Revista Brasileira de Produtos Agroindustriais, Campina Grande, Especial, n.1, p.1-7, 2003
ISSN: 1517-8595
1
CALOR ESPECÍFICO DA POLPA DE CAJÁ A TEMPERATURAS CRIOGÊNICAS
E DIFERENTES CONCENTRAÇÕES DE SÓLIDOS SOLÚVEIS: MÉTODOS DAS
MISTURAS
Mario Eduardo Rangel Moreira Cavalcanti Mata1, Maria Elita Martins Duarte2
RESUMO
O cajá é uma fruta explorada extrativamente, principalmente nas regiões Norte e Nordeste do
Brasil, sendo assim, não existem dados na literatura dos volumes de produção, pois poucos são
os pomares comerciais. Contudo, baseado na grande aceitação desse fruto, a cultura vem se
expandindo, criando expectativas favoráveis ao seu consumo “in natura” e para sua
industrialização, já que a sua aceitação nos mercados consumidores é crescente. Durante o
processamento da polpa de cajá alguns componentes voláteis, que conferem aroma e sabor
característico, podem ser perdidos necessitando, portanto, que tanto o processamento quanto o
seu congelamento sejam rápidos. Diante desses fatos, o objetivo deste trabalho foi determinar
calor específico da polpa de cajá com quatro diferentes níveis de sólidos solúveis (9°Brix que é
o teor natural da polpa, 20, 40 e 60 °Brix) nas temperaturas de –18, –35, –70, –100, –180 e –
196°C. O calor específico, abaixo do ponto de congelamento, foi determinado utilizando-se o
método das misturas. Concluiu-se neste trabalho que: a) o calor específico, aumenta com o
aumento de temperatura de –196 oC para –18 oC e b) para uma mesma temperatura o calor
especifico aumenta com o aumento da concentração de sólidos solúveis de 9 para 60%.
Palavras-Chave: polpa, temperaturas criogênicas, propriedades termofísicas.
SPECIFIC HEAT OF THE CAJÁ PULP AT LOW TEMPERATURES AND DIFFERENT
SOLUBLE SOLIDS CONCENTRATION: MIXTURES METHOD
ABSTRACT
The cajá is an extractive explored fruit, mainly in the areas North and Northeast of Brazil. Data
don't exist in the literature of the production volumes, because the commercial orchards are few.
However, based on the great acceptance of this fruit, the culture is expanding, it self-creating
favorable expectation to its consumption "in natura" and for its industrialization, since its
acceptance in the consuming markets is growing. During the processing of the cajá pulp, some
volatile components, that give aroma and characteristic flavor, can be lost. Therefore, the
processing and its freezing must be fast. In the presence of these facts, the objective of this work
was to determine specific heat of the cajá pulp of four different levels of soluble solids (9°Brix
that it is natural content of the pulp, 20, 40 and 60 °Brix) at the temperatures of -18, -35, -70, 100, -180 and -196°C. The specific heat, below the freezing point, was determined through the
mixtures method. It was concluded, in this work, that: a) the specific heat, increases, with the
increase of the temperature from -196 °C to -18 °C and b) for a same temperature, the specific
heat it increases from 9 to 60% with the increase of the soluble solids concentration.
Keyword: fruit pulp, cryogenic temperatures, thermophysics properties
__________________
Protocolo 120 de 7 / 8 /2003
1
Prof. Dr. Departamento de Engenharia Agrícola da Universidade Federal da Campina Grande, Campina Grande, PB, Brasil, R-mail
[email protected]
2
Prof. Dr. Departamento de Engenharia Agrícola da Universidade Federal da Campina Grande, Campina Grande, PB, Brasil, R-mail
[email protected]
2
Calor específico da polpa de cajá a temperaturas criogenicas ...... Cavalcanti Mata & Duarte
INTRODUÇÃO
A cajazeira é uma árvore originária da
América, pertencente ao gênero Spondias da
família das Anacardiaceas, atingindo vinte
metros de altura ou mais. O fruto da cajazeira é
o cajá, que é uma drupa elipsoide de 3-4 cm de
comprimento, cor amarelo alaranjada, casca
lisa, polpa escassa, sucosa, doce-acidulada,
possuindo sabor e cheiro apreciáveis
(Cavalcante, 1972).
Os maiores produtores de cajá, no país,
são os estados nordestinos, sendo este fruto
encontrado com freqüência na Bahia, Sergipe
Pernambuco, Alagoas, Ceará, Piauí, Rio Grande
do Norte e Paraíba e vem sendo usado de modo
acentuado na indústria alimentícia, expandindose com perspectivas econômicas favoráveis,
uma vez que sua aceitação é cada vez maior nos
mercados consumidores (Gomes, 1989).
Contudo, não existem dados oficiais do volume
de produção deste produto.
O cajá é uma fruta que possui a polpa
ácida, às vezes doce, sendo muito utilizada,
para a produção de geléias, compotas, sucos,
refrescos e sorvetes. Também se faz aguardente
e licores de seu suco (Gomes, 1989), mas a
maior expectativa de sua industrialização é a
sua polpa, que, na realidade, vem sendo feita,
nestes últimos 4 anos, de forma insipiente. No
entanto, a importância econômica deste fruto
vem crescendo, acentuadamente, necessitando,
contudo, de maiores estudos quanto aos
diversos processos que antecede a sua
comercialização, principalmente, durante os
processos pós-colheita.
O cajá é um fruto bastante apreciável
para consumo “in natura”, no entanto, é
facilmente perecível, havendo, portanto, a
necessidade de seu processamento para
consumo ao longo do tempo. Uma das maneiras
mais utilizadas de armazenar o cajá, pela
industria alimentícia, é processando-o na forma
de polpa e congelando-a em seguida, para
posterior utilização e transformação para
consumo, nas diferentes formas supracitadas.
Outra linha de processamento de polpa,
concentra a polpa in natura de modo a aumentar
os seus quantitativos de sólidos solúveis. Este
processo altera a temperatura de congelamento
do produto bem como provocam alterações em
suas propriedades térmicas.
Desta forma, o conhecimento do calor
especifico da polpa do fruto é de suma
importância, pois permite empregar a carga
térmica correta nas unidades de processamento,
pois segundo Kasahara et al. (1986) o calor
específico se altera durante o congelamento
com a alteração do estado da água presente no
produto e com os quantitativos de açúcares
existentes nas polpas das frutas.
Kazarian & Hall (1965) tem reconhecido
a dificuldade de se medir o calor específico de
materiais biológicos, devido ao conteúdo de
umidade do material e ao calor de absorção.
Devido a estas dificuldades é que poucos
valores de calor específico estão disponíveis na
literatura. Muitos desses métodos, utilizados
para determinar o calor especifico, baseiam-se
no equilíbrio térmico estabelecido entre um
primeiro corpo, que se pretende determinar o
calor especifico, e um segundo corpo de calor
específico conhecido. Contudo,
segundo
Mohsenin (1980), Hwang & Hayakawa (1979);
e Kazarian & Hall, (1965) o método mais
comum para determinação do calor específico
em produtos biológicos é o método das
misturas.
Este método consiste em utilizar um
recipiente isolado de capacidade calorífica
conhecida, com um líquido inerte. O cálculo do
calor específico é feito através de um balanço
global de massa e energia em um sistema
isolado termicamente:
calor perdido pela amostra = calor ganho
pela água + calor ganho pelo calorímetro
CPa .M A TA  TE   CPw M W TE  TW   CPc M C TE  TW 
(1)
Alguns pesquisadores, em vez de água
como líquido calorimétrico, têm usado tolueno,
cuja densidade é de 0,86 e o calor específico é
de, aproximadamente, 1,63 kJ.kg-1.K-1. A baixa
massa específica possibilita que os produtos
biológicos submergirem no líquido.
Segundo Simões (1997) Hwang &
Hayakawa desenvolveram uma metodologia
para determinar o calor específico de alimentos
onde não há contato direto da amostra com o
líquido de capacidade calorífica conhecida. Este
método pode ser aplicado para determinar o
calor específico de alimentos altamente
higroscópicos. Desta forma, o calor de absorção
e algumas reações químicas que poderiam
ocorrer são eliminados. Este procedimento pode
ser utilizado para produtos altamente
desidratados e de alto teor de umidade. Vieira
(1996) utilizou esta técnica para determinar o
calor específico do suco de laranja encontrando
bons resultados quando comparados com os da
literatura.
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Calor específico da polpa de cajá a temperaturas criogenicas ...... Cavalcanti Mata & Duarte
Charmi (1971) propôs uma equação para
determinar o calor específico em função do teor
de gordura (XF), teor de sólidos solúveis totais
(XS) e também do conteúdo de água (XW).
Manohar et al. (1990) estudando o calor
específico do suco de tamarindo, e Choi &
Okos (1983) suco de tomate propuseram uma
equação baseada no teor de sólidos solúveis
totais e do seu conteúdo de água. No entanto,
LAU et al. (1992) trabalhando com suco de
aipo propuseram uma equação baseada apenas
no teor de sólidos solúveis totais. Já, Watson
citado por Peacock (1995), propôs uma equação
para sucos e xaropes que é função da
temperatura e do oBrix.
3
Na Tabela 1 encontram algumas fórmulas
para determinação do calor específico de alguns
produtos biológicos, os autores que propuseram
essas fórmulas e os intervalos
para sua
utilização. Como se pode observar nessa tabela,
os autores não estudaram o calor especifico de
diferentes produtos biológico e não o fizeram
para baixas temperaturas.
Assim com base no exposto, o presente
trabalho teve como objetivo determinar o calor
específico da polpa do cajá para 4 diferentes
níveis de sólidos solúveis (natural da polpa, 20,
40 e 60%) as temperaturas de –18, –35, –70,
–100, –180 e –196°C.
Tabela 1 - Modelos da literatura para predição do calor específico de alimentos
Produto
Fórmula Cp (KJ.Kg-1 °C-1)
Geral
Cp = 0,837 + 3,349 XW
Geral
Geral
Suco de
tomate
Cp = 2,093 XF+1,256 XS + 4,18 XW
Cp = 1,465 + 2,721 XW
Cp = CPWXW+ CpS .XS
CPW= 999,89-0.06033 T -0,003671 T2
CPS= 1469,3+0,5467 T - 0,00695 T2
Cp = 4,18 + M.XS
M = 5,03. 10-2 +6,839 10-5 T
Cp=4,1253-0,024804 B + 6,7 l0-5 T B+
1,8691 10–3 T - 9,271 10-6 T2
Cp = 4,1713 - 0,02779 B
Suco de
tamarino
Sucos e
xaropes
Suco de
laranja
Folhas de
fumo
Cp = 1465 + 2,562.U
MATERIAL E MÉTODOS
Este trabalho foi realizado no Setor de
Refrigeração e Congelamento do Laboratório
de Armazenamento e Processamento de
Produtos Agrícolas da Universidade Federal de
Campina Grande, em Campina Grande, Estado
da Paraíba, Brasil.
Para a realização deste trabalho foram
coletados frutos de cajá, junto aos produtores da
região, e levados ao Laboratório onde os frutos
foram selecionados, em estádio de maturação
denominado de sem-maduros, contendo uma
coloração amarela, consistência da polpa firme
e isento de manchas escuras.
Os frutos depois de selecionados foram
lavados, branqueados a uma temperatura de
60oC por 15 minutos, resfriados e despolpados
por uma despolpadeira Laboremus a
Intervalos
Autores
XW> 50%
Siebel citado por Mohsenin
(1980)
Charmi(1971)
Lamb(1976)
Choi & Okos (1983)
T: 20 1500C
T: 35 - 50C
Manohar et al. (1990)
T: 40-1500C
B: <80 Brix
Watson citado por
Peacock(1995)
Vieira (1996)
Ducan et al. (1968)
temperatura ambiente de 23oC. O material
despolpado foi separado em quatro lotes. O
primeiro lote foi separado para ser trabalhado
com o teor de Sólidos Solúveis Totais (SST)
natural da própria fruta. Os outros 3 lotes de
polpa de cajá foram submetidos à adição de
açúcar até que tivessem 20, 40 e 60 oBrix.
A polpa de cajá processada com
diferentes teores de sólidos solúveis totais foi
analisada quanto a suas características química
de: acidez titulável, pH e conteúdo de água.
Determinações das características químicas
Acidez titulável: Foi determinada pelo método
da AOAC (1980), no 9.119, Os resultados foram
expressos em porcentagem de ácido cítrico
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4
Calor específico da polpa de cajá a temperaturas criogenicas ...... Cavalcanti Mata & Duarte
pH: O pH foi determinado pelo método
potenciometrico utilizando-se um aparelho
DMpH.2 da Digimed calibrado com duas
soluções tampão (pH 4,0 e 7,0) a 20°C.
Determinação do conteúdo de água: A
determinação do conteúdo de água do cajá foi
realizada em estufa a 70°C até peso constante,
utilizando-se o método da A.O.A.C.
(Association
of
Official
Agricultural
Chesmists) 14003.
Determinação dos sólidos solúveis totais
(SST): Essa determinação dos foi feita por meio
de um refratômetro manual de marca Atago,
colocando-se uma ou duas gotas do suco da
polpa no prisma e fazendo-se uma leitura direta
em Brix, com correção de temperatura.
Após a determinação das características
químicas da polpa de cajá, dividida em quatro
lotes, estas foram colocadas em embalagens
plásticas de 100g em formado de placa plana e
fechados em uma seladora modelo Semalut.
A polpa de cajá embalada, nas diferentes
concentrações de SST, foram inserida na
câmara do aparelho Kriostat N-180 (Figura 1)
onde o material foi congelado às temperaturas
de –18, –35, –70, –100, –180 e –196°C.
a temperatura no interior do calorímetro. Para a
determinação do calor específico da polpa de
cajá, necessitou-se determinar primeiro a
capacidade calorífica do calorímetro.
Capacidade calorífica do calorímetro
Para determinar a capacidade calorífica do
calorímetro, colocou-se 100g de água destilada,
em seu estado natural, dentro do calorímetro.
Em seguida, o calorímetro foi fechado com uma
rolha de borracha acoplada a um termômetro
onde se determinou a temperatura T1 no interior
do calorímetro. Na seqüência, colocou-se no
interior do recipiente mais 100g de água
destilada a uma temperatura média de
aproximadamente 2 °C, correspondendo à
temperatura T2. Realizada esta operação agitouse o calorímetro durante um determinado tempo
até que este alcançasse uma temperatura de
equilíbrio T3. A capacidade calorífica foi
determinada pela seguinte equação:
c1m1 (T1-T3) + Ccal (T1-T3) = c2m2 (T3-T2)
(2)
em que,
c1 = c2 = calor específico da água, 4,186 Jl/g °C
m1 = massa de água em estado natural, 100g
m2 = massa de água fria, 100g
T1 = temperatura da água em estado natural, °C
T2 = temperatura da água fria, °C
T3 = temperatura de equilíbrio da mistura, °C
Ccal = capacidade calorífica do calorímetro, J/°C
Figura 1 – Criostato N-180
Calor específico
Para determinação do calor específico
da polpa de cajá, foi utilizado o método das
misturas. Para essa determinação, utilizou-se
um calorímetro (Figura 2) construído,
utilizando-se uma garrafa térmica envolvida por
uma camada de fibra de vidro (isolante
térmico), colocada dentro de um tubo de PVC.
Um termômetro digital foi utilizado para medir
Figura 2 – Calorímetro
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Calor específico da polpa de cajá a temperaturas criogenicas ...... Cavalcanti Mata & Duarte
Tabela 2 - Características físico-químicas da
polpa de cajá “in natura”
Calor específico da polpa de cajá:
Conhecida a capacidade calorífica do
calorímetro (ccal), e a temperatura de equilíbrio
T3, coloca-se uma amostra contendo polpa de
cajá com uma temperatura T4 no calorímetro e
agita-se até que um novo equilíbrio seja
alcançado a uma temperatura T5. O calor
específico da polpa de cajá foi determinado
pelo seguinte balanço de energia:
ms.cs (T4 – T5) + L.(ms.U) = c1.m3 (T5 – T3) +
ccal (T5- T3)
(3)
em que,
c1
ms
cs
T4
T5
m3
L
U
5
= calor específico da água, 4,186 J/kg °C
= massa da polpa de cajá, 100 g
= calor específico da polpa de cajá, J/kg°C
= temperatura da polpa de cajá, °C
= temperatura de equilíbrio da mistura, °C
= m1+m2
= calor de latente da água (J/kg)
= conteúdo de água da polpa de cajá (decimal, base úmida)
RESULTADOS E DISCUSSÃO
Na Tabela 2, encontram-se os valores
de acidez titulável, pH e conteúdo de água e
sólidos solúveis totais da polpa de cajá
processada, onde se observa que os valores se
encontram próximos aos valores obtidos por
Gonçalves (2000) para polpa de cajá que obteve
uma acidez titulável 1,32%; pH 4,16;
conteúdo de água de 90% e sólidos solúveis
totais de 8,1°Brix
Descriminação
acidez titulável
pH
conteúdo de água
sólidos solúveis totais
Polpa de
cajá
unidade
1,32
3,2
90,1
9,0
% ácido cítrico
%base úmida
°Brix
Calor específico
Na Tabela 3, encontram-se os valores de
calor específico, determinados pelo método das
misturas, para polpa de cajá, a 9°Brix, onde se
pode observar que estes valores estão de acordo
com os valores de calor específico determinado
por outros autores para polpa de frutas abaixo
do ponto de congelamento, entre esses autores
pode-se citar Simões (1997) que determinou o
calor específico da polpa de manga
congelada (–18°C) e encontrou valores de: 2,25
kJ/kg°C para polpa concentrada, 2,36 kJ/kg°C
para polpa integral e 2,49 kJ/kg°C para polpa
peneirada. Alvarado (1989) obteve para o suco
de melancia, com umidade de 92,6% à
temperatura de –18°C o valor do calor
específico de 1,97 kJ/kg°C.
Observa-se, também, na Tabela 3, que os
valores do calor especifico do material variaram
de acordo com a temperatura de congelamento
e com o teor de sólidos solúveis totais, sendo
que estas variações podem ser atribuídas ao
gradiente de temperatura bem como à formação
de cristais de gelo.
Na Figura 3, encontram-se as equações
de calor especifico da polpa de cajá em função
da variação de temperatura de temperatura de –
18 a –196°C, para cada diferente teor de sólidos
solúveis totais, estudado neste experimento.
Constata-se, nessa figura, que o calor especifico
aumenta com o aumento de temperatura, mas
diminui com o aumento da concentração de
sólidos solúveis.
Tabela 3 - Valores de calor específico da polpa de cajá em função da temperatura e do teor de sólidos
solúveis totais.
Polpa de cajá ( kJ/kg °C)
Temperatura
-196
-180
-140
-100
-70
-35
-18
9°Brix
20°Brix
40°Brix
60°Brix
1,516
1,685
1,987
2,132
2,390
2,451
2,558
1,663
1,851
2,194
2,498
2,686
2,822
2,891
1,896
2,079
2,525
2,878
3,074
3,283
3,458
2,222
2,563
2,911
3,187
3,357
3,589
3,688
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Calor específico da polpa de cajá a temperaturas criogenicas ...... Cavalcanti Mata & Duarte
6
Calor especifico da polpa de cajá
Método das misturas
0
4,0
60 Brix
3,6
Cp = 3,723 + 0,00303.T - 2,157.10 .T
0
40 Brix
-5
-5
0
Calor específico (kJ/kg. C)
Cp = 3,51 + 0,0047.T + -1,81.10 .T
2
2
2
R =99,0%
2
R =99,8%
3,2
2,8
2,4
2,0
0
20 Brix
1,6
-5
2
-5
2
Cp = 2,9328 + 0,00213.T - 2,197.10 .T
2
R =99,9%
0
9 Brix
1,2
-220
Cp = 2,589 + 0,00247.T + -1,476.10 .T
-200
-180
-160
-140
-120
-100
-80
-60
-40
2
R =99,0%
-20
0
0
Temperatura ( C)
Figura 3- Equações do calor específico da polpa de cajá para baixas temperaturas e diferentes teores
de sólidos solúveis totais (9, 20, 40 e 60°C).
30p.
CONCLUSÕES
Neste trabalho, concluiu-se que:
a) o calor específico, aumenta com o aumento
de temperatura de –196 oC para –18 oC;
b) para uma mesma temperatura o calor
específico aumenta com o aumento
da
concentração de sólidos solúveis de 9 para 60%.
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Revista Brasileira de Produtos Agroindustriais, Campina Grande, Especial, n.1, p.1-7, 2003
8
EDITAL DE SELEÇÃO DE CANDIDATOS
Doutorado em Engenharia de Processos
O curso de Doutorado em Engenharia de Processos foi criado por Resolução 01/99 do CONSUNI
da UFPB. Foi credenciado pela CAPES em março/2002.
As inscrições para o Processo de Seleção para ingresso no Doutorado de Engenharia de Processos
são abertas anualmente para inicio a partir de março de cada ano, sendo o período de inscrição
realizado entre outubro e novembro do ano anterior.
DOCUMENTOS EXIGIDOS:

Formulário de Inscrição devidamente preenchido












Duas cartas de Recomendação (formulário específico)
2 fotos de 3x4 recentes
Cópia do diploma de Mestre ou documento equivalente
Curriculum Vitae do candidato (com comprovantes)
Históricos Escolares da graduação e do Mestrado
Plano preliminar de Tese aceito por um orientador credenciado pelo Curso
Cópia autenticada da carteira de identidade.
Prova de estar em dia com as obrigações militares e eleitorais
A seleção dos candidatos será realizada com base na análise do Curriculum Vitae,(peso 4)
Histórico Escolar (peso 4) e Plano de Tese aceito por Professor cadastrado no Curso.(peso 2)
O Plano de Tese , com um máximo de 6 páginas, deverá incluir
introdução, justificativa, objetivos e metodologia.
Apresentação Oral do Plano de Tese: 02 e 03 de dezembro de 2002
Vagas: 20

ÁREA DE CONCENTRAÇÃO: DESENVOLVIMENTO DE PROCESSOS
LINHAS DE PESQUISA : PROCESSOS TÉRMICOS E DE SEPARAÇÃO DESENVOLVIMENTO E
TECNOLOGIA DE MATERIAIS
OBJETIVOS:
O Centro de Ciências e Tecnologia da Universidade Federal da Paraíba tem uma ampla e
reconhecida tradição nos cursos de pós-graduação em diversas áreas de engenharia.
Modernamente, tendo em vista os recentes progressos no ensino de engenharia, ações que
privilegiem atuações multidisciplinares entre áreas afins, são fortemente recomendadas.
O Curso de Doutorado em Engenharia de Processos, de natureza interdisciplinar, aglutina docentes
dos Departamentos de Engenharia Química, de Materiais, Mecânica e Agrícola em torno de tópicos
relativos à Engenharia de Processos, principalmente, através da abordagem de problemas regionais.
O objetivo primário do Doutorado em Engenharia de Processos é a pesquisa, treinamento e
formação de pessoal altamente capacitado, utilizando os princípios fundamentais da Ciência da
Engenharia aplicados ao estudo dos fenômenos das transformações, operações e processos
envolvidos nas industrias de diversos setores, tais como: químico, cerâmico, plásticos, bioquímico,
farmacêutico, metalúrgico, agroalimentar, etc.
Alunos do Curso tem atualmente bolsas da CAPES, CTHIDRO e ANP.
Cada uma das duas linhas de pesquisa oferecidas pelo programa inclui grandes temas de pesquisa
de natureza multidisciplinar que contemplam o desenvolvimento de uma série de projetos específicos
voltados para a área de Desenvolvimento de processos.
Maiores informações consultar http://www.cct.ufcg.edu.br/
Revista Brasileira de Produtos Agroindustriais, Campina Grande, Especial, n.1, p.8, 2003