3.2.7 Secagem e desidratação

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1 Secagem e desidratação Secagem e desidratação são processos termodinâmicos por meio do quais é possível reduzir o teor de umidade de materiais biológicos. O que possibilita a conservação. Normalmente, a secagem é realizada até ser atingido um nível de teor de umidade possibilita a conservação, enquanto que a desidratação configura pela remoção quase que total da água livre do material biológico. Para a perfeita conservação, o teor de umidade do produto deve ser reduzido a níveis que: (a) inviabilize o desenvolvimento de agentes responsáveis pela degeneração - fungos e bactérias, (b) reduza a taxa de respiração, e (c) bloqueie a ocorrência de reações enzimáticas e químicas que propiciam a autodegeneração e transformações. a) Fundamentos do processo de secagem O ar atmosférico é constituído de uma mistura de gases e vapor d água. A porção referente aos gases é definida como ar seco cuja composição é apresentada na Tabela 4. A mistura ar seco e vapor d água forma o ar úmido, ou melhor, o ar atmosférico. Tabela 4 Composição do ar seco Substância Fórmula Percentagem em volume (%) Nitrogênio N 2 78,01 Oxigênio O 2 21,00 Argônio Ar 0,93 Dióxido de carbono CO 2 0,03 Outros gases Fonte ASHARE (1977) citado por PEREIRA e QUEIROZ (1986) A quantidade de vapor d água presente na mistura pode variar de zero até a uma situação denominada condição de saturação do ar. Este estado é definido como a condição em que o ar pode suportar a máxima quantidade de vapor d água. Com base nesta característica do ar úmido é definida a propriedade umidade relativa. Cada componente do ar exerce um valor pressão parcial que no somatório corresponde à pressão atmosférica. Deste modo, para cada estado do ar a quantidade de vapor presente exerce o que é denominada pressão de vapor. Assim a propriedade umidade relativa corresponde à razão percentual entre a pressão de vapor no estádio atual e de saturação. Desde modo, o valor de umidade relativa pode varia de 0 a 100%. Quanto mais seco o ar menor é a umidade relativa. Conseqüentemente, maior será o potencial de secagem do ar. A temperatura é um fator que altamente influencia a o potencial de secagem do ar. Pois, dada uma massa de ar, à medida que a temperatura é aumentada, há decréscimo da umidade relativa.. Os materiais biológicos possuem a propriedade de serem higroscópios. O que significa que entre estes e o ar são estabelecidos fluxos de vapor de água. O sentido e intensidade destes fluxos irão depender do gradiente imposto pela diferença dos valores da pressão de vapor na superfície do material biológico (Pvmb) e do ar (Pvar). Desta forma, dependendo das condições do produto e do ar podem ser estabelecidas umas das três situações.

2 Caso, 1) Se Pvmb > Pvar, ocorre secagem do produto; 2) Se Pvmb < Pvar, ocorre umedecimento do produto; e 3) Se Pvmb = Pvar, ocorre Equilíbrio Higroscópio - não há fluxo. 40 No processo de secagem, geralmente, o ar é utilizado como meio de transporte de calor e massa, ocorrendo os seguintes passos: (i) o ar cede calor para o material biológico, o que promove a migração da água contida nestes para a superfície, e então (ii) a massa de água é carreada pelo fluxo de ar (Figura 6). Sobre a superfície dos materiais biológicos é formado um microclima, em que uma das propriedades é da pressão de vapor na superfície do material biológico (Pvmb). Pvmb Ar de secagem Pvar(1) Calor Umidade Vapor de Água Ar Exausto Pvar(2) Figura 6 Demonstração do processo de secagem Quando a umidade do produto migra para superfície, ocorre na área do microclima sobre o material biológico o aumento da pressão de vapor Pvmb. E esta, tomando valor superior ao do ar de secagem, faz com que seja estabelecido um gradiente de pressão em que a direção do fluxo será produto ar. O que caracteriza o processo de secagem. Desta forma, quando o ar de secagem recebe o fluxo de umidade proveniente do produto a sua pressão de vapor aumentada (Pvar2) e passa ser denominado ar de exaustão ou ar exausto. Neste caso a umidade relativa do ar aumenta Importante (1) quanto mais eficiente é o processo de secagem maior é a umidade relativa do ar de exaustão. O ideal é que a umidade relativa seja o mais próximo de 100%. (2) Durante o processo de secagem as transferências de calor e massa acontecem simultaneamente. Desta forma, o ar de secagem deve possuir: (i) quantidade de calor a ceder para os grãos, e (ii) condições de reter e transladar a massa de água na forma de vapor proveniente do material. Estas características definem o potencial de secagem do ar. É importante afirmar que o potencial de secagem do ar não deve ser demasiado, pois assim, o processo de secagem será realizado em curto período de tempo. Fato que poderá alterar as características organolépticas do material biológico. O aumento do potencial de secagem do ar, por meio do aumento de temperatura, pode ser realizado: (i) naturalmente por meio da radiação solar, ou (ii) artificialmente com o uso de equipamentos de queima de combustível (fornalhas) ou aquecedores elétricos. Na Figura 7 é apresentado um modelo secador que utiliza a energia solar para aquecer o ar de secagem. Este foi idealizado por pesquisadores da Appalachian State University, sendo aplicado à secagem de peixes, carnes e frutas. O secador possui um coletor solar que possibilita aquecer o ar a temperaturas de até 80 o C. O material a ser seco é colocado em bandejas.

3 41 Figura 7 Secador de bandejas com aquecimento do ar por radiação solar b) Secadores agroindústrias Devido à existência de vários tipos de produtos que em seus processamentos requerem cuidados específicos, faz com que existam uma variedade de tipos de secadores. Para o estudo didático destes autores classificam os secadores em: (i) os adiabáticos, e (ii) os com transferência de calor por superfície sólida. Os secadores adiabáticos são os que empregam o ar como veículo de transmissão de calor e carreador da umidade proveniente do material. Nesta categoria tem-se: (i) secador de cabine, (ii) secador de túnel, (ii) fornos secadores, (iv) atomizador, e (v) secador com leito fluidificado. i) secador de cabine ou armário (Figura 8) os alimentos são colocados em bandejas ou prateleiras, que estão dispostas dentro da câmara de secagem. O ar de secagem é insuflado por meio de um ventilador. Este tipo de secador é empregado por pequenas agroindústrias, ou são utilizados em pesquisas como unidades protótipos para o estabelecimento de parâmetros de secagem. No Brasil estes secadores têm sido empregados para secagem de plantas medicinais. ii) secador de túnel (Figura 9) consiste em um túnel que opera como uma câmara de secagem, por onde trafegam vagonetes com bandejas que contém o material a ser seco. O ar de secagem pode ser introduzido em sentido contrário ou a favor ao do fluxo dos vagonetes. Temperatura do ar de secagem, sentido do fluxo de ar, e velocidade de deslocamento dos vagonetes, são parâmetros definidos para cada tipo de produto a ser seco. iii) secador tipo forno (Figura 10) são estruturas utilizados em alguns países na secagem de malte, maçã e batata. A câmara de secagem é colocada sobre uma fonte de geração de calor. O ar em contato com esta fonte é aquecido, então entra em movimento por ação da

4 convecção natural transpassando assim a câmara de secagem. Caso seja necessário pode ser utilizado um ventilador. 42 Ar Exausto Bandejas com produto Telas Aquecedores Ar de Secagem Ar Ambiente Ventilador Figura 8 Desenho esquemático de um secador de cabine (CAMARGO et. al., 1989) Aquecedores Ar Exauto Sentido dos vagonetes Ventilador E S Ar de Secagem Figura 9 Secador de túnel em contracorrente (CAMARGO et. al., 1989) Ar Ambiente Ar exausto Produto Ar de secagem Fonte de aquecimento Figura 10 Secador tipo forno. iv) Secador por aspersão ou atomizador a secagem por atomização, pulverização ou spraydrying pode ser utilizado na secagem de pastas ou líquidos. O processo consiste na atomização do produto em um compartimento onde é aplicado o fluxo de ar aquecido.

5 Normalmente a água do produto é evaporada rapidamente de maneira que as partículas têm contato com altas temperaturas por um curto espaço de tempo. O que preserva as qualidades dos produtos. Este tipo de secagem é aplicado na produção de leite em pó e café solúvel, como também, em indústrias farmacêuticas. A secagem por atomização é realizada em quatro fases: (i) atomização do produto, (ii) contato do produto atomizado com o ar quente, (iii) evaporação da água, e (iv) separação do produto em pó do ar de exaustão. Na Figura 11 é apresentado o desenho esquemático de um atomizador. 43 Saída do ar Ar aquecido Secagem Ciclone Ciclone Pó Pó Produto Figura 11 Desenho esquemático de um atomizador v) Secador com transferência de calor por superfície Os secadores com transferência de calor por superfície sólida, ou também denominado secadores por contacto têm por principal modelo o secador de tambor, Figura 12. Tambor aquecido Tambor aquecido vácuo Produto úmido Raspador Produto úmido Raspador Produto seco Produto seco Figura 12 Diagramas de secadores de tambor Neste tipo de secador o calor é transferido ao produto por meio de uma superfície metálica, que é o tambor. Este é aquecido por meio de vapor e acionado por um motor elétrico. O material a ser seco, geralmente uma solução contendo água e soluto, é distribuído na superfície externa do tambor tomando a forma de uma película. Esta recebe o calor pelo processo de condução promovendo assim a evaporação da água. Isto ocorre durante o

6 movimento giratório tambor. O produto seco é removido do tambor por meio de um raspador. O tambor pode funcionar em ambiente aberto ou a vácuo. vi) Secador de leito fluidificado (Figura 13) este é um sistema de secagem contínuo, em que o material é introduzido dentro da câmara de secagem, por onde o produto é forçado a fluir: (i) por gravidade sobre uma chapa perfurada, ou (ii) pela a ação de um transportador que permite a passagem de ar. Este tipo de secador pode ser utilizado na secagem de produtos como ervilhas, amendoim, cogumelos, frutas e hortaliças em pedaços. 44 (Modelo Dupla passagem) (Modelo Com reaproveitamento de ar) 1 Alimentador de produto 2 Registro do fluxo de produto 3 Fluxo de produto seco 5 Ar de secagem 6 Ar ambiente 7 Ar de exaustão 8 Sistema de reaproveitamento de ar 9 Sistema direcionador do ar de exaustão Figura 13 Secador de leito fluidificado Liofilização Nas últimas décadas com o desenvolvimento de eficientes bombas de vácuo, sistemas de refrigeração e tipos de vidros, fez com que surgisse novos métodos de processamento de alimentos. Um destes foi à liofilização.

7 Liofilização ou criosecagem (freeze-drying) fundamenta em promover a desidratação de produtos por meio do processo de sublimação. Ou seja, o produto previamente congelado é exposto a baixa pressão (<= 4,7 mm Hg), o que faz a água em estado sólido passar para o estado gasoso. Veja a representaçã do ponto triplo na Figura 14. Pressão 45 Fusão Líquido Sólido Sublimação Vaporização Gás Temperatura Figura 14 Representação do ponto triplo O equipamento, Figura 15, possui uma câmara de secagem, onde é colocado o produto disposto em bandejas. Nesta câmara o produto ligeiramente é ligeiramente aquecido para favorecer o processo de sublimação. Na câmara de condensação, o vapor d água proveniente do produto é condensado. Vapor condensação Produto secagem Bomba de vácuo Compressor Produto Figura 15 Representação esquemática e foto de um liofilizador Pelo fato do processo ser realizado à baixa temperatura e na ausência de ar atmosférico, as propriedades químicas e/ou organoléticas do material são praticamente inalteradas. No Brasil o processo tem sido mais aplicado na área de farmácia.