpighia emarginata D. C) - Cinética de transferência de massa. Rev. Ciência Agron. v. 39, p , PODSEDEK, A. Natural Antioxidants and Antioxidant Capacity of Brassica Vegetables: A review. LWT: Journal of Food Composition and Analysis, 40, p.1-11, RUFINO, M. S. M.; JIMENES-PEREZ, J.; TAB- ERNERO, M.; ALVES, R. E.; BRITO, E. S. Acerola and cashew apple as sources of antioxidants and dietary fibre. Inter. J. Food Science Technol., v. 45, p , SILVA, L. C. A.; Efeito da desidratação osmótica assistida por ultrassom no processo de secagem convectiva de abacaxi perola. Dissertação de mestrado em engenharia química na universidade federal do Ceará SILVA, M. A. C.; CORRÊA, J. L. G.; ZAQUEU, E. S. Application of inverse methods in the osmotic dehydration of acerola.inter. J. Food Science Technol., v. 45, p , YU, D.; DAHEGREN, R.A. Evaluation of Methods for Measuring Polyphenol in Coniter Foliage. J. Chem. Ecology, 26, p , ZHISHEN, J.; MENGCHENG, T.; JIANMING, W. The Determination of Flavonoid Contents in Mulberry and their Scavenging Effects on Superoxide Radicals. Food Chem., v.64, p , FERNANDES, F. A. N.; GALLÃO, M. I.; RO- DRIGUES, S. Effect of osmotic dehydratation and ultrasound pre-treatment on cell structure: melon dehydratation. LWT, v. 41, p , FUENTE-BLANCO, S., SARABIA, E. R., ACOSTA-APARICIO, V.M., BLANCO- BLANCO, A. GALLEGO-JUÁREZ, J. A. Food drying process by power ultrassound. Ultrasonics, 44, p , FUNEBO, T.; AHRNE, L.; PROTHON, F.; KID- MAN, S.; LANGTON, M.; SKJÖLDEBRAND, C. Microwave and convective dehydration of ethanol treated and frozen apple physical properties and drying kinetics. Inter. J. Food Science Technol., v. 37, p , 2002.