MODELAGEM DA SECAGEM DE FATIAS DE BERINJELA EM
ESTUFA
Luíza N. Pinheiro
Acadêmica do curso de engenharia química da Universidade Federal de Santa Maria
[email protected]
Daniel Begrow
Acadêmico do curso de engenharia química da Universidade Federal de Santa Maria
[email protected]
Mariangela B. Ravazio
Acadêmica do curso de engenharia química da Universidade Federal de Santa Maria
[email protected]
Lisiane M. Terra
Professora doutora do curso de engenharia química da Universidade Federal de Santa Maria
[email protected]
Resumo. A berinjela é um alimento
funcional, pois há alto teor de antocianinas
em sua casca. A secagem em estufa desse
alimento é motivada pela obtenção de um
produto com maior vida útil e facilidades de
transporte. Analisou-se a cinética de
secagem e foi realizada a modelagem do
processo. O melhor ajuste de cinética deu-se
para o modelo Midilli et al e o ponto ótimo
da operação de secagem em estufa
encontrada foi para uma temperatura de
70°C e 180 minutos de duração do processo.
Palavras-chave: Berinjela. Estufa. Secagem.
1.
INTRODUÇÃO
A berinjela (Solanum melongena L.) é
uma planta pertencente à família das
solanáceas, que apresenta propriedades
medicinais e quantidades significativas de
vitaminas e minerais. A coloração arroxeada
de sua casca deve-se à grande quantidade de
flavonóides, que possuem propriedades
antioxidantes. O principal destes compostos
é a antocianina, que permite a classificação
da hortaliça como alimento funcional
(SANTOS et al, 2002).
Obter um alimento seco de berinjela é
uma alternativa para o consumo da mesma.
A retirada de água de alimentos é uma parte
integrante do processamento de diversos
tipos de alimentos. Podem-se citar como
principais objetivos dessa desidratação o
prolongamento da vida de prateleira, devido
à diminuição da atividade de água que resulta
em menor atividade de microorganismos, e a
diminuição dos custos de manuseio e preparo
para processamentos futuros, devido à
significativa redução de volume e peso, o que
acarreta maior facilidade de transporte e
armazenamento. Dessa forma foi elaborado
um processo de secagem em estufa,
realizando-se a modelagem e análise da
cinética do mesmo.
A secagem é definida como a retirada de
água de um material mediante a evaporação.
Nesse processo estão envolvidos mecanismos
simultâneos de transferência de calor e
massa. A troca de energia sob a forma de
calor é motivada pela diferença de
temperatura entre o alimento e o ar aquecido
do aparelho, enquanto à de massa se dá
devido à diferença da pressão parcial de
vapor da corrente de ar e do produto,
XXVI CONGRESSO REGIONAL DE INICIAÇÃO CIENTÍFICA E TECNOLÓGICA
EM ENGENHARIA – CRICTE 2014
8 a 10 de outubro de 2014 – Alegrete – RS – Brasil
ocasionando o arraste do vapor do alimento
(PARK, YADO E BROD, 2001).
2.
METODOLOGIA
As matérias primas utilizadas para o
projeto foram berinjelas obtidas no comércio
local da cidade de Santa Maria, Rio Grande
do Sul, sendo selecionadas a partir de
aspectos como tempo de maturação, forma e
aparência saudável, sendo pegas apenas as
que possuíam estrutura firme e casca
brilhante já que as opacas e amolecidas já se
encontravam velhas e perderam um pouco
suas propriedades nutricionais.
As berinjelas foram lavadas e em seguida
fatiadas transversalmente, utilizando-se um
descascador. A casca do alimento foi
mantida em virtude da mesma ser rica em
antocianinas, caracterizando o aspecto
funcional da berinjela. Foram usadas
amostras de 14 a 15 gramas.
Foi realizada a desidratação osmótica
(DO) como pré-tratamento da secagem, a
qual é um procedimento vantajoso, pois
proporciona uma perda de água de 40 a
70%, amenizando as condições de secagem
posterior, além de causar inativação da
atividade
enzimática
causadora
do
escurecimento da hortaliça (RAOULTWACK, 1994). O agente osmótico usado foi
uma solução aquosa concentrada de 200
gramas a 46,45 °Brix de sacarose e sal,
sendo apenas 3% da massa de sólidos
composta por sal. A desidratação osmótica
foi conduzida em um banho termostático
provido de agitação, à temperatura de
36,45°C. As amostras foram submersas na
solução concentrada por um tempo de 30
minutos. As condições de tempo e
temperatura de realização da DO foram
previamente otimizados.
A modelagem da secagem para estufa foi
baseada nos fatores temperatura e tempo. A
faixa de temperatura foi obtida mediante
literatura (ERTEKIN E YALDIZ, 2004) e a
de tempo a partir da análise da cinética de
secagem, a qual foi comparada com os
resultados obtidos por Ertekin e Yaldiz
(2001). Analisaram-se parâmetros como
redução de massa e de atividade de água para
determinação da viabilidade do processo e
otimização do modelo obtido.
2.1 Cinética de secagem em estufa
O estudo da cinética de secagem na
estufa foi baseado na variação de
temperatura, dentro da faixa de 30 a 70°C
determinada. Utilizaram-se cinco valores de
temperatura: 30, 44,18, 50, 64, 18 e 70°C. A
secagem foi conduzida na estufa, com a
realização de pesagens de meia em meia
hora, até a obtenção de massa constante.
Quando a massa ficou constante, considerouse que a amostra atingiu a umidade de
equilíbrio e que o processo de secagem
estava encerrado. Os experimentos foram
realizados em triplicata. Os dados obtidos
foram ajustados aos modelos apresentados
na tabela 1, com auxílio do software
Polymath®.
No
caso,
a
variável
independente do modelo é RU, redução de
umidade e a independente t, tempo. As
demais variáveis tratam-se de parâmetros de
ajuste.
O parâmetro RU foi obtido segundo a
Eq. (1).
(1)
A umidade (U) foi calculada em base
seca, sendo obtida pelo produto da massa
pela porcentagem de sólidos (8,715%).
Sendo U(i) a umidade no ponto i, Ue a
umidade de equilíbrio que foi considerada
como a umidade para massa constante e
Uinicial a umidade da amostra in natura.
2.2 Secagem em estufa
Para análise da secagem em estufa,
elaborou um planejamento experimental com
base em delineamento composto central
rotacional (DCCR) para duas variáveis,
assim analisou-se 12 pontos: 4 pontos
fatoriais, 4 pontos axiais e 4 repetições do
XXVI CONGRESSO REGIONAL DE INICIAÇÃO CIENTÍFICA E TECNOLÓGICA
EM ENGENHARIA – CRICTE 2014
8 a 10 de outubro de 2014 – Alegrete – RS – Brasil
ponto central (RODRIGUES E IEMMA,
2009).
Analisando-se
o
efeito
da
temperatura, variando-a de 30 a 70°C e do
tempo com variação de 180 a 690 minutos,
conforme resultados obtidos da cinética de
secagem. Para a modelagem, as variáveis
dependentes analisadas foram a redução de
massa relativa e redução da atividade de
água, sendo esta última variável determinada
no analisador de atividade de água Aqualab.
Tabela 1. Modelos para ajuste da
cinética de secagem.
Modelo
Equação
RU = a .exp(-k . tn) + b
Midilli
.t
RU = a .exp(-k . t) + (1
Aprox. da
Difusão
a) . exp(-k . b . t)
Page
RU = exp(-k . tn)
Logaritmo
RU = a .exp(-k . t) + c
Henderson e
RU = a .exp(-k . t)
Pabis
Page
RU = exp[(-k . t)n]
Modificada
RU = a .exp(-k . t) + b .
Dois Termos
exp(-q . t)
RU = a .exp(-k . t) + (1
Exponencial de
–
Dois Termos
a). exp(-k . a . t)
Newton
RU = exp(-k . t)
RU = a .exp(-k . t) + b .
Henderson e
Pabis
exp(-q . t) + c . exp(-w
Modificada
.t)
Wangh e Singh
RU = 1 + a . t + b .t2
3.
secagem para cada temperatura e a partir
desses tempos, determinou-se a faixa de
análise
utilizada
no
DCCR citada
anteriormente.
3.2 Secagem em estufa
A análise dos resultados permitiu a
obtenção de dois modelos para a secagem em
estufa, considerando em ambos intervalos de
confiança
de
95%.
As
variáveis
independentes são dadas por temperatura
codificada (T) e tempo codificado (t). O
primeiro modelo, dado pela Eq. (2), é
relativo à redução de massa relativa (RMR).
RMR = 0,701 + 0,040 T – 0,040 T² + 0,017
t + 0,025 t² - 0,069 Tt (2)
Obtiveram-se
como
parâmetros
significativos (p-valor<0,05): a temperatura,
linear e quadrática, e a interação das duas
variáveis. No caso, percebe-se que a
temperatura aumenta a redução de massa, até
atingir um ponto de máximo indicado pelo
fato do coeficiente quadrático ser negativo.
Esse modelo apresentou R² de 0,84,
indicando sua confiabilidade e erro médio de
2,26%.
RESULTADOS E DISCUSSÕES
3.1 Cinética de secagem em estufa
O modelo de melhor ajuste foi o modelo
de Midilli et al, de modo que foi obtido um
valor de 0,998 para o coeficiente de
correlação (R²). Esse resultado é confirmado
pelos trabalhos de Ertekin e Yaldiz (2004).
Além disso, com base nos experimentos de
secagem obteve-se o tempo de duração da
Figura 1. Superfície de resposta da redução
da massa relativa em função da temperatura e
tempo codificados.
Analisando a Fig. 1 percebeu-se que as
regiões de otimização do processo são para
um tempo superior a 706,2 minutos a uma
XXVI CONGRESSO REGIONAL DE INICIAÇÃO CIENTÍFICA E TECNOLÓGICA
EM ENGENHARIA – CRICTE 2014
8 a 10 de outubro de 2014 – Alegrete – RS – Brasil
temperatura de 21,64 a 50 °C e também para
um tempo de 73,4 a 180 minutos sob
temperatura de 50 a 78,36°C. Isso evidencia
a significância da interação das variáveis.
O segundo modelo, dado pela Eq. (3), é
relativo à redução de atividade de água
(RAA). O modelo apresentou R² de 0,888 e
um erro médio de 3,29%, parâmetros que
indicam a confiabilidade do mesmo.
RAA = 0,552 + 0,124 T – 0,074 T² + 0,056 t
– 0,021 t² - 0,104 Tt (3)
Os parâmetros significativos foram os
mesmos que para a RMR: temperatura
(linear e quadrática) e a interação das
variáveis. Pode-se notar que as variáveis
influenciam da mesma forma as respostas,
havendo também um ponto de redução de
atividade máxima.
A Fig. 2 faz referência à superfície de
resposta do modelo e permite a otimização
do processo, via escolha das regiões que
propiciam uma maior redução da atividade
de água. A região de máxima perda é
considerada para um tempo de 180 a 435
minutos em temperatura variando de 42,91 a
78,36°C.
Figura 2. Superfície de resposta da redução
da atividade de água em função da
temperatura e tempo codificados.
Combinando as regiões otimizadas para
as duas variáveis de resposta, tem-se que o
ponto ótimo para a realização da secagem de
fatias de berinjela em estufa é em uma
temperatura de 70°C durante 180 minutos (3
horas).
4.
CONCLUSÕES
A realização da secagem em estufa
permitiu a redução tanto da massa do
alimento quanto da atividade de água
cumprindo os objetivos de redução de
tamanho e conservação do alimento. A
elaboração do modelo mostrou a importância
da interação das variáveis temperatura e
tempo, ilustrando que se pode trabalhar com
valores medianos das mesmas para obter
bons resultados. O ponto ótimo da secagem
em estufa foi estimado para uma temperatura
de 70°C e operação por 180 minutos.
5.
REFERÊNCIAS
ERTEKIN, C.; YALDIZ, O. Drying of
eggplant and selection of a suitable thin layer
drying
model.
Journal
of
Food
Engineering. V.63, p.349-359, 2004.
PARK, K. J.; YADO, M. K. M.; BROD, F.
P. R. Estudo de secagem de pêra bartlett
(Pyrus sp.) em fatias. Ciência e Tecnologia
em Alimentos. Campinas, V.21, n.3, p.288292, set-dez 2001.
RAOULT-WACK, A. L. Recent advances in
the osmotic dehydration of foods. Trends in
food science & technology, Cambridge,
England, V. 5, n. 8, p. 255-260, agosto,
1994.
RODRIGUES, M. I. R; IEMMA, A. F.
Planejamento
de
experimentos
&
Otimização de Processos. 2ª edição,
Campinas: Casa do espírito amigo
fraternidade fé e amor, 2009.
SANTOS, K.A. et al. Composição química
da berinjela (Solanum melongena L.)
Boletim do Centro de Pesquisa e
Processamento de Alimentos (B.CEPPA),
Curitiba, V. 20, n. 2, p. 247-256,
julho/dezembro, 2002.
XXVI CONGRESSO REGIONAL DE INICIAÇÃO CIENTÍFICA E TECNOLÓGICA
EM ENGENHARIA – CRICTE 2014
8 a 10 de outubro de 2014 – Alegrete – RS – Brasil