PROPRIEDADES FÍSICAS DE FATIAS DE ABÓBORA (Cucurbita Moschata) DESIDRATADAS POR DIFERENTES MÉTODOS

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1 PROPRIEDADES FÍSICAS DE FATIAS DE ABÓBORA (Cucurbita Moschata) DESIDRATADAS POR DIFERENTES MÉTODOS R. L. Monteiro 1, J.V. Link 1, G.C. Pementel 1, G. Tribuzi 2, B. A. M. Carciofi 1, J.B. Laurindo Departamento de Engenharia Química e de Alimentos Universidade Federal de Santa Catarina, Pós-graduação em Engenharia de Alimentos, CEP: Florianópolis SC Brasil, Telefone: 55 (48) e- mail: (ricardolemosmonteiro@hotmail.com; jb.laurindo@ufsc.br ); 2- Departamento de Ciência e Tecnologia de Alimentos Universidade Federal de Santa Catarina, Centro de Ciências Agrárias/UFSC, CEP: Florianópolis SC Brasil (giustino.tribuzi@ufsc.com); RESUMO Este estudo avaliou o efeito de diferentes processos na cinética de secagem, microestrutura e propriedades físicas de fatias de abóbora secas por: i) Secagem convectiva (AD), ii) Liofilização (FD), iii) Conductive multi-flash drying (KMFD), iv) Microwave multi-flash drying (MWMFD) e v) Secagem por micro-ondas a vácuo (MWVD). A umidade foi reduzida de 6,931±0,464 g.g -1 de sólidos secos para menos de 0,022±0,005 g.g -1 de sólidos secos, com atividade de água final inferior a 0,438. Os processos MWVD e MWMFD apresentaram menores tempos de secagem (aproximadamente 1,3 h), resultando em amostras desidratadas com maior porosidade (ε=0,67-0,69). As micrografias das abóboras secas por KMFD, MWVD e MWMFD mostraram estruturas com poros de diferentes tamanhos, maiores que os observados para as outras amostras. Assim, os processos MWVD e MWMFD podem ser usados para a obtenção de fatias de abóbora crocantes em curtos tempos de secagem, o que é importante para possível aplicação industrial. ABSTRACT This study evaluated the influence of different drying methods on the drying kinetics, physical properties and microstructure of pumpkin slices dehydrated by: i) Air-drying (AD), ii) Freezedrying (FD), iii) Conductive multi-flash drying (KMFD), iv) Microwave multi-flash drying (MWMFD) and v) Microwave vacuum drying (MWVD). Pumpkin moisture was reduced from 6.931±0,464 g.g -1 (d.b.) to less than 0.022±0.005 g.g -1, with final water activity less than The MWVD and MWMFD processes presented short drying times (approximately 1.3 h), resulting in dried samples with higher porosity (ε= ). Micrographs of samples from KMFD, MWVD and MWMFD processes presented pores with different sizes, much larger than the observed for samples from other processes. Thus, MWVD and MWMFD processes can be used to obtain crispy pumpkin slices in short drying times, which is important for possible industrial application. PALAVRAS-CHAVE: abóbora; secagem; micro-ondas; multi-flash; propriedades físicas. KEYWORDS: pumpkin; drying; microwave; multi-flash; physical proprieties. 1. INTRODUÇÃO Abóbora (Cucurbita Moschata) é uma das frutas mais importantes e cultivadas no mundo, apresentando alto conteúdo de vitamina A, carotenoides, fibras e minerais. Além disso, a abóbora vem recebendo atenção considerável nos últimos anos, pois a sua semente (especialmente o óleo) apresenta efeitos positivos sobre o fortalecimento do sistema imunológico (Yang et al., 2007). No entanto, a abóbora, quando fresca, é sensível à deterioração, necessitando de tecnologias que possam prolongar sua vida útil, como a secagem, a refrigeração ou congelamento do fruto (Doymaz, 2007).

2 A desidratação de alimentos é utilizada para reduzir o teor de umidade e a atividade da água, a fim de inibir o crescimento microbiano, diminuir a atividade enzimática e as taxas de reações químicas. A secagem prolonga a vida de prateleira dos alimentos, reduz os custos de transporte e armazenamento, devido à redução do peso e volume do produto (Fellows, 2000; Singh e Heldman, 2009). Diferentes métodos de secagem são utilizados para produção de frutas e hortaliças desidratadas, e.g. secagem convectiva, secagem a vácuo, liofilização, secagem por micro-ondas, entre outros. A escolha do processo mais adequado depende principalmente do alimento a ser desidratado e das características desejadas para o produto final. Classicamente, a liofilização é uma técnica de desidratação adequada para alimentos termossensíveis, pois preserva grande parte de suas características sensoriais, nutricionais e estruturais (Ibarz e Barbosa-Canovas, 2003, Ratti, 2008). Entretanto, a liofilização apresenta alto custo energético e longos tempos de processo, sendo indicada para produtos com elevado valor agregado (Louka Allaf, 2002). A busca por processos de secagem que melhorem as características dos produtos desidratados vem crescendo nos últimos anos (Jangam et al., 2010). Os métodos de secagem denominados por multiflash drying (MFD) vêm sendo reportado como um método alternativo de secagem para a produção de frutas e hortaliças crocantes de alta qualidade (Zotarelli et al. 2012; Porciuncula et al. 2015; Monteiro et al., 2016). Eles são baseados na aplicação de sucessivos ciclos de aquecimento-pulsos de vácuo, em que o produto é aquecido, à pressão atmosférica, usando ar quente, placas aquecidas ou micro-ondas, até atingir uma temperatura desejada (e.g. 60 C). Em seguida, aplica-se uma redução súbita de pressão (pulso de vácuo), resultando na evaporação rápida da água (evaporação flash) e resfriamento do produto (processo adiabático, pois o produto fornece o calor latente de vaporização), provocando desidratação e texturização do produto O objetivo desse estudo foi avaliar a influência dos diferentes métodos de secagem (secagem convectiva, liofilização, conductive multi-flash drying, microwave multi-flash drying e secagem por micro-ondas a vácuo) na cinética de secagem, microestrutura e propriedades físicas de abóboras. 2. MATERIAIS E MÉTODOS 2.1 Seleção das frutas e preparo das amostras As amostras de abóbora (Cucurbita Moschata var. Menina Brasileira) foram adquiridas no comércio local (Florianópolis, SC, Brasil), selecionadas pela aparência e tamanho. As amostras selecionadas foram lavadas, descascadas manualmente e posteriormente cortadas em fatias de 5 mm de espessura. Para melhor uniformidade das amostras, a parte selecionada para a formação das fatias, foi a parte cilíndrica (pescoço da abóbora), cortado ao meio de forma longitudinal. Posteriormente as fatias foram branqueadas (97 C ± 2 C -3 min) e resfriadas em água destilada (11 C ± 3 C - 2min). 2.2 Experimentos de secagem As amostras foram desidratadas por diferentes métodos: liofilização (FD), secagem convectiva (AD), conductive multi-flash drying (KMFD), microwave multi-flash drying (MWMFD) e secagem por micro-ondas a vácuo (MWVD). Liofilização (FD): A secagem das amostras por liofilização foi realizada utilizando um liofilizador comercial (Liotop, L101, Brasil), adaptado para registrar a variação temporal da massa através de uma célula de carga do tipo single point (Alfa Instrumentos, GL, Brasil). Um sistema de aquisição de dados conectado a um computador permitiu o registro instantâneo dos valores indicados pela célula de carga durante o processo de secagem (Tribuzi e Laurindo, 2014). Para a realização dos experimentos, aproximadamente 90 g de amostras foram congeladas por aproximadamente 3 h à

3 temperatura de -60±1 ºC e imediatamente desidratadas. Secagem convectiva (AD): A secagem convectiva das amostras foi realizada em estufa com circulação forçadas de ar (TE 394/2, TECNAL, Brasil) à temperatura de 60 C, com umidade relativa de aproximadamente 22% (ThermoHygrometer, TESTO610, Alemanha) e velocidade do ar de secagem igual a 0,6 m.s -1 (anemômetro portátil, TESTO 425, Alemanha). A variação temporal da massa foi registrada com o mesmo sistema usado na liofilização, adaptado à estufa convectiva. Foram utilizados aproximadamente 100 g de amostra para cada experimento. Conductive multi-flash drying (KMFD): O aparato experimental consiste numa câmara de secagem de 100 L (440-DE, Ethik Technology, Brasil) conectada a uma bomba de vácuo (LC305-DVP Vacuum Technology, Itália). No interior da câmara de secagem, as amostras foram colocadas sobre placas aquecidas com resistências elétricas, com temperatura mantida próxima de 90 ºC por um controlador PID. Durante os experimentos de secagem, a pressão do sistema foi monitorada com um manômetro digital (VELKI, Brasil), enquanto a temperatura das amostras foi monitorada com termopares do tipo T (Iope, model A-TX-TF-TF-R30AWG, Brasil), inseridos em cinco amostras, em diferentes locais do secador. Os termopares foram hermeticamente conectados à estufa à vácuo por um flange (Kaye feed thru, General Eletric- EUA). Um sistema de aquisição de dados (34970A, Agilent Technologies, EUA) foi usado para adquirir e registrar essas informações. Aproximadamente 1000 g de amostras de abóbora foram usadas em cada experimento de secagem. Para evitar a adesão das amostras sobre as placas metálicas aquecidas, estas foram recobertas com filmes de poliéster (Myllar ), que possuem baixa energia de superfície. As amostras foram inicialmente aquecidas à pressão atmosférica, até 60 C. Após o aquecimento, o sistema foi evacuado pela aplicação de um pulso de vácuo (P 35 mbar). Transcorridos 5 minutos de evacuação, a pressão do sistema foi reestabelecida e um novo ciclo de aquecimento-pulso de vácuo foi aplicado. Foram aplicados 3 ciclos de aquecimento-pulso de vácuo, seguidos pela secagem a vácuo (105 min e P 35 mbar) das amostras até o final do experimento. Microwave multi-flash drying (MWMFD): A secagem das amostras por MWMFD foi realizada em um forno de micro-ondas adaptado para os objetivos do estudo (Electrolux, MEX55, Brasil). O forno tem espaço interno de 45 litros, potência máxima de saída do magnetron de 1000 W e frequência das ondas de 2450 MHz. Um recipiente cilíndrico foi adaptado dentro do forno, para permitir operação a vácuo, sobre o prato giratório, que permite uma absorção mais homogênea das micro-ondas pelo alimento durante o aquecimento (Monteiro et al., 2015). Aproximadamente 100 g de amostra foram uniformemente distribuídas em uma bandeja de polipropileno e inseridas na câmara de vácuo (recipiente cilíndrico). A temperatura das amostras durante a realização de secagem por MWMFD foi monitorada utilizando termopares do tipo T (Iope, A-TX-TF-TF-R30AWG, Brasil), imediatamente após o desligamento do forno. As amostras foram aquecidas até aproximadamente 60 C, o gerador de microondas foi desligado e a pressão da câmara reduzida a valores próximos a 40 mbar (pulso de vácuo), quando a pressão atmosférica foi recuperada na câmara, para aplicação de um novo ciclo de aquecimento-pulso de vácuo. Após a aplicação de três ciclos de aquecimento-pulso de vácuo, as amostras foram desidratadas sob vácuo (60 C, pressão variando entre 30 e 50 mbar) até o final da secagem. A potência utilizada foi de 1000 W durante os primeiros 7 min de secagem por micro-ondas a vácuo, 300 W nos 10 min seguintes e 200 W nos 60 min finais. As evoluções da temperatura, umidade e a w das amostras foram determinadas a partir de amostras retiradas do secador em intervalos de tempo pré-definidos. O processo foi realizado de forma destrutiva, ou seja, cada dado experimental foi determinado a partir de um novo processo de secagem. Secagem por micro-ondas a vácuo (MWVD): A secagem MWVD foi realizada a 60 C e pressão variando entre 30 e 50 mbar.

4 Todos os experimentos de secagem foram realizados em triplicata e partes das amostras foram armazenadas para análises do produto final desidratado. 2.3 Caracterização das frutas desidratadas A umidade foi determinada através do método gravimétrico a vácuo (AOAC, 2005). A atividade de água foi medida utilizando um higrômetro digital pela medida do ponto de orvalho a 25 C (Aqualab Model Series 3, Decagon Devices Inc., Pullman, USA). O volume aparente foi determinado indiretamente pela medida da força de empuxo das amostras imersas em n-heptano. O volume real da amostra foi determinado utilizando um picnômetro de ar comprimido, pela diferença de pressão entre a câmara vazia e a câmara contendo a amostra, considerando comportamento de gás ideal (Sereno et al., 2007). A porosidade (ε) foi calculada a partir da razão entre os valores de volume real e volume aparente. Todos os resultados foram determinados em triplicata. Para avaliação da microestrutura das amostras foram realizadas imagens utilizando um estereoscópio óptico (Optech, Germany) com uma câmera microscópica (Opticam, OPT 10000, Brasil). 3. RESULTADOS E DISCUSSÃO As amostras de abóbora in natura utilizadas neste estudo apresentavam teor de umidade inicial em base seca (bs) de 6,136±1,269 g.g -1 de sólidos secos e a w de 0,994±0,003. Após o processo de branqueamento, as amostras apresentaram umidade de 6,931±0,464 g.g -1 de sólidos secos (bs) e a w de 0,994±0,003. A Figura 1 apresenta curvas representativas dos processos de secagem das amostras de abóbora e a Tabela 1 apresenta os valores médios para o teor de umidade e a w, além do tempo de secagem e as taxas de secagem (coeficientes angulares), com os coeficientes de correlação (R 2 ) para os ajustes lineares das retas aos dados experimentais. Para atingir umidade menor que 0,022 g.g -1 de sólidos secos e atividade de água inferior a 0,438, os tempos de secagem variaram de 1,28 h a 1,32 h para os processos MWVD e MWMFD, menores que os tempos observados para os processos KMFD (3,5 h), AD (16,33 h) e FD (16,67 h). Todos os processos de secagem apresentaram um período de secagem à taxa constante e um período à taxa decrescente. O processo MWVD apresentou maior taxa constante de secagem, que foi 1,3, 8, 22 e 53 vezes maior do que as observadas para MWMFD, KMFD, AD e FD, respectivamente. Figura 1 Curvas de secagem de fatias de abóbora por diferentes métodos de secagem (AD, FD, KMFD, MWMFD e MWVD). Xbs (g g-1) AD FD KMFD MWMFD MWVD Tempo (h) As taxas de secagem mais elevadas do MWVD são explicadas pela maior potência fornecida pelo micro-ondas para aquecimento das amostras, enquanto que no processo MWMFD o forno de micro-

5 ondas foi desligado durante a etapa de descompressão do sistema, para os três ciclos de aquecimentopulso de vácuo aplicados. Tabela 1- Teor de umidade médio final (X bs final) e atividade de água (a w) das abóboras desidratadas, tempos de secagem (t f), taxas de secagem (coeficientes angulares e coeficientes de correlação, R 2 ) e porosidade (ε) das abóboras secas por diferentes métodos. Secagens X bsfinal t (g.g -1 a f Taxa de secagem ) w (h) (g.g -1.h -1 ) R 2 ε (%) AD 0,021±0,005 0,438±0,021 16, ,2±4,7 FD 0,017±0,005 0,145±0,026 16, ,7±2,6 KMFD 0,014±0,002 0,385±0,010 3, ,5±7,0 MWMFD 0,021±0,006 0,360±0,015 1, ,1±0,6 MWVD 0,022±0,010 0,342±0,049 1, ,4 ±3,3 Na Figura 2 estão apresentadas imagens, obtidas com estereoscópio óptico, das superfícies e das fraturas das amostras de abóboras desidratadas pelos diferentes métodos. As imagens mostram a estrutura compacta das amostras secas por AD As amostras liofilizadas (FD) apresentaram uma estrutura esponjosa, com aparência uniforme, formada por pequenos poros. As amostras desidratadas por KMFD, MWMFD e MWVD apresentaram poros grandes, formados pela rápida expansão do vapor, provocada pelo vácuo. A expansão do vapor (evaporação flash) resulta em forças que causam a expansão da matriz sólida (puffing effect). Esse comportamento também foi relatado por Zottarelli et al. (2012), Porciuncula et al. (2015) e Monteiro et al. (2016), para secagem de bananas por convective multi-flash drying (CMFD), KMFD, MWVD e MWMFD. As amostras MWMFD apresentaram valores de porosidade 2,6 vezes maiores (Tabela 1) que as amostras desidratadas por AD e levemente maiores que os observados para amostras secas por FD, KMFD e MWVD. No entanto, deve ressaltar a grande diferença entre as estruturas e os tamanhos dos poros das amostras produzidas por MWVD, KMFD, MWVD e as amostras liofilizadas. Figura 2 - Imagens do estereoscópio ótico das superfícies e das fraturas das abóboras desidratadas. AD FD KMFD MWMFD MWVD SUPERFÍCIE FRATURA ESTEREOSCÓPIO 4. CONCLUSÕES A desidratação de fatias de abóbora é uma alternativa viável para agregar valor e permitir a maior inserção desse produto no mercado. Os processos MWMFD e MWVD produzem abóboras desidratadas crocantes de alta qualidade, com teor de umidade e atividade de água semelhantes ao

6 processo de liofilização, em tempo de secagem 13 vezes menores. Assim, há um grande potencial para produção industrial de frutas desidratadas crocantes por MWVD e MWMFD. 5. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS Doymaz, I. (2007). The kinetics of forced convective air-drying of pumpkin slices. Journal of Food Engineering, v. 79, p Fellows, P. (2000). Food Processing Technology Principles and Practice (2. ed.) Boca Ratton, Florida. Ibarz, A.; Barbosa-Canovas, B. (2003). Unit operations in food engineering. CRC Press LLC, Jangam, S. V.; Law, C. L.; Mujumdar, A. S. (2010). Drying of Foods, Vegetables and Fruits. v. 1. Singapur: Universidad Nacional de Singapur. Louka, N., Allaf, K. (2002). New process for texturizing partially dehydrated biological products using controlled sudden decompression to the vacuum: application on potatoes. Journal of Food Science. v. 67, p Monteiro, R. L.; Carciofi, B. A. M.; Marsaioli, A.; Laurindo, J. B. (2015). How to make a microwave vacuum dryer with turntable. Journal of Food Engineering, v. 166, p Monteiro, R.L., Carciofi, B.A.M., Laurindo, J.B. (2016). A microwave multi-flash drying process for producing crispy bananas. Journal of Food Engineering, v. 178, p Porciuncula, B. D. A.; Segura, L. A.; Laurindo, J. B. (2015). Processes for Controlling the Structure and Texture of Dehydrated Banana. Drying Technology, v. 34, p Ratti, C. (2008). Freeze and vacuum drying of foods. In: Drying Technologies in Food Processing; Chen, X.; Mujumdar, A.; Blackwell Publishing, p Sereno, A. M., Silva M.A., Mayor, L. (2007). Determination of particle density and porosity in foods and porous materials with high moisture content. International Journal of Food Properties, v.10, p Singh, R.P.; Heldman, D.R. (2009). Introduction to Food Engineering (4. ed.) San Diego, CA: Academic Press. Tribuzi, G,; Laurindo, J, B, (2014). How to Adapt a Lab-Scale Freeze Dryer for Assessing Dehydrating Curves at Different Heating Conditions. Drying Technology, v. 32, p Yang, X., Zhao, Y., & Lv, Y. (2007). Chemical composition and antioxidant activity of an acidic polysaccharide extracted from Cucurbita moschata Duchesne ex Poiret. Journal of agricultural and food chemistry, v. 55, p Zotarelli, M. F., Porciuncula, B. D. A., Laurindo, J. B. (2012). A convective multi-flash drying process for producing dehydrated crispy fruits. Journal of Food Engineering, v. 108, p