Revista Brasileira de Produtos Agroindustriais, Campina Grande, v.18, n.4, p.455-460, 2016 455 ISSN: 1517-8595 ARTIGO TÉCNICO ESTUDO DA SECAGEM DA SEMENTE DO CUPUAÇU (Theobroma grandiflorum Schum) Petrik Kelvyn da Silva Silva 1, Matheus Pereira Pereira 2, Larissa Cristina Coelho Marinho 3 RESUMO O presente trabalho teve por objetivo fazer o estudo de secagem da semente do cupuaçu (Theobroma grandiflorum Schum), cujo o interesse pela indústria de alimentos vem crescendo em virtude da similaridade dos seu produtos com os do cacau, como por exemplo o chocolate. A secagem foi feita em um secador tipo túnel operando com fluxo de ar a 2,2 m/s e temperatura media de 41,9 C. Obteve-se uma redução de 78% do teor de água em 6,5 horas de experimento. Os dados de secagem foram ajustados aos modelos de Lewis, Page, Henderson & Pabis e de Midilli, sendo este ultimo o que teve melhor resultado. Palavras chave: Theobroma grandiflorum, cinética de secagem, modelos matemáticos DRYING STUDY OF THE CUPUAÇU FRUIT (Theobroma grandiflorum Schum) SEEDS ABSTRACT The present assingment aimed to develop a study about drying of the cupuaçu fruit (Theobroma grandiflorum Schum) seeds, which its relevance to the food industry is growing, based on its similarities with cocoa products, for example the chocolate. The drying process was made in lab scale tunnel dryer with airflow rate of 2.2 m.s -1 and temperature of 41.9 ºC. The reduction of the moisture content was 78% in 6.5 hours of experiment. The collected data was used in mathematical models such as Lewis, Page, Henderson & Pabis and Midilli, which this last one, best represents the experiment with its established conditions. Keywords: Theobroma grandiflorum, drying process, mathematical models Protocolo 18 2015 40 de 28/06/2015 1 Aluno do curso de Graduação em Engenharia Química, UEAP. Av. Presidente Getúlio Vargas 650, Centro, CEP 68900-070, Macapá-AP E-mail: pe.kelvyn7@gmail.com 2 Aluno do curso de Graduação em Engenharia Química, UEAP. Av. Presidente Getúlio Vargas 650, Centro, CEP 68900-070, Macapá-AP E-mail: laracgcmarinho@hotmail.com 3 Aluno do curso de Graduação em Engenharia Química, UEAP. Av. Presidente Getúlio Vargas 650, Centro, CEP 68900-070, Macapá-AP E-mail: matheus-p-p@hotmail.com
Revista Brasileira de Produtos Agroindustriais, Campina Grande, v.18, n.4, p.455-460, 2016 456 ISSN: 1517-8595 INTRODUÇÃO O Cupuaçu (Theobroma grandiflorum Schum) é nativo da Região amazônica e sua polpa apresenta características ideais para o aproveitamento industrial (Costa et al., 2003).Embora o valor econômico do fruto do cupuaçuzeiro seja representado pela polpa, um dos subprodutos de seu processamento, as sementes, tem despertado interesse pelo setor industrial, haja vista que podem ser utilizadas para obtenção de alimento semelhante ao chocolate. Segundo Cohen (2005) o aumento da industrialização da polpa de cupuaçu, tem propiciado um volume significativo de sementes, que correspondem a 20% do peso do fruto. Estas são ricas em gordura e, quando fermentadas, secas e torradas adequadamente, podem ser utilizadas na elaboração de produtos análogos aos oriundos das amêndoas de cacau. O interesse do setor industrial pelas sementes do cupuaçu é acompanhado da necessidade de se obter formas para sua conservação, reduzindo as perdas pós-colheita, geralmente provocadas pelo tempo demandado no transporte, visto que muitas regiões potencialmente produtoras de cupuaçu estão afastadas de pólos industriais. A secagem de sólidos é uma das mais antigas e usuais operações unitárias, encontrada nos mais diversos processos. (Menon & Mujumdar, 1987). Esse processo visa à retirada parcial da água de um solido através da transferência de calor do ar para o solido e de massa de água do solido para o ar. (Foust et al., 1982). Em consonância Park (2007) afirma que a secagem tem a finalidade de eliminar um líquido volátil contido num corpo não volátil, através de evaporação. A desumidificação do material solido ocorre através da evaporação da água na superfície do solido devido a diferença da concentração e da pressão de vapor. Na medida em que ocorre a retirada da água na superfície ocorre à difusão da umidade do interior do material para a superfície, tendendo em manter o equilíbrio. Na Figura 1 há um esquema de secagem, onde sorvedor de vapor de água é o receptor de vapor de água (geralmente o Ar). Figura 1: Esquema de Secagem. Fonte: Alonso (1998) Para Sonia Celestino (2010) dentre as vantagens atribuídas a secagem dos alimentos estão: o aumento da vida útil do produto, a redução do volume e consequentemente a facilidade no transporte. Andrade et al (2003) explica que o aumento da vida útil ocorre em virtude da desidratação, pois a quantidade de água livre é responsável pelas principais causas de deterioração nos alimentos. Sendo assim a secagem provoca um grande impacto econômico, visto que alem de reduzir custos com transportes e perdas pós-colheita tem um baixo custo de processamento. A secagem de sementes pode ser descrita pelos métodos teóricos, semiteóricos ou semiempiricos e empíricos. Em geral, os métodos teóricos consideram as condições, os mecanismos internos de transferência de energia e massa, incluindo seus efeitos, e as condições operacionais externas (Brookeret al., 1992). Os métodos empíricos tem como base uma abordagem experimental onde apresentam uma relação direta entre o tempo de secagem e o conteúdo médio de umidade. Os modelos semi-empiricos mesclam a teoria relacionada ao processo e a facilidade de utilização. Segundo Brookeret al. (1992) os modelos semiempiricos se baseiam na Lei de resfriamento de Newton aplicada a transferência de massa, onde assume-se que a resistência e a transferência de massa ocorram apenas na superfície do solido e que a operação ocorre em condições isotérmicas. Os modelos semiteóricos são amplamente utilizados, pois estes contribuem para que haja harmonia entre teoria e prática, além da sua facilidade de uso (Antônio, 2009). Entre os modelos semiteóricos, o modelo de Dois Termos, o de Henderson e Pabis, o de Lewis e o de Page e Midilli, são os mais utilizados (Panchariya et al., 2002). Sendo assim o presente trabalho objetiva obter dados de secagem para subsidiar esse processo como forma de conservação da amêndoa do cupuaçu. Os dados do experimento
457 de secagem serão analisados por meio de simulação matemática e analise estatística com o intuito de determinar modelos matemáticos que representem satisfatoriamente esse processo. MATERIAIS E METODOS Os ensaios de secagem foram realizados no Núcleo Tecnológico de Engenharia (NTE) da Universidade do Estado do Amapá (UEAP) Macapá, AP onde contempla um secador do tipo túnel. X(%) = ( X i X f X i ). 100 MATERIAIS E MÉTODOS Para os ensaios de secagem utilizou-se o sistema de secagem composto por um secador tipo túnel (Figura 3) com estrutura para operar com fluxo de ar a 2,2 m/s e com resistências elétricas que estabilizaram a temperatura média em 41,9 C. Matéria Prima Foram selecionadas três frutas de cupuaçu para a retirada das sementes, inicialmente, as sementes do cupuaçu passaram por um processo de remoção da polpa e das membranas externas através do atrito da semente com um pano (Figura 2A) e posteriormente foram cuminuidas para facilitar a secagem (Figura 2B). Fonte: Auto Figura 2: Sementes (A) antes e após a retirada dos vestígios da polpa.(b) Trituradas présecagem. Antes do ensaio de secagem no túnel de secagem determinou-se o teor de umidade da amostra (ou umidade de equilíbrio) obedecendo ao Método de secagem das sementes inteiras em estufa elétrica a 105 C durante 24 horas. O resultado foi obtido através da diferença de massa da amostra úmida e seca, conforme explicito na Tabela 1. Tabela 1: Dados da secagem em estufa Amostra Massa Inicial (M i ) Massa Final (M f ) Diferença Teor de água (%) 1 33,239 19,980 13,258 39,8885 2 35,070 21,428 13,642 38,8992 O teor de água foi calculado pela equação abaixo. A média da umidade obtida foi de 39,3938%. Figura 3: Secador Tipo Túnel. Fonte: Autor Foram utilizadas 87,81 g de semente de cupuaçu para o ensaio. Após o início dos testes,a redução do teor de umidade das sementes foi monitorada em intervalos 3, 5, 10 e 15 minutos, apurando a variação em termos de massa mediante pesagens em balança digital,a fim de construir a curva de secagem com os dados obtidos assim como alimentar os modelos matemáticos e proceder com análise estatística. Concomitantemente à analise das massas foram determinadas a temperatura e a umidade relativa do ar de secagem, por meio de um Anemômetro Digital Portátil. Para o ajuste dos dados experimentais foram utilizados os seguintes modelos empíricos e semiempiricos: Tabela 2:Modelos de Secagem MODELO Lewis (1921) EQUAÇÃO RX = exp ( k. t) Page (1994) RX = exp ( k. t n ) Henderson E Pabis (1979) Midilli (2002) RX = a. exp ( k. t) RX = a. exp( k. t n ) + b. t k Constante de secagem; a,b,n Constante do modelo Os parâmetros dos modelos foram determinados pelo método de Quasi-Newton no software Statistica e os gráficos foram plotados no Software OriginLabPro8.
Massa (g) Teor de água 458 As modelagens das curvas de secagem foram obtidas pela conversão dos dados referentes à perda de água no parâmetro adimensional razão de teor de água (RX). A razão de teor de água é essencial para descrever diferentes modelos de secagem (Andreza, 2015). O parâmetro adimensional RX foi obtido pela seguinte equação e esta disposto na Tabela 2: onde: RX = X (t) X 0 X (t) Umidade em t X 0 Umidade Inicial A representação dos dados experimentais pelos modelos testados foi avaliada através do coeficiente de correlação (R 2 )e o erro percentual médio (P) para avaliar se os modelos utilizados foram ou não preditivos (P < 10%),dado pela equação (1): onde, P = 100 n RX exp RX pred N i=1 (1) RX exp P = Erro percentual médio (%); RX exp = razão de umidade experimental; RX obs = razão de umidade predita pelo modelo; N = número de dados experimentais. RESULTADOS E DISCUSÕES Os dados obtidos durante o procedimento de secagem estão expostos no Grafico1. Com base nesses dados foram construída as curva de secagem conforme o Gráfico 1. 90 85 80 75 70 65 60 t(min) Grafico1: Curvas de secagens: (1) massa x tempo (2) teor de água x tempo Observou-se uma redução de 26,88 g em massa da semente, o que corresponde a uma redução de 30% da massa inicial e de 78% do teor de água. As modelagens das curvas de secagem foram obtidas utilizando o teor de água adimensional das sementes (vide Tabela 2), e plotando em função do tempo. Os parâmetros obtidos pelo software Statistica para cada modelo estão na Tabela 4. Tabela 4:Parâmetro dos Modelos de secagem Modelo Parâmetro k n a b Lewis 0,0062 ±1,726E-4 - - - Page 0,01815 ±1,66E-3 0,77815±1,87E-2 - - Henderson & Pabis 0,005487±2,008-4 - 0,93288±1,46E-2 - Midilli 0,013709±4,464E-4 9028±6,74E-3 3980±2,83E-3 0,0004083± 7,03E-6
RX RX RX RX 459 Experimental Lewis Expeimental Page (a) Experimental Henderson & Pabis 1,1 0,9 (b) Expeimnetal Midilli 0,7 0,5 0,3 0,1 450 (c) (d) Grafico 2 - Adequação da curva aos modelos de secagem (a) Lewis, (b) Page, (c) Henderson & Pabis, (d) Midilli Os resultados das analises estatísticas estão na Tabela 5: Tabela 5:Parâmetros de avaliação de modelos R 2 e P MODELO R 2 P Lewis 0,9501 12,64214 Page 0,9854 6,167475 Henderson & Pabis 0,9627 10,00959 Midilli 0,9998 0,560889 Sendo assim o modelo de Midilli foi o que melhor representou os dados experimentais com um R 2 igual a 0,99984 e um erro percentual de 0,560889, a boa adequação se explica pelo numero de parâmetros do modelo. O Modelo de Page apresentou resultado satisfatório para o numero de parâmetros utilizados obtendo um R 2 de 0,98574 e um erro de 6,167475. O resultado obtido pelo modelo de Page era previsto, pois Bruce (1985) afirma que o modelo de page descreve melhor a secagem de produtos agrícolas e Shamar (1982) ressalta a eficiência desse modelo para descrever a secagem de grãos em camada fina. CONCLUSÕES Neste trabalho foi feito a analise do processo de Secagem da amêndoa do cupuaçu. Obtendo-se uma redução de 78% do teor de umidade em 6,5 horas de experimento a 41,9 C. Os modelos que melhor descrevem esse processo são o de Page e o de Midilli que obtiveram coeficiente de correlação (R 2 ) de 0,99984 e 0,98574, respectivamente. REFERENCIA BIBLIOGRÁFICAS
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461 Tempo (min) Ambiente Umidade Relativa Temperatura de Secagem do Ar Massa (g) Teor de Umidade (%) Razão de teor de agua (RU) 3 6 42 87,81 39,39 1 6 6 42 86,77 38,21 0,970 9 60,3 42 85,97 37,29 0,947 12 6 42 85,25 36,47 0,926 15 6 42 84,49 35,61 0,904 18 60,7 42 83,63 34,63 79 21 60,7 42 82,87 33,76 57 24 60,7 42 82,03 32,81 33 27 6 43 81,38 32,07 14 30 61 43 89 31,28 0,794 33 63,9 43 80,07 30,58 0,776 36 66 43 79,49 29,91 0,759 39 69,9 43 78,95 29,30 0,744 42 69,9 43 78,43 28,71 0,729 45 71,1 43 77,91 28,12 0,714 48 73,9 43 77,39 27,52 99 51 73,7 43 76,94 27,01 86 54 75,7 43 76,42 26,42 71 57 75,7 43 75,72 25,62 50 60 75,7 43 75,19 25,02 35 65 76,4 43 74,49 24,22 15 70 76,4 43 73,79 23,42 0,595 75 76,7 43 73,09 22,63 0,574 80 77 43 72,51 21,97 0,558 85 78 43 71,95 21,33 0,541 90 78,4 43 71,41 20,71 0,526 95 80,1 43 79 20,12 0,511 100 78,3 43 70,34 19,49 95 105 79,6 43 69,83 18,91 80 110 78,4 43 69,31 18,32 65 120 75 42 68,48 17,38 41 130 74,8 42 67,62 16,40 16 140 74,8 41 66,94 15,62 0,397 150 72,5 41 66,32 14,92 0,379 160 73,8 41 65,8 14,32 0,364 170 73,2 41 65,27 13,72 0,348 180 72,5 41 64,88 13,28 0,337 190 72,1 41 64,48 12,82 0,325 200 72,2 41 64,03 12,31 0,312 210 69,9 41 63,41 11,60 95 225 72 41 62,91 13 80 240 72,9 41 62,39 14 65 255 74,3 41 62,1 10,11 57 270 74,5 40 61,7 9,66 45 285 75,3 40 61,62 9,56 43 300 75,4 40 61,5 9,43 39 315 75,4 40 61,33 9,23 34 330 75,3 41 61,28 9,18 33 345 72,2 41 65 8,92 26 360 73 41 60,99 8,85 25 375 75,7 41 60,94 8,79 23 390 75,4 41 60,93 8,78 23 Tabela 3: Dados de Secagem no Túnel