Revista Brasileira de Produtos Agroindustriais, Campina Grande, v.6, n.2, p.141-147, 2004
ISSN 1517-8595
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INFLUÊNCIA DA CONCENTRAÇÃO DE SÓLIDOS SOLÚVEIS TOTAIS
NO SINAL FOTOACÚSTICO DE POLPA DE MANGA
Waldemir Soares da Costa1, Jose Suassuna Filho2, Mário Eduardo R. M.
Cavalacnti Mata3, Alexandre José de Melo Queiroz3
RESUMO
No presente trabalho realizado a técnica fotoacústica foi utilizada para analisar polpa de manga
a diferentes concentrações (polpa in natura: 13,40Brix, 16,80Brix, 19,60Brix, 230Brix, 25,40Brix,
27,40Brix e 30,40Brix). Foram também obtidos os sinais fotoacústicos de soluções açucaradas,
130Brix, 230Brix e 330Brix, que tiveram uma grande importância comparativa. Os espectros da
polpa de manga em função da freqüência de modulação e da concentração mostraram-se
compatíveis com os da solução açucarada.
Palavras-Chave: fotoacústica, polpa de manga, sólidos solúveis totais
INFLUENCE OF THE TOTAL SOLUBLE SOLIDS CONCENTRATION IN THE
PHOTOACOUSTIC SIGN OF MANGO PULP
ABSTRACT
The photoacoustics technique was used in this work to analyze the mango pulp in different
concentrations (pulp in natura:13,40Brix, 16,80Brix, 19,60Brix, 230Brix, 25,40Brix, 27,40Brix
and 30,40Brix ). The photoacoustic signs of sugary solutions were also obtained, 13 0Brix,
230Brix e 330Brix, that had a great comparative importance. The spectra of the mango pulp, in
function of the modulation frequency and of the concentration presented thenselves compatible
with the ones of the sugary solution.
Keywords: photoacoustic, fruit, sugar
_____________________
Protocolo 580 20/ 10 / 2004
1
Mestre em Engenharia Agrícola, Departamento de Física - UFCG Av. Aprígio Veloso, 882, Bodocongó, 58109-970, Campina Grande,
PB, Brasil, E-mail [email protected]
2
Professor Doutor, Departamento de Física - UFCG Av. Aprígio Veloso, 882, Bodocongó, 58109- 970, Campina Grande, PB, Brasil, E-mail
[email protected]
3
Professor Doutor, Departamento de Engenharia Agrícola - UFCG Av. Aprígio Veloso, 882, Bodocongó, 58109- 970, Campina Grande, PB,
Brasil, E-mail: [email protected], [email protected]
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Influência da concentração de sólidos solúveis totais no sinal fotoacústico de polpa de manga Costa e Suassuna Filho
INTRODUÇÃO
Dentre os diversos componentes da fruta,
os sólidos solúveis totais (oBrix) desempenham
um papel primordial para a sua qualidade,
devido a influência nas propriedades
termofísicas, químicas e biológicas da fruta. Na
industria, a análise do oBrix tem grande
importância, no controle dos ingredientes a
serem adicionados ao produto e na qualidade
final. A determinação do oBrix é utilizada nas
industrias de doces, sucos, néctar, polpas, leite
condensado, álcool, açúcar, sorvetes, licores e
bebidas em geral. (Araújo, 2001; Simões,
1997).
O teor dos sólidos solúveis (oBrix) nos
frutos é muito importante pois quanto maior a
quantidade de sólidos solúveis existentes,
menor será a quantidade de açúcar a ser
adicionada aos frutos, quando processados pela
indústria diminuindo, assim, o custo de
produção e aumentando a qualidade do produto
(Araújo, 2001; Silva, 2000; Silva, 1997 e Vieira
1995). Esses aspectos são muito importantes,
considerando a necessidade de utilizar-se
técnicas mais recentes para análises da
influência do teor de oBrix, que caracteriza o
objetivo deste trabalho.
A espectroscopia fotoacústica, vem sendo
utilizada de forma crescente na investigação de
propriedades ópticas e térmicas de materiais
biológicos ( Yang & Irundayaraj, 2000; Pão,
1997 e Zerbetto, 1993), como as frutas (Costa,
2003). As características mais importantes da
técnica fotoacústica são: não destrutiva,
medidas sem contato, preparação simples de
amostra, alto limite de saturação do sinal,
sensibilidade e capacidade de perfil de
profundidade. A amostra é colocada na célula
fotoacústica e fechada, mantendo contato com a
camada de gás, o ar (Figura 1). A radiação
modulada é direcionada na superfície da
amostra, causando uma expansão térmica
através do processo de desexcitação não
radioativa, dominante no interior da amostra.
Tais ondas térmicas, ao se difundirem para a
superfície, induzem ondas de pressão na
interface amostra-gás situada no interior de uma
célula fotoacústica. Essas ondas se propagam ao
longo de coluna de gás, podendo ser detectadas
por um microfone de alta sensibilidade. Vale
notar que apenas a porção da luz que é
absorvida, responde pela geração das ondas
térmicas de tal modo que o sinal fotoacústico
resultante depende, exclusivamente, da
quantidade de luz absorvida. Em sua
propagação do interior da amostra para a
superfície as ondas térmicas são atenuadas no
processo de difusão térmica, conforme Figura 1.
Segundo Rosencwaig e Gersho (1976),
apenas ondas térmicas geradas até uma
profundidade da ordem de 2s, onde s é o
comprimento de difusão térmica da amostra
definida como:
s = (D / f)1/2
(1)
onde D é a difusividade térmica da amostra, f é
a freqüência de modulação da radiação,
contribuem para o sinal fotoacústico.
Figura 1 - Diagrama simplificado de uma célula fotoacústica
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Influência da concentração de sólidos solúveis totais no sinal fotoacústico de polpa de manga Costa e Suassuna Filho
MATERIAIS E MÉTODOS
Para medir o sinal fotoacústico da polpa
de manga e da solução açucarada à varias
concentrações de sólidos solúveis totais(oBrix)
em função da freqüência de modulação,
utilizou-se uma lâmpada de arco de xenônio
modelo 6269 Oriel Corp. de 1000W de
potência, um modulador ótico modelo OC4000 PTI, um monocromador ótico de
varredura modelo 272, 0.2, f/2 com grade de
difração holográfica modelo 1710 da
Mcpherson, um amplificador lock-in SR-850 e
uma célula fotoacústica modelo 200 da Mtec
Photoacoustic.
143
O monocromador foi ajustado para o
comprimento de onda,  = 475nm, referente a
luz azul. Em seguida, ajustou-se o feixe de luz
para incidir na amostra num formato cilíndrico,
com 10mm de diâmetro e comprimento de
3mm, colocada na célula fotoacústica. O
amplificador lock-in fez os registros dos
aquecimentos
periódicos
das
amostras
detectados por um microfone de alta
sensibilidade (50mV/Pa) acoplado à célula. Os
dados fornecidos pelo lock-in foram
processados por um software, Grams386, e
ajustados através do software Origin 6.0.
A montagem experimental usada nas
medidas de amplitude do sinal fotoacústico
deste trabalho é apresentada na Figura 2.
Figura 2 - Diagrama de bloco do espectrômetro fotoacústico
Detecção em amplitude do sinal fotoacústico
O método utilizado, neste trabalho, foi
baseado na teoria de Rosencwaig & Gersho(1)
(17)
, em que a expressão para o sinal
fotoacústico em função da freqüência de
modulação, quando a amostra é, termicamente,
grossa s << s, onde s é a espessura da
amostra e s = ( s/f)1/2 é o comprimento de
difusão térmica da amostra com s e f sendo a
difusividade térmica da amostra e a freqüência
de modulação, respectivamente, pode ser escrita
como (Hernández-Guerra et al., 2000).
Vd = (S0/1+jRC).(cosh(ss)/senh(ss)).(1-cosh(gg)-senh(gg)).(ej)
onde Vd é o sinal do microfone,  = 2f é a
frequência angular de modulação, g é a
espessura da câmara de gás(ar), s = (1+j)as é o
coeficiente de difusão térmica complexo da
(2)
amostra, S0 é a constante que depende da
geometria da célula fotoacústica, R e C são a
resistência e a capacitância do microfone.
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Influência da concentração de sólidos solúveis totais no sinal fotoacústico de polpa de manga Costa e Suassuna Filho
RESULTADOS E DISCUSSÃO
Nas Figuras 3 e 4, encontram-se os sinais
fotoacústicos em função da freqüência de
modulação das amostras de polpa de manga e
da solução açucarada à varias concentrações de
sólidos solúveis, com comprimento de onda,
 = 475nm, obtidos do ajuste da amplitude do
sinal fotoacústico da Equação 2.
Figura 3 - Espectro Fotoacústico de polpa de manga em varias concentrações (oBrix) no domínio de
freqüência com comprimento de onda ,  = 475nm
Figura 4 - Espectro fotoacústico de solução açucarada no domínio de freqüência para as
concentrações de 130Brix e 330Brix com comprimento de onda,  = 475nm
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Influência da concentração de sólidos solúveis totais no sinal fotoacústico de polpa de manga Costa e Suassuna Filho
Os resultados parciais mostram que
existem diferenças entre os espectros de
absorção da polpa de manga e da solução
açucarada. Pode-se observar que, na freqüência
de modulação, f = 12,24Hz1/2, a solução
açucarada produz um espectro de absorção de
maior intensidade para a concentração de
130Brix e 230Brix é, aproximadamente, igual à
concentração de 330Brix que o espectro da
polpa de manga.
Observou-se também, que o sinal
fotoacústico das amostras de polpa de manga
em função da freqüência de modulação
apresenta-se igual para as concentrações,
13,40Brix < C < 30,40Brix na faixa de
freqüência, 13,7Hz1/2 < f < 14,3Hz1/2.
A variação da intensidade do sinal
fotoacústico da polpa de manga em função da
concentração para uma freqüência de
modulação, f = 12,24Hz1/2, está representada na
Figura 3. Observou-se que a intensidade do
sinal fotoacústico aumenta com a concentração
da polpa, segundo uma relação cúbica do tipo:
SF = -4,526.10-4 + 0,00168C – 1,02577E-4C2 +
1,8098E-6C3
(3)
O valor do coeficiente de determinação
(R2 = 0,9604) indica que a equação polinomial
de terceiro grau descreve bem o comportamento
dos dados observados.
Figura 5 - Sinal Fotoacústico da polpa de manga em função da concentração (oBrix)
comprimento de onda,  = 475nm.
Na Figura 6, é mostrado o
comportamento da variação da intensidade do
sinal fotoacústico da solução açucarada em
função da concentração para uma freqüência
de modulação, f = 12,24Hz1/2. Observou-se que
a solução açucarada se apresentou com o
mesmo comportamento da polpa de manga, em
que a intensidade do sinal fotoacústico
145
com
aumenta com a concentração da solução,
segundo uma relação cúbica do tipo:
SF = 0,0,01615 – 2,78.10-4 C
(4)
O valor do coeficiente de determinação
(R2 = 0,8764) indica que a equação polinomial
de terceiro grau descreve bem o
comportamento dos dados observados.
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Influência da concentração de sólidos solúveis totais no sinal fotoacústico de polpa de manga Costa e Suassuna Filho
Figura 6 - Sinal Fotoacústico da solução açucarada em função da concentração ( oBrix)
comprimento de onda,  = 475nm.
com
CONCLUSÕES
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
A análise dos espectros da polpa de
manga nas concentrações utilizadas neste
trabalho permite concluir que:
Araújo, J. L. Propriedades termofísicas da
polpa do cupuaçu. 2001. 85f. Campina
Grande, Universidade Federal da Paraíba,
(Mestrado em Engenharia Agrícola).



A intensidade do sinal fotoacústico
diminui com o aumento da concentração
da polpa para uma freqüência de
modulação, f = 12,24Hz1/2, segundo uma
relação cúbica;
Para a faixa de freqüência de modulação,
13,7Hz1/2 < f < 14,3Hz1/2, a intensidade
do sinal fotoacústico da polpa não
mostrou variações significativas em
função da concentração e, portanto, foi
considerada constante;
A intensidade do sinal fotoacústico
diminui com o aumento da concentração
da solução açucarada para uma
freqüência de modulação, f = 12,24Hz1/2,
segundo uma relação linear;
Costa, W. S. Espectroscopia fotoacústica
aplicada à determinação da efusividade
térmica de polpas de frutas. 2003. 72p.
Campina Grande, Universidade Federal da
Paraíba,
(Mestrado
em
Engenharia
Agrícola).
Hernandez Guevara, A.; Cruz Orea, A.; Sánchez
Sinencio, F. Application of the photoacoustic
technique in the optical and thermal
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Vacio, v. 10, p. 51-55, 2000.
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Influência da concentração de sólidos solúveis totais no sinal fotoacústico de polpa de manga Costa e Suassuna Filho
147
Silva, S. B Propriedades termofísicas da
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Universidade Estadual de Campinas, Faculdade
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Engenharia de Alimentos).
Simões, R. M. Propriedades termofísicas
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Faculdade de Engenharia de Alimentos.
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Faculdade de Engenharia de Alimentos.
(Doutorado cm Engenharia de Alimentos).
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ÁREA DE ARMAZENAMENTO PROCESSAMENTO DE
PRODUTOS AGRÍCOLAS
A Área de Armazenamento e Processamento de Produtos Agrícolas do Departamento de Engenharia
Agrícola da Universidade Federal de Campina Grande mantém 5 Laboratórios dentre eles o
Laboratório de Análises Químicas, atendendo diversas linhas de pesquisas dentre as quais as de:




Alterações dos constituintes químicos de grãos e sementes armazenadas em unidades
convencionais e sob atmosfera controlada;
Alterações das características físico-químicas e dos constituintes químicos dos frutos sob
condições ambientais, a temperaturas de refrigeração e de congelamento;
Alterações químicas e físico-químicas de diferentes tipos de carne
Estudo de novas técnicas de medição dos constituintes químicos
LABORATÓRIO DE ANÁLISES QUÍMICAS
O Laboratório de Análises Químicas atende principalmente os Cursos de Graduação e PósGraduação em Engenharia Agrícola e o Doutorado em Engenharia de Processos da Universidade
Federal de Campina Grande – UFCG.
Coordenação da Área de Armazenamento e Processamento de Produtos Agrícolas
Av. Aprígio Veloso, 882 – Caixa Postal 10.087 Fones (083)310-1287; 310-1194 FAX 310-1185
Email- [email protected]
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