Cinética de secagem em camada de espuma da polpa de mangaba.
Rossana. Maria Feitosa de Figueirêdo1, Alexandre. José de Melo Queiroz1 e Jozan. Medeiros
1
Universidade Federal de Campina Grande, Campina Grande, Brasil y e-mail: [email protected]
Resumo
A mangaba é uma fruta tropical nativa do Brasil, de sabor peculiar, consumida principalmente na forma de polpa
e suco. Nessas apresentações, para ser alvo de uma exploração comercial de maior porte e alcance geográfico,
exige a estrutura dispendiosa da cadeia do frio. Como alternativa, tem-se os processamentos envolvendo
secagem, que estendem a vida útil, necessária para logística e vida-de-prateleira, por meio da redução da
atividade de água. A secagem em camada de espuma (foam-mat drying) se destaca entre outros meios como
spray-drying e liofilização, pelo baixo investimento em equipamentos, requerendo simples câmaras com
capacidade de aquecimento a temperaturas abaixo de 100 ºC. Neste trabalho, estudou-se a secagem em camada
de espuma de polpa de mangaba nas temperaturas de 50, 60 e 70 oC. As amostras, adicionadas de emulsificante e
espessante, foram distribuídas em camadas de 0,3 cm de espessura e secas em estufa com circulação forçada de
ar. Os dados da cinética de secagem foram ajustados pelos modelos de Page, Henderson & Pabis e Cavalcanti
Mata, obtendo-se bons ajustes com os três modelos.
Palavras chave: Hancornia speciosa, desidratação, frutas tropicais.
Foam mat drying kinetics of mangaba pulp.
Abstract
The mangaba is a tropical fruit native from Brazil, with peculiar flavor, consumed mainly in juice and pulp. In
these forms, to make possible a commercial exploration of larger load and geographical inclusion, demands the
expensive structure of cold chain. As alternative, is had the processing involving drying process, that extend the
useful life, necessary for logistics and shelf-life, through the reduction of the water activity. The foam-mat
drying advantageous among other processes as spray-drying and lyophilization (freeze-drying), for the low
investment in equipments, requesting simple cameras with heating capacity at temperatures below 100º C. In this
work, it was studied the foam-mat drying of mangaba pulp at 50, 60 e 70 oC. The samples, added of emulsifier
and thicker, were distributed in 0.3cm layers of thickness and dried in oven with forced air circulation. The data
of drying were fitted using Page, Henderson & Pabis and Cavalcanti Mata models, obtaining good fittings with
all equations.
Keywords: Hancornia speciosa, dehydration, tropical fruits.
Introdução
A redução dos custos de transporte propiciam a exploração de produtos exóticos, endêmicos de
regiões restritas e muitas vezes remotas, com características de paladar e aroma peculiares, com vistas
a mercados distantes da zona de produção. Nas faixas de maior poder aquisitivo, a demanda por tais
produtos é crescente, atendendo a consumidores dispostos a adquirir produtos diferentes, mesmo
pagando um preço maior. A mangaba (Hancornia speciosa Gomez) apresenta grande potencial para
exploração no segmento de frutas tropicais, tanto no mercado interno quanto destinada a exportação;
no Brasil, está distribuída nas regiões Centro Oeste, Sudeste, Norte e Nordeste, com maior abundância
nas áreas litorâneas do Nordeste em razão das características edafoclimáticas propícias ao seu cultivo,
onde se encontra quase a totalidade da produção nacional. Por ser muito perecível, sofre grandes
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perdas de produção durante a safra. As técnicas de conservação utilizadas pelos produtores locais se
resumem ao congelamento da polpa em pequena escala. Técnicas de conservação por redução de
atividade de água constituem um recurso útil por combinar conservação com redução de volume
armazenável e transportável e eliminação da necessidade da cadeia do frio. Com o propósito de se
prolongar a vida útil com máxima manutenção da qualidade empregam-se técnicas de secagem
específicas para cada tipo de matéria-prima, levando-se em conta principalmente fatores relacionados
aos custos e a qualidade do produto final.
Diante disto este trabalho foi realizado com o objetivo de se determinar a cinética de secagem em
camada de espuma da polpa de mangaba.
Material e Métodos
Este trabalho foi realizado na Universidade Federal de Campina Grande, no estado da Paraíba, Brasil.
Os frutos da mangabeira (Hancornia speciosa Gomez) foram colhidos maduros, a seguir foram
selecionados, sanitizados com solução de hipoclorito de sódio e despolpados em despolpadeira.
Elaborou-se uma formulação composta de polpa de mangaba, 5% do emulsificante Emustab®
(produto à base de monoglicerídeos destilados, monoestearato de sorbitana e polisorbato 60) e 2,5%
do espesante Liga Neutra® (produto à base de sacarose e dos espessantes, carboximetil-celulose e
goma guar). A formulação foi homogeneizada em batedeira durante 6 minutos até formar espuma com
uma densidade variando entre 400 a 500 kg/m3; em seguida a espuma foi espalhada sobre bandejas de
aço inoxidável em uma camada de 0,003 m e levada para desidratação em estufa com circulação
forçada de ar a 50, 60 e 70 oC. Este processo é conhecido como secagem em camada de espuma (foammat drying). A cinética de secagem da espuma formulada foi acompanhada pesando-se as bandejas em
intervalos regulares, até peso constante. Quando o peso constante foi atingido, determinou-se o teor
umidade e foram calculados os valores da razão de umidade (Equação 1).
(1)
em que: RX – razão de umidade (adimensional); X – umidade “absoluta” (base seca); Xe – umidade de
equilíbrio (base seca); Xo – umidade inicial (base seca)
Realizou-se a análise do processo de secagem em camada de espuma através da representação gráfica
dos dados experimentais da razão de umidade em função do tempo de secagem (cinética de secagem)
e ajustou-se os modelos semi-teóricos de Cavalcanti Mata (Eq. 2), Henderson & Pabis (Eq. 3) e Page
(Eq. 4) a curva de secagem utilizando-se o programa Statistica® por meio de regressão não-linear.
RX  a1exp( bt a 2 )  a 3 .exp( bt a4 )  a 5
(2)
RX  aexp( kt)
(3)
n
RX  e  kt
(4)
em que: RX - razão de umidade (adimensional); a1, a2, a3, a4, a5 b, a, n - constantes das equaçõe
s(adimensional); k - constante da equação (1/min); e t - tempo (min).
Como critério de avaliação da representatividade dos modelos adotou-se o coeficiente de determinação
(R2) e o desvio quadrático médio (DQM) (Eq. 5), em que menores valores de DQM e maiores valores
de R2 indicam melhores ajustes.
RX pred  RX exp 
2
DQM 
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n
(5)
em que: DQM - desvio quadrático médio; RXpred - razão de umidade predito pelo modelo; RXexp razão de umidade experimental; e n - número de observações.
Resultados e Discussão
Na Tabela 1 são apresentados os valores dos parâmetros dos modelos de Cavalcanti Mata, Henderson
& Pabis e Page, ajustados aos dados da cinética de secagem da polpa de mangaba a 50, 60 e 70 oC, os
coeficientes de determinação (R2) e os desvios quadráticos médios (DQM). Os três modelos utilizados
produziram bons ajustes aos dados experimentais, apresentando R2 > 0,990 e DQM < 0,11. Apesar do
modelo de Cavalcanti Mata apresentar os maiores R2 nas temperaturas de 50 e 60 oC, os modelos de
Henderson & Pabis e Page apresentaram também R2 acima de 0,990, podendo ser usados na estimativa
das curvas de secagem da polpa de mangaba em camada de espuma. Alexandre et al. (2006) ao
ajustarem os modelos de Henderson & Pabis e Page aos dados de secagem da polpa de pitanga
formulada, pelo método de secagem em camada de espuma, encontraram R2 acima de 0,96. Furtado et
al. (2010) ao estudarem a cinética de secagem (60, 70 e 80 °C) da polpa de ceriguela pelo método de
camada de espuma através do ajuste dos modelos matemáticos de Henderson & Pabis e Page aos valores
experimentais verificaram que estes modelos se ajustaram satisfatoriamente com R2 variando entre 0,9785
a 0,9986 e erro médio estimado entre 0,0163 a 0,0723.
A constante de secagem k do modelo de Page representa o efeito das condições externas de secagem.
As constantes k e n do modelo de Page mostraram acréscimo com o aumento da temperatura, estando
de acordo com o comportamento verificado por Azoubel et al. (2010) e por Silva et al. (2008) ao
ajustarem este modelo às curvas de secagem de fatias de banana e da polpa de tamarindo (secagem em
camada de espuma), respectivamente. Do modelo de Page constata-se que o valor de k foi superior e o
de n foi inferior, aos valores obtidos por Dantas et al. (2008), no ajuste a curva de secagem em camada
de espuma da polpa de jaca a 90 oC (k = 0,0046 min-1; n = 1,2651).
Observa-se que ao se ajustar o modelo de Cavalcanti Mata com seis parâmetros às curvas de secagem
da polpa de mangaba formulada nas temperaturas de 50, 60 e 70 ºC, os valores de a1 e a3 foram
inferiores a 1, indicando redução com o aumento da temperatura e os parâmetros a 2 e a4 com valores
variando entre 0,9 e 1,3, aumentaram com o aumento da temperatura. Notam-se oscilações nos valores
com o aumento da temperatura para os parâmetros b e a5. Marques et al. (2007) ao utilizarem o
modelo de Cavalcanti Mata no ajuste das curvas de cinética de secagem (50, 60 e 70 ºC) de
pseudofrutos de caju pré-tratados osmoticamente verificaram que dentre os modelos matemáticos
aplicados, o modelo proposto por Cavalcanti Mata ajustou melhor os dados experimentais de secagem
com um valor médio para o coeficiente de determinação de 0,9994.
Aumento nos valores com o acréscimo da temperatura foi observado também em relação aos
parâmetros a e k do modelo de Henderson & Pabis. Para Guedes & Faria (2000) o parâmetro k do
modelo de Henderson & Pabis é influenciado pela temperatura de secagem. Comportamento
semelhante foi observado por Alexandre et al. (2006) ao ajustarem o modelo de Henderson & Pabis às
curvas de secagem da polpa de pitanga, nas temperaturas 50, 60 e 70 ºC. Wilson et al. (2012) ao
ajustarem o modelo de de Henderson & Pabis as curvas de secagem em camada de espuma da polpa
de manga da variedade Dushehri nas temperaturas de 65, 75 and 85oC, encontraram valores de k
variando entre 0,005 e 0,008 min-1 e de a variando entre 0,933 e 1,061.
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Tabela 1. Parâmetros dos modelos ajustados às curvas da cinética de secagem da polpa de mangaba formulada e
seus respectivos coeficientes de determinação (R2) e desvios quadráticos médios (DQM)
Temp.
(°C)
50
Cavalcanti
60
Mata
70
Temp.
Modelo
(°C)
50
Henderson &
60
Pabis
70
Temp.
Modelo
(°C)
50
Page
60
70
Modelo
a1
0,69176
0,51488
0,51112
b
0,00853
0,00822
0,01008
Parâmetro
a2
a3
0,94361 0,69186
1,15985
0,51488
1,21559
0,51112
Parâmetro
a
1,0115
1,0335
1,0444
a4
0,94299
1,15985
1,21559
k
0,0117
0,0118
0,0255
Parâmetro
k
0,0061
0,0079
0,0095
n
1,1458
1,1951
1,2522
a5
-0,39318
-0,0042
-0,03174
R2
DQM
0,9988
0,9989
0,9994
0,0418
0,0103
0,0881
R2
DQM
0,9917
0,9950
0,9943
0,0474
0,0992
0,0581
R2
DQM
0,9945
0,9982
0,9989
0,0347
0,1024
0,0451
Na Figura 1 são apresentados os dados da secagem em camada de espuma da polpa de mangaba
formulada nas temperaturas de 50, 60 e 70 oC e as curvas de ajuste pelos modelos de Cavalcanti Mata,
Henderson & Pabis e Page, na forma do adimensional de umidade (razão de umidade) em função do
tempo. Observa-se que no início do processo de secagem a perda de umidade foi mais acentuada e
com o tempo foi sendo reduzida. Verifica-se redução da razão de umidade em função do tempo e que
o menor tempo de secagem ocorreu na temperatura de 70 ºC. Os tempos de secagem foram de 210 min
para temperatura de 50 ºC, de 180 min para temperatura de 60 ºC e 120 min para temperatura de 70 ºC
verificando-se, desta forma, que as curvas de secagem foram influenciadas pela temperatura com a
redução nos tempos sob o efeito da utilização de temperaturas mais elevadas do ar de secagem. Os
tempos de secagem foram inferiores ao observado por Alexandre et al. (2006) na secagem com
camada de espuma de 0,005 m da polpa de pitanga (480 min a 50ºC; 300 min a 60ºC; e 240 min a
70ºC) e por Silva et al. (2008) na secagem de polpa de tamarindo (258 min a 50 oC; 204 min a 60 oC;
180 min a 70 °C) pelo mesmo método com espessura da camada de espuma de 0,005 m, porém muito
superior ao reportado por Rajkumar et al. (2007) em secagem de polpa de manga a 60ºC, contendo em
sua formulação albumina de ovo e metilcelulose, que foi de 35 min para obtenção de umidade final de
5,56%. Kadam & Balasubramanian (2011) demoraram cerca de 510 min a 60 oC e 450 min a 70 oC
para secarem em camada de espuma suco de tomate com adição de albumina com uma espessura da
camada de 0,0025 m. Wilson et al. (2012) encontraram na secagem em camada de espuma da polpa de
manga da variedade Dushehri tempos de secagem de 390, 330 and 300 min nas temperaturas de 65, 75
and 85oC, respectivamente. Estas diferenças nos tempos de secagem provavelmente também se devem
as espessuras das camadas de espuma, aditivos utilizados, densidades das espumas e características
físico-químicas das polpas de frutas. Mas, segundo Krokida et al. (2003) a temperatura é considerada a
variável mais importante no processo de secagem de vários tipos de vegetais. Thuwapanichayanan et
al. (2008) verificaram que a taxa de secagem em camada de espuma da banana aumentou com o
aumento da temperatura de secagem.
Verifica-se dentre os modelos testados que a curva gerada com base no modelo de Cavalcanti Mata a
partir do tempo de 80 min, se aproxima mais dos pontos experimentais, seguida da curva gerada a
partir do modelo de Page. A partir do tempo de 80 min, o modelo de Henderson & Pabis se ajustou
com menor precisão aos dados experimentais que os demais modelos.
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1,0
Cavalcanti Mata
Henderson & Pabis
Page
Dados experimentais
0,9
0,8
(U-Ue)/(Ui-Ue)
0,7
0,6
0,5
0,4
0,3
0,2
0,1
0,0
0
20
40
60
80
100
120
140
160
180
200
(a)
Tempo (min)
1,0
Cavalcanti Mata
Henderson & Pabis
Page
Dados experimentais
0,9
0,8
(U-Ue)/(Ui-Ue)
0,7
0,6
0,5
0,4
0,3
0,2
0,1
0,0
0
20
40
60
80
100
120
140
160
180
200
Tempo (min)
(b)
1,0
Cavalcanti Mata
Henderson & Pabis
Page
Dados experimentais
(U-Ue)/(Ui-Ue)
0,8
0,6
0,4
0,2
0,0
0
40
80
120
Tempo (min)
160
200
(c)
Figura 1. Curvas de secagem da polpa de mangaba nas temperaturas de 50oC (a), 60oC (b) e 70oC (c), com
ajuste pelos modelos de Cavalcanti Mata, Henderson & Pabis e Page
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Conclusões
O aumento da temperatura de secagem de 50 para 70 ºC. provocou redução de 40% no tempo de
secagem. Os modelos de Cavalcanti Mata, Henderson & Pabis e Page se mostraram adequados para a
predição das curvas de secagem em camada de espuma da polpa de mangaba, com melhor
desempenho do modelo de Cavalcanti Mata.
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