XII Congresso Braslero de Engenhara Químca em Incação Centífca ESTUDO GRANULOMÉTRICO DE CHOCOLATES ARTESANAIS ELABORADOS EM DIFERENTES MOINHOS L. A. QUEMELLI 1*, B. P. NASCIMENTO 1, L. S. ARRIECHE 2 1 Alunos de Incação Centífca, Unversdade Federal do Espírto Santo (CEUNES) 2 Professor, Unversdade Federal da Integração Latno Amercana, Insttuto Latno Amercano de Tecnologa, Infraestrutura e Terrtóro *E-mal para contato: lucas_lq8@hotmal.com RESUMO O dâmetro das partículas do chocolate é uma propredade que deve ser nferor a 20 μm. Assm, nvestgou-se a granulometra de um chocolate artesanal elaborado em monho de rolos côncos e em monho de bolas. Amostras dspersas em óleo mneral foram colocadas sobre câmara de Neubauer, com escala de 250 μm. Imagens foram capturadas em um mcroscópo óptco, com aumento de 40 vezes, para a determnação de dâmetro e forma. Modelos clásscos como o GGS, e log-normal foram ajustados aos dados. Os perfs granulométrcos foram estatstcamente bem representados pelo modelo, com R 2 superor a 0,99, a um nível de sgnfcânca de 5%. O monho de rolos demandou menor tempo para reduzr as partículas à especfcação e proporconou melhor fludez. 1. INTRODUÇÃO O chocolate orgnou-se no povo Asteca, que o consuma na forma de bebda. Era elaborado com as amêndoas da árvore Theobroma cacao. Posterormente, fo processado com adção de açúcar pelos europeus (SCHUMACHER, 2008). Um estudo de Schmtz (2001), snalza seus efetos benéfcos à saúde. Segundo Oetterer et. al., (2006), o processamento engloba a moagem, em que as partículas são reduzdas de tamanho. O concheamento confere textura característca e reduz a acdez. No refno, reduz-se os crstas para em torno de 20 μm. Para obtenção das dstrbuções de tamanho das partículas de chocolate, exstem três modelos clásscos: o de Gates, Gaudn e Schumann (GGS), o de Rosn, Rammler e Bennet (), e o modelo que estabelece a função X=X (D) no formato log-normal (MASSARANI, 1984). A partr desses modelos é possível obter parâmetros de mportante sgnfcado físco. Assm, elaborou-se um chocolate artesanal em monhos de rolos e de bolas, a fm de comparar esses equpamentos para a produção do chocolate, em função da dstrbução dos dâmetros de partícula do produto e o tempo de processamento. 2. METODOLOGIA 2.1. Materas e equpamentos O chocolate fo elaborado com dos ngredentes: nbs de cacau e açúcar crstal.
XII Congresso Braslero de Engenhara Químca em Incação Centífca Utlzou-se o monho de rolos côncos fxos, com rotação de 1100 rpm, e dmensões do monho de 46 (cm)x28 (cm)x28(cm); monho de bolas com 45 bolas, sendo 30 bolas com dâmetros de 25 mm e 15 bolas de 30 mm; balança de precsão analítca; câmera de Neubauer; mcroscópo óptco; mcrômetro dgtal; termômetro nfravermelho; termopar; secador de convecção forçada portátl, com aquecmento por resstêncas elétrcas, além de vdraras de laboratóro. 2.2 Métodos Elaboração do chocolate e análse do materal partculado: Para os expermentos no monho de rolos foram elaborados 500 g de chocolate, com 70 % em massa de cacau, em ses horas. Já no monho de bolas, foram realzados expermentos varando o percentual de cacau entre 70 e 100%, com e sem aquecmento, promovdo pelo secador portátl, conforme Tabela 1. Nesse monho, utlzou-se massa de 150 g. Durante a elaboração dos chocolates, amostras foram coletadas a cada 30 mnutos, para análse das partículas de dâmetro máxmo, em um mcrômetro dgtal. Para análse no mcroscópo, foram preparadas quatro dspersões, com as amostras fnas de chocolate produzdo, tendo como dspersante o óleo mneral. Posterormente, cada amostra fo colocada sobre câmara de Neubauer, para serem fotografadas em um mcroscópo óptco, com aumento de quarenta vezes. Tabela 1 Planejamento de expermento. Expermento Composção Aquecmento 1 Nbs Não 2 Nbs Sm 3 70 % Nbs + 30% Açúcar Sm 4 70 % Nbs + 30% Açúcar Sm 2.3. Cálculo do dâmetro médo de Sauter A obtenção representatva do dâmetro médo de partículas de uma amostra pode ser determnada por meo da Equação 1, que representa o dâmetro médo de Sauter, caracterzando-se como um dos métodos mas utlzados em sstemas partculados, sendo que o x representa a dstrbução de frequênca e o D representa o dâmetro médo entre fração mássca passante e a retda (CREMASCO, 2012). n dp 1/( x / D ) (1) s 1 O dâmetro de Sauter é uma medda mas precsa quando comparada à méda ponderada, utlzada para se encontrar o dâmetro médo da amostra. A precsão assocada ao dâmetro médo de Sauter está na utlzação dos parâmetros que caracterzam a amostra. 2.4. Modelos de dstrbução granulométrca O dâmetro de Sauter pode ser obtdo também por meo dos modelos clásscos de dstrbução granulométrca: Gates, Gaudn e Schumann (GGS), Rosn, Rammler e Bennet () e log-normal (MASSARANI, 1984), conforme Tabela 2,
XII Congresso Braslero de Engenhara Químca em Incação Centífca Tabela 2 - Modelos de dstrbução granulométrca. Modelo Parâmetros Equação característca GGS k, m m X D / k D, n ' X 1 exp D / D log-normal σ, D X / 21 erf Z n (2) (3) 1 (4) em que: Z ln D D50. (5) 2ln A partr desses modelos e de seus parâmetros assocados é possível estabelecer equações para o cálculo do dâmetro médo de Sauter, correspondente a cada modelo (CRESMASCO, 2012). Assm, ao conhecer o modelo de dstrbução granulométrca que melhor se ajusta ao chocolate, o dâmetro médo de Sauter pode ser calculado a partr das expressões apresentadas na Tabela 3 (FRARE et al., 2000). Tabela 3 - Dâmetro médo de Sauter. Modelo GGS Log-normal D m 1 (6) d ps k, m > 1 m ' d D (7) ps 11 / n, n > 1 d ps D 1 exp 2 2 50 ln (8) O ajuste dos modelos aos dados fo realzado por meo do método dos mínmos quadrados, a 95% de confança. Parâmetros estatístcos como o teste t, o erro relatvo e o coefcente de determnação foram utlzados para avalação dos ajustes. 3. RESULTADOS E DISCUSSÃO Os valores dos dâmetros máxmos das partículas do chocolate meddos pelo mcrômetro dgtal, após o processo ser realzado no monho de bolas, estão apresentados na Fgura 1. Observa-se que a dmnução do dâmetro das partículas do chocolate levou menor tempo quando houve aquecmento (Expermento 2) do que sem aquecmento (Expermento 1). Com a adção de açúcar crstal (Expermento 3), houve aumento no tempo.
XII Congresso Braslero de Engenhara Químca em Incação Centífca Fgura 1 Dâmetro (mm) em função do tempo (mn) para os expermentos 1, 2, 3 e 4. A descontnudade na Fgura 1 (expermento 4) corresponde à adção de açúcar crstal, próxmo ao tempo de 300 mn. A temperatura do processo, no monho de bolas, para todos os expermentos com aquecmento fcou entre 30 e 35 C. No processo sem aquecmento, a temperatura não ultrapassou 30 C. As magens capturadas no mcroscópo óptco foram processadas e analsadas no software ImageJ. Obteve-se as áreas projetadas de partículas para a determnação do dâmetro equvalente. Assm, fo possível elaborar os gráfcos do dâmetro em função da fração cumulatva. Na Fgura 2, apresenta-se dos resultados típcos. Fgura 2 Dstrbução granulométrca cumulatva com ajuste ao modelo. 0,8 Fraçمo Cumulatva 0,6 0,4 Chocolate expermento 1 Fração Cumulatva 0,5 Chocolate expermeto 2 0,2 0 5 10 15 20 25 30 35 40 Dâmetro da esfera projetada (m 0 10 20 30 Dâmetro da esfera projetada (m) 0,8 0,8 Fração cumulatva 0,6 0,4 Chocolate expermento 3 Fração Cumulatva 0,6 0,4 Chocolate expermento 4 0,2 0,2 0 5 10 15 20 25 30 35 Dâmetro da esfera projetada (mm) 0 5 10 15 20 25 30 Dâmetro da esfera projetada (m)
XII Congresso Braslero de Engenhara Químca em Incação Centífca O modelo teve maores valores do coefcente de determnação (R² maor que 0,98) e menor erro relatvo (em torno de 10 %). Na Tabela 3, apresenta-se um resultado típco. Fo o modelo que melhor se ajustou à dstrbução das partículas do chocolate. Por sso, optou-se uncamente pela representação do ajuste ao modelo na Fgura 2, como vsto anterormente. Tabela 4 - Modelos de dstrbução granulométrca e seus parâmetros para o chocolate. Expermento Modelo R² Parâmetros Teste t Erro Relatvo GGS 0,730 m = 0,523 28,555 28,72 % k = 13,298 24,856 0,985 n = 1,782 35,779 10,96 % 1 D = 4,007 μm 206,907 log-normal 0,781 D 50 = 1014, 404 μm 6,038 800,63 % σ = 31,601 32,217 Para cálculo dos dâmetros médos de Sauter utlzando a equação 7, para o modelo, obteve-se um dâmetro de Sauter ao fnal do processo para os expermentos 1, 2, 3 e 4 de 1,991 μm, 1,428 μm, 1,627 μm e 1,366 μm, respectvamente. E o dâmetro médo de Sauter ao fnal do processo, calculado a partr da equação 1, para os expermentos 1, 2, 3 e 4 fo de, respectvamente, 2,662 μm, 2,427 μm, 2,196 μm e 2,983 μm. Também foram realzados expermentos no monho de rolos, a fm de produzr um chocolate com 70 % em massa de cacau e 30 % de açúcar crstal. O açúcar crstal fo adconado próxmo ao tempo de 360 mn, conforme Fgura 4. Fgura 4 Dâmetro do chocolate em função do tempo para um processo de 480 mn método de medção: mcroscopa óptca. As amostras foram retradas a cada trnta mnutos. O valor de dâmetro muto pequeno, logo no níco, é devdo ao método de medção das partículas. Este consdera a méda dos valores de partículas de uma amostra, para então ser calculado outro valor médo: o dâmetro médo de Sauter. Anda assm, podem ser notadas varações nos valores dos dâmetros médos de Sauter na Fgura 4. Porém essas varações dmnuem. Portanto, a tendênca é se tornar constante.
XII Congresso Braslero de Engenhara Químca em Incação Centífca 4. CONCLUSÃO Para o chocolate produzdo em monho de bolas, obteve-se um melhor resultado quando fo utlzado aquecmento durante o processo, tanto na textura quanto no tempo de redução das partículas. Entretanto, fo vsto que a adção de açúcar fez com que o processo ocorresse mas lentamente. Fca mas evdente no Expermento 4, quando há uma descontnudade bem perceptível no gráfco. Também é observado que o modelo fo o que teve melhor ajuste na dstrbução granulométrca da análse fnal de cada chocolate produzdo. O modelo é valdo na faxa de 0,6 μm <D< 40 μm para o chocolate. Fo evdencado que as partículas de cacau no monho de rolos têm um lmte para ser reduzdas, que é uma regão do gráfco entre 3 e 3,5 μm. O processo no monho de rolos ocorre mas rapdamente. Além de o produto fnal possur menor arenosdade, também foram observados menores valores de dâmetro médo de Sauter. O monho de rolos permte que o chocolate possua aspecto mas próxmo ao de fludo de Bngham - fludo não Newtonano que descreve o comportamento do chocolate - sem utlzar fonte externa de aquecmento no sstema. Dessa forma, essas nformações são útes na seleção da melhor tecnologa e na busca das condções ótmas de processo de modo que as etapas fnas do processo de moagem, concheamento e refno ocorram de forma mas efcente. 6. REFERÊNCIAS CREMASCO, M. A. Operações Untáras em Sstemas Partculados e Fludomecâncos. São Paulo: Edgar Blucher, 2012. p. 126-157. FRARE L. M.; GIMENES, M. L.; PEREIRA N. C; MENDES, E. S. Lnearzação do modelo log-normal para dstrbução de tamanho de partículas. Acta Scentarum. Technology, v. 22, n. 5, p. 1235-1239, 2000. MASSARANI, G. Problemas de sstemas partculados. São Paulo: Edgard Blucher, 1984. OETTERER, M. et al. Tecnologas de obtenção do cacau, produtos do cacau e do chocolate. In: OETTERER, M.; REGITANO-D'ARCE, M. A. B.; SPOTO, M. H. F. Fundamentos de Cênca e Tecnologa de Almentos. Baruer: Manole, 2006. Cap. 1. p. 1-48. SCHMITZ, H. H. Chocolate, flavonods and heart health. Manuf. Confect., Glen Rock, v. 81, n. 9, p. 95-99, 2001. SCHUMACHER, A.B. Desenvolvmento de um chocolate meo amargo com maor percentual de proteína. Porto Alegre, 2008. 91p. Dssertação (Mestrado) Unversdade Federal do Ro Grande do Sul - UFRS.