XXXV ENCONTRO NACIONAL DE ENGENHARIA DE PRODUCAO
Perspectivas Globais para a Engenharia de Produção
Fortaleza, CE, Brasil, 13 a 16 de outubro de 2015.
USO DE DELINEAMENTO DE EXPERIMENTOS
NA GARANTIA DA QUALIDADE DO MALTE DE
MILHO SECO POR ONDAS INFRAVERMELHAS
Marcelo Pena (UNINOVE)
[email protected]
Angelica Dantas de Melo (UNINOVE)
[email protected]
Silverio Catureba da Silva Filho (UNINOVE)
[email protected]
Jose Carlos Curvelo Santana (UNINOVE)
[email protected]
Rogerio Bailly (UNINOVE)
[email protected]
Com a maltagem do milho é possível se agregar valor a esta cultura, pois se
pode destinar este produto a industrias de processamento de farrinha,
produção de alimentos, álcool e bebidas. O uso de ondas infravermelhas
torna o processo de secagem mais rápido, eficientes e mais economicamente
viável dentre as novas técnicas de secagem. Assim, este trabalho objetivou
aplicar a técnica de delineamento de experimentos para obter as melhores
condições de secagem do malte de milho em um secador à base de ondas
infravermelhas fazer a otimização do processo usando a metodologia de
análise de superfície de resposta. Para tanto, foi elaborado um planejamento
fatorial do tipo 22, utilizando-se a temperatura (41-69°C) e o tempo (35 - 205
min) como fatores que influenciam na qualidade final do produto seco. Os
resultados mostraram que um produto seco e com boa qualidade pode ser
obtido após 90 min e a 55°C de temperatura de secagem.
Palavras-chave: controle da qualidede, secagem, delineamento de
experimentos, malte de milho
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1. Introdução
Em processos de secagem, é necessário que o produto obtido tenha a umidade reduzida, em
seu interior, para que a contaminação por micro-organismo seja evitada; preservando o
produto por um tempo maior (tempo de prateleira) (CAI e CHEN, 2008; CHIN et al., 2008).
Existem diversos tipos de secadores, que pode ser classificados de acordo pela sua forma de
agitação como: estáticos, rotativos, com circulação de ar, vibrofluidizados, etc. (CHIN et al.,
2008; OMID et al., 2008; PARK et al., 2006). Atualmente, novas técnicas vêm sendo
desenvolvidas usando a energia solar, o ultrassom e a energia das microondas (CHAVAN et
al., 2008; CUI et al., 2008; JESUS, 2002), embora as mais comuns sejam à lenha e a gás
(REINATO e BOREM, 2006).
O milho é um produto agrícola muito difundido no Brasil, entretanto ele é comercializado, in
natura ou processado, a baixo valor econômico. Como a maltagem permite elevar o seu teor
de enzimas amilolíticas. Como o malte mais comum é o obtido a partir da cevada, a qual é
pouco cultivada no Brasil, este produto torna-se caro. Sendo assim, a obtenção do malte de
milho irá agregar valor a esta cultura, permitindo que este produto seja utilizado pelas
indústrias alimentícias, de bebida, farmacêutica e sucro-alcooleira (BIAZUS et al., 2009).
Dele podem ser obtidas as enzimas  e  - amilases, que são muito utilizadas nas indústrias de
álcool, principalmente nas cervejarias, em indústrias têxteis e em indústrias de processamento
de farinhas. Normalmente, elas são obtidas de malte de cevada (embora qualquer cereal
germinado as contenha) ou de micro-organismos; suas temperaturas e seus pHs ótimos variam
entre 55-75ºC e 4,8-6,5, respectivamente, dependendo de sua origem (FORGATY e KELLY,
1979).
Como as amilases têm um preço comercial alto, a obtenção do malte de milho agregaria valor
a esta cultura. Assim, este trabalho objetivou aplicar a técnica de delineamento de
experimentos e obter as melhores condições de secagem do malte de milho em um secador à
base de ondas infravermelhas via metodologia de análise de superfície de resposta (RSM).
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2. Metodologia
2.1. Processo de Maltagem
As sementes do milho da variedade AG 4051 (Agroceres®) foram lavadas com água
destilada, depois foram imersas em água destilada, a qual foi trocada de 2 em 2 h, até que se
conseguissem obter uma umidade das sementes entre 40 e 45%. Então, estas foram postas
para germinar por até 1 semana em um ambiente climatizado (~30°C)e em escala laboratorial
(BIAZUS et al., 2009).
2.2. Sacador Infravermelho
O protótipo do secador infravermelho foi desenvolvido pelo Programa de Pós-Graduação em
Engenharia de Produção da Universidade Nove de Julho (UNINOVE). Foi confeccionado em
madeira MDF, revestido internamente com lã de vidro coberta por uma camada de papelalumínio, próprios para isolação térmica. No qual, uma lâmpada de infravermelho de 250 W
(AKARI, São Paulo - SP) foi acoplada a um soquete de cerâmica, ao centro no topo do
secador. Esta lâmpada estava conectada a um sistema de controle da temperatura interna,
composto por: um controlador de temperatura do tipo TCL-P17J, um relê de estado sólido
AD10-F e um termopar LTE J006/017 fornecidos pela Loti Lorando Tecnologia Industrial
(São Paulo – SP). Por fim, um ventilador de computador usado foi inserido internamente, em
uma altura equivalente à metade da parede interna. A Figura 1 mostra como o secador foi
montado, com todas as suas dimensões e assessórios utilizados.
Figura 1. Esquema do secador infravermelho
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2.3. Processo de secagem do malte
As sementes maltadas foram secas em um secador infravermelho, com circulação de ar, nas
temperaturas de 41, 45, 55, 65 e 69°C. Um planejamento fatorial 22 foi realizado com a
temperatura e o tempo como fatores que influenciam na retirada de umidade. As sementes
maltadas foram postas em vidro de relógio, previamente secos nas devidas temperaturas e
tarados. Então, foram medidas as suas massas úmidas (X0) e postas para secar nas
temperaturas indicadas. De tempo em tempo, foram coletadas amostras e medida as suas
respectivas massas secas (Xi). O conteúdo de umidade retirada (Mi) do malte e a porcentagem
de variação da massa (X) foram obtidos pelo uso das Equações 1 e 2, respectivamente
(BIAZUS et al., 2009; JESUS, 2002; SANTANA et al., 2010). Para a determinação da
umidade inicial dos grãos, utilizou-se exposição a 103-105ºC durante 40 a 50 horas de
processo de acordo com a metodologia descrita por Ascar (1985).
 X0  Xi
M i  
X0


 * 100


(1)
e
X 
Xi
*100
X0
(2)
O planejamento fatorial foi montado de acordo com a metodologia apresentada em Barros
Neto et al. (2001), variando os fatores a temperatura (T) e o tempo (t) de secagem para obter
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como resposta a umidade retirada (UR) do malte de milho. A codificação das variáveis seguiu
à apresentada na Tabela 1. O modelo foi obtido pelo métodos dos mínimos quadrados e a
avaliação do seu ajuste pela metodologia ANOVA, apresentada em Barros Neto et al. (2001).
A otimização foi realisada usando a metodologia de análise da superfície de resposta (RSM)
no software Statistica 6.0 ® para o Windows®.
Tabela 1. Codificação dos níveis do planejamento fatorial usado
Fator
Níveis
-1,41
-1
0
1
1,41
Temperatura, T (°C)
41
45
55
65
69
Tempo, t (min)
35
60
120
180
205
3. Resultados e Discussões
A Figura 2 apresenta as curvas de secagem do malte de milho obtidas no secador
infravermelho. A partir do dado destas curvas foi otimizado o processo via metodologia RSM.
A Tabela 2 apresenta o planejamento usando na execução deste experimento, bem como a
resposta para cada um dos ensaios. Obviamente, quanto maior for a retirada da umidade mais
estável à ação microbiológica o produto estará. Assim, para não se atentar a uma análise
pontual, foi realizada uma análise RSM, para se obter a melhor condição de temperatura e
tempo, na qual a maior quantidade de umidade deve ser retirada do malte de milho, sem
perder a sua atividade enzimática.
Figura 2. Curvas experimentais da secagem do malte de milho via ondas infravermelhas
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Tabela 2. Planejamento fatorial e resultados obtidos após a secagem do malte de milho
Temperatura (°C)
Tempo (min)
Massa Seca (%, g/g) Umidade Retirada, UR (%, g/g)
45
60
80,795
19,205
65
60
69,8039
30,1961
45
180
70,9769
29,0231
65
180
60,8234
39,1766
55
120
56,2543
43,7457
55
120
64,3856
35,6144
55
120
56,9734
43,0266
41
120
71,3065
28,6935
69
120
52,0904
47,9096
55
35
74,816
25,184
55
205
47,5406
52,4594
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Um modelo quadrático foi o que mais se ajustou aos dados experimentais, o qual é
representado pela Equação 3, a seguir. A partir desta, se obtêm a Figura 3, que é a superfície
de resposta usada para a otimização da secagem do malte de milho. Observando-se esta
figura, é possível notar que a partir a menor que se alcança a condição ótima (região em
vermelho escuro) é 55°C e que o menor tempo para alcançar tal região é 90 min. Como o
menor tempo e a menor temperatura de secagem tendem a redução de custos (com energia e
tempo de processo), logo a condição ótima do processo de secagem do malte de milho é 55°C
e 90 min, na qual é possível se reduzir a umidade em mais de 40%.
UR  40,7974  6,0404.T  7,1718.t  3,5392.T 2  0,2094.t 2  3,2790.T .t
(3)
Figura 3. Superfície de Resposta para otimização do processo de secagem
Santana et al. (2010) observaram que as sementes de milho ao serem maltadas obtiveram
teores das enzimas  e  - amilases aumentados entre 140-350 vezes mais do que o milho in
natura. E que após a secagem do malte este valor ainda é aumento em até 8 vezes e permite
conservar a atividade enzimática do malte por até 5 meses. Entretanto, a secagem do malte no
secador convencional durou 5,18 h. Comparando-se o resultado obtido neste trabalho com o
de Santana et al. (2010), a secagem infravermelha conseguiu reduzir o tempo de secagem em
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até 2,5 vezes que a secagem convectiva, mantendo a qualidade do produto.
4. Conclusão
Concluiu-se que a temperatura de 55°C foi a melhor para o processo de secagem, por remover
mais de 40% da umidade em 90 min e por estar próxima da temperatura ótima das enzimas e,
assim, não provocar danos à estrutura das enzimas por exposição à uma temperatura elevada
por um longo período de secagem. Os resultados mostraram que a secagem do malte de milho
usando ondas infravermelhas foi 2,5 vezes mais rápida do que a secagem convectiva.
Estas qualidades demonstram que este processo de secagem do malte de milho possui um
potencial para produção em larga escala, pois tem um baixo custo, por ter um tempo menor de
secagem e devido ao milho ser mais barato que a cevada e um alto grau de competitividade
com relação aos produtos existentes no mercado, pois sua atividade é elevada em mais de oito
vezes.
Agradecimentos
À Fapesp pela concessão da bolsa de Pós-Doutoramento, ao Programa FAPIC/Uninove pela
concessão da bolsa de Iniciação Científica e à Uninove pelo apoio à pesquisa.
Referências
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