Revista Brasileira de Produtos Agroindustriais, Campina Grande, v.5, n.1, p.43-50, 2003
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COMPONENTES QUÍMICOS E ESTUDO DA UMIDADE
DE EQUILÍBRIO EM VAGENS DE ALGAROBA
Francisco de Assis C. Almeida1, José Euflávio da Silva2, Maria Elessandra R. Araújo2,
Josivanda P. Gomes de Gouveia1, Silvana A. de Almeida2
RESUMO
As sementes de algaroba (Prosopis juliflora (SW) D.C) foram submetidas ao processo de dessorção,
sob condições de temperatura a 20 e 30 °C e umidade relativa variando de 16,3 a 87,7%, até atingir a
umidade de equilíbrio. Posteriormente, ajustou-se aos dados experimentais cinco modelos
matemáticos de sorção (GAB, BET, Halsey, Smith e Oswin) com a finalidade de se obter os
parâmetros desses modelos e escolher aquele que melhor representasse as isotermas de dessorção. A
escolha do melhor ajuste deu-se em função do coeficiente de determinação (R2), desvio médio relativo
(P) e o erro médio estimado (SE). De acordo com os resultados, o modelo de GAB, foi o que obteve
melhor ajuste às isotermas de dessorção, podendo ser empregado para cálculo da umidade de
equilíbrio higroscópico das sementes. As vagens de algaroba secas e trituradas apresentaram 35,24%
de sacarose, 14,95% de fibras, 9,15% de proteína bruta que lhe confere um valor altamente energético.
Palavras chave: teor de umidade, análise química, Prosopis juliflora
CHEMICAL COMPONENTS AND STUDY OF THE EQUILIBRIUM MOISTURE CONTENT
IN MESQUITE BEANS
ABSTRACT
The mesquite seeds (Prosopis juliflora (SW) D.C) were submitted to the desorption process, at the
temperatures of 20 and 30 °C, and relative humidity varying from 16.3 to 87.7% until the equilibrium.
Five mathematical models of sorption (GAB, BET, Halsey, Smith and Oswin) were adjusted to the
experimental data to obtain the parameters of theses models and to choose the best one to represent the
desorption isotherms. The choice of the best fit was based on the coefficient of determination (R2),
relative medium deviation (P) and the average error esteemed (SE). The GAB model was the one
which best represented the desorption isotherms; it may be used for the calculation on the hygroscopic
equilibrium humidity of the seeds. The beans of dry and triturated mesquite presented 35.24% of
sucrose, 14.95% of fibers, 9.15% of rude protein that make then a big energetic value.
Keywords: moisture content, chemical analysis, Prosopis juliflora
INTRODUÇÃO
A algaroba (Prosopis juliflora (SW) D.C) é
uma leguminosa, não oleaginosa, nativa das
regiões áridas e semi-áridas das Américas, África e
Ásia, sendo que nesta última se concentra a
maioria das 44 espécies do gênero Prosopis,
apresentando, portanto, admirável amplitude de
adaptação (Perez e Moraes, 1991). Introduzida no
__________________________
1
2
Professor da UFCG/CCT/DEAg. E-mail: [email protected]
Mestre em Engenharia Agrícola pela UFPB
Brasil, principalmente no Nordeste há mais de 50
anos, cujo objetivo principal é o de alimentar
animais, além de ser utilizada em reflorestamento,
produção de madeira, carvão vegetal, estacas e
apicultura. Constitui-se numa das raras espécies
capazes de possibilitar aos animais e ao próprio
homem uma convivência harmoniosa com o
fenômeno adverso e periódico das secas (Souza,
1998).
44
Componentes químicos e estudo da umidade de equilíbrio em vagens de algaroba, Almeida et al.
Tendo em vista essas características
positivas da algarobeira, o produtor nordestino
reconhece nela uma grande aliada para alimentar
os rebanhos bovinos, caprinos e ovinos,
principalmente nos períodos de longas estiagens,
pois além de todas as características acima citadas,
as suas vagens são de grande aceitabilidade por
esses animais (Pinheiro, 1993). Portanto, a
determinação de parâmetros de qualidade como o
teor de umidade e propriedades químicas do farelo
da vagem da algaroba, que são utilizados para sua
comercialização é de vital importância para os
produtores rurais.
As vagens de algaroba são higroscópicas,
tendo relação de atividade de água com a umidade
de equilíbrio que deve ser estudada por fornecer
informações na definição dos parâmetros de
secagem. A determinação da atividade de água é
uma das medidas mais importantes no
processamento e na análise dos materiais
biológicos, devido a sua importância no que diz
respeito à qualidade e estabilidade. A afinidade
existente entre a água e os outros componentes de
um produto definem sua higroscopicidade que é
muito marcante nos produtos e torna-se uma
característica fundamental a influenciar os
processos de manuseio, estocagem e consumo de
materiais biológicos (Texeira Neto, 1993).
O estudo da atividade de água pode ser feito
através das isotermas de sorção. Uma isoterma é
uma curva que descreve, em uma umidade
específica, a relação de equilíbrio de uma
quantidade de água sorvida por componentes do
material biológico e a pressão de vapor ou umidade
relativa, a uma dada temperatura. Esta relação
depende da composição química dos alimentos
(Park et al., 2001).
Com o intuito de prever o comportamento de
isotermas, diversos autores propuseram equações
matemáticas empíricas e teóricas para ajuste de
isotermas de sorção. Estas equações são úteis no
conhecimento das características dos produtos
tanto no armazenamento quanto na secagem.
Dentre as diversas equações utilizadas para
expressar a atividade de água dos produtos
agrícolas, em função da temperatura e umidade
relativa, as mais comuns, por sua relativa precisão
e generalidade podem ser citadas a de GAB, BET,
Oswin, Smith e Halsey (Prado et al., 1999; Corrêa
e Almeida, 1999; Unadi et al., 1998).
Diante do exposto esse trabalho objetivou o
estudo da atividade de água através das curvas de
dessorção para as temperaturas de 20 e 30 ºC
utilizando o método gravimétrico estático na faixa
de umidade relativa de 16,3 a 87,7% e caracterizar
as vagens de algaroba mediante estudo dos seus
componentes químicos.
MATERIAL E MÉTODOS
A matéria-prima utilizada foi as vagens de
algaroba (Prosopis juliflora (SW) D.C)
procedentes de propriedades rurais do município
de Cuité, PB, com umidade inicial entre 18 e 20%
b.u. Os testes foram realizados no Laboratório de
Armazenamento de Produtos Agrícolas da
Universidade Federal de Campina Grande. Os
teores de umidade de equilíbrio das vagens de
algaroba foram determinados por meio do método
estático, utilizando-se soluções aquosas de ácido
sulfúrico (H2SO4) em água destilada, para uma
faixa de umidade relativa de 16,3 a 87,7%, de
acordo com metodologia citada por Hall (1971).
Os testes foram conduzidos as temperaturas de 20
e 30 ± 1 ºC. Para isto foram utilizadas três estufas
B.O.D, com o objetivo de se manter as amostras
nas temperaturas e umidade desejadas. As
amostras foram colocadas em triplicatas em cestas
de tela de arame e em seguida armazenadas em
potes de vidro herméticos com as respectivas
soluções de ácido, para cada valor de umidade
relativa desejada. As amostras com teor de
umidade previamente determinado foram pesadas
em intervalos regulares de tempo: 24, 48 e 96
horas respectivamente, para a 1ª, 2ª e 3ª semanas
até se alcançar o ponto de equilíbrio. Depois de
alcançado o equilíbrio, as amostras foram levadas à
estufa com temperatura de 105 ± 3 ºC por 24 horas
(Brasil, 1992) a fim de se obter a sua massa seca.
O teor de umidade de equilíbrio (base seca) foi
calculado, com base na diferença entre a massa da
amostra no equilíbrio e a massa seca. Para o ajuste
das isotermas de sorção, foram testados as
equações de BET, Halsey, Oswin, Smith e GAB
com a finalidade de se obter os coeficientes das
equações citadas. A análise de regressão não linear
do pacote estatístico Statistica foi usada para
estimar as constantes das equações de isotermas de
dessorção. Os critérios usados para escolha do
melhor ajuste foram o coeficiente de determinação
(R2), erro médio estimado (SE) e o desvio médio
relativo P (%) conforme descrito a seguir:
P
SE
100
n
n
Mi Mpi
i 1
Mi
Mi Mpi
2
(1)
GLR
(2)
em que:
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Componentes químicos e estudo da umidade de equilíbrio em vagens de algaroba, Almeida et al.
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seguida por uma digestão em meio alcalino. O
resíduo da inceneração desse material fornece os
subsídios para o cálculo da fração de fibras.
M i = valores obtidos experimentalmente
Mpi = valores preditos pelo modelo
n = número de dados experimentais
GLR = Grau de Liberdade de modelo
RESULTADOS E DISCUSSÃO
Para a determinação da umidade inicial e
final das vagens de algaroba, utilizou-se o método
da estufa (Brasil, 1992). A matéria seca foi obtida
por diferença do teor de umidade. Nas análises de
proteínas, foi utilizado o método Micro-Kjedalh, o
qual é realizado com base na determinação do
nitrogênio total da amostra, que através de cálculo
foi convertido em nitrogênio protéico.
A metodologia utilizada para determinação
de lipídeos baseou-se na extração continua em
aparelho Soxhlet a qual é baseada na perda de peso
do material submetido à extração com éter etílico
ou na quantidade de material dissolvido pelo
solvente.
As análises de cinzas foram obtidas segundo
as normas analíticas da AOAC (1992). As
amostras foram carbonizadas em bico de Bunsen,
em seguida incineradas em uma mufla a 550 °C.
Depois, foram resfriadas em dessecador e pesadas.
Para a determinação de açúcares, foi
utilizado o método da antrona que se fundamenta
na hidrólise pelo acido sulfúrico concentrado, que,
quando aquecido com a hexose, sofre reação de
condensação, formando um produto de coloração
verde, cuja intensidade da cor é lida em
espectofotômetro a 620 nm.
O processo utilizado para determinação de
fibra foi o de Hennemberg que consta
fundamentalmente de uma digestão em meio ácido,
Na Tabela 1, encontram-se os dados de
umidade de equilíbrio obtidos experimental-mente
onde se observa mediante a mudança de
temperatura, resultados diferenciados para estas
concordando, também com os dados de estudos
realizados por Brooker (1992) e Morey (1995).
Os valores para as constantes das diversas
equações encontram-se na Tabela 2, com os
respectivos coeficientes de determinação (R2),
desvio médio relativo (P) e erro médio estimado
(SE).
Considerando-se o valor do coeficiente de
determinação (R2), tem-se que as equações de
GAB, BET, Oswin, Smith e Halsey descrevem
satisfatoriamente as isotermas de sorção das
vagens de algaroba para as atividades de água
variando de 16,3 a 87,7%, uma vez que seus
coeficientes ficaram acima de 90%. A análise dos
dados da Tabela 2 indica que as equações de GAB
e Halsey foram as que apresentaram melhores
coeficientes de determinação (R2) e, também, a
menor desvio médio relativo (P) entre os dados
obtidos e os calculados; portanto, são as equações
que melhor se ajustaram aos dados obtidos,
contudo, a equação de GAB apresentou o melhor
ajuste às isotermas de algaroba para as
temperaturas estudadas obtendo-se os menores
desvio médio relativo, erro médio estimado e
maior coeficientes de determinação.
Tabela 1. Dados experimentais da atividade de água e umidade de equilíbrio das vagens de algaroba para as
temperaturas de 20 e 30°C
T = 20 ºC
aw
0,1630
0,3307
0,5670
0,6990
0,8770
T = 30 ºC
aw
Xe
0,0702
0,0844
0,1210
0,1687
0,3118
0,1700
0,3244
0,5660
0,6789
0,8750
Para a temperatura de 30 °C (Tabela 2) as
equações de Smith e Oswin apresentaram os
maiores erros relativos 20,5 e 16,7%
respectivamente,
indicando
uma
menor
representatibilidade para prenunciar com segurança
os dados das isotermas das vagens de algaroba
dentro da faixa de temperatura estudada, uma vez
Xe
0,0660
0,0730
0,1077
0,1549
0,3298
que conforme Lomauro et al. (1985) o valor do
desvio relativo médio (P) deve ser menor que 10%.
Conforme o coeficiente de determinação (R2),
desvio relativo médio (P) e o erro médio estimado
(SE), verifica-se que o melhor ajuste foi o modelo
de GAB, seguido de Halsey, podendo ser utilizado
para o cálculo da umidade de equilíbrio
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Componentes químicos e estudo da umidade de equilíbrio em vagens de algaroba, Almeida et al.
higroscópico das vagens de algaroba. Dados estes
concordantes com os obtidos por Araújo (2001) e
Park et al. (2001) ao estudarem isotermas de
dessorção da goiaba e pêra, respectivamente. O
mesmo foi observado por Kechaou e Maalej
(1999) ao analisarem os dados de isotermas de
dessorção da banana em uma faixa de atividade de
água entre 0,1 a 0,90 e temperaturas de 35,50 e 70
ºC.
A isoterma de dessorção das vagens de
algaroba (Figura 1) evidencia o efeito da
temperatura sobre a taxa de dessorção que é mais
alta no início do processo; diminuindo
continuamente à medida que se aproxima da
umidade de equilíbrio. Comportamento que conduz
a afirmativa de aumento da taxa de dessorção com
a diminuição da umidade relativa.
Tabela 2 - Parâmetros de ajuste das isotermas de dessorção para as temperaturas de 20 e 30 °C
Equação
GAB
xm
C
k
R2 (%)
P (%)
SE
Distribuição dos
resíduos
xm
C
BET
Oswin
Smith
Halsey
R2 (%)
P (%)
SE
Distribuição dos
resíduos
a
b
R2 (%)
P (%)
SE
Distribuição dos
resíduos
a
b
R2 (%)
P (%)
SE
Distribuição dos
resíduos
a
b
R2 (%)
P (%)
SE
Distribuição dos
resíduos
Ainda em análise a Figura 1, a partir de
valores de atividade de água acima de 0,70
observa-se uma tendência à inversão da
20 ºC
30 ºC
0,0588
0,052
1346
0,925
99,96
1,071
0,002
6880
0,963
99,81
2,441
0,005
Aleatório
214,48
360,12
0,0005
92,97
13,51
0,033
0,0003
90,73
16,70
0,039
Tendencioso
0,116
0,495
98,51
10,738
0,012
0,105
0,581
98,09
16,514
0,015
Tendencioso
0,127
0,031
97,42
11,611
0,016
0,142
0,014
95,51
20,504
0,023
Tendencioso
0,019
1,642
99,74
3,555
0,005
0,028
1,418
99,41
6,755
0,008
Aleatório
dependência da temperatura, ou seja, a algaroba
dissolver mais umidade em temperaturas mais
altas. Isto pode ser explicado devido à dissolução
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Componentes químicos e estudo da umidade de equilíbrio em vagens de algaroba, Almeida et al.
dos açúcares de frutos, que aumenta
significativamente, quando a temperatura é
aumentada (Gabas, 1998). Souza et al. (2002) ao
verificarem o processo de desidratação osmótica de
goiaba, seguida de secagem, observaram um
aumento da quantidade de sólidos solúveis,
explicada pela maior absorção de sólidos solúveis
e mais rápidas perda de água, e, conseqüente,
redução da atividade de água provocada pelas
trocas difusionais e a pressão osmótica sobre o
tecido do fruto.
Mediante os dados dos resíduos (Figura 2)
obtidos pela diferença entre os valores
47
experimentais e os valores calculados para cada
equação estudada, as equações de GAB e Halsey
apresentaram distribuição aleatória de seus
resíduos, podendo ser, portanto, utilizado de forma
satisfatória para representar a atividade de água das
vagens de algaroba. No entanto, as equações de
Oswin, BET e Smit apresentam uma distribuição
tendenciosa dos resíduos, indicando desta forma
serem equações menos preditivas para estudo das
isotermas de dessorção deste produto.
0,40
Umidade de equilibrio (decimal)
0,35
20°C
30°C
___GAB
0,30
0,25
0,20
0,15
0,10
0,05
0,00
0,0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
0,7
0,8
0,9
Atividade de água (decimal)
Figura 1. Isotermas de dessorção das vagens de algaroba para as temperaturas de 20 e 30 °C ajustadas pelo
modelo de GAB
Na Tabela 3, estão contidos os dados das
análises químicas das vagens de algaroba secas em
um secador de leito fixas e trituradas em moinho.
Em análise aos dados, observa-se que a algaroba
apresenta um alto índice de matéria seca e matéria
orgânica e níveis de proteína que se assemelham
aos grãos de milho (Silva, 1986), apresentando
ainda bons níveis de fibra bruta e sacarose.
Os resultados da composição química das
vagens de algaroba trituradas, quando comparadas
aos da literatura nacional e estrangeira com os de
Alsina et al. (1996), Cavalcanti-Mata et al. (1986)
e Del Vale et al. (1983), mostraram valores que
estão acima da média obtido por esses autores, no
caso da sacarose, segundo Silva (1986) essas
diferenças deve-se provavelmente, a fatores tais
como: cultivares de plantas, origem, idade da
planta, clima, solo, entre outros.
Especificamente, com relação aos teores de
proteína bruta em comparação com a literatura
citada são comparados aos de Alsina et al. (1996),
os de cinza semelhantes aos de Silva et al. (2001),
superiores aos de Silva (1983) e inferiores aos
obtidos por Silva (1986).
Esta planta apresenta em sua composição
química de 34,32-35,82% de sacarose, 8,98-9,40%
de proteínas, 96,30% de matéria orgânica.
Constituindo-se num excelente alimento de
engorda, além de ser relativamente rico em
proteínas. Possuindo um teor de cinzas em
aproximadamente 3,7% e a umidade 7,05%.
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GAB
BET
0 ,0 5
0 ,0 4
0 ,0 3
0 ,0 2
0 ,0 1
0
-0 ,0 1
-0 ,0 2
-0 ,0 3
-0 ,0 4
-0 ,0 5
0,05
0,04
0,03
0,02
0,01
0
-0,01
-0,02
-0,03
-0,04
-0,05
V alo res Est imad o s
V a l o r e s E s t i ma d o s
SMITH
HALSEY
0,05
0,04
0,03
0,02
0,01
0
-0,01
-0,02
-0,03
-0,04
-0,05
0,05
0,04
0,03
0,02
0,01
0
-0,01
-0,02
-0,03
-0,04
-0,05
V alo res Est imad o s
V alo res Est imad o s
OSWIN
0,05
0,04
0,03
0,02
0,01
0
-0,01
-0,02
-0,03
-0,04
-0,05
V alo r es Est imad o s
Figura 2. Distribuição dos resíduos para as equações matemáticas analisados, em função dos valores
estimados para as temperaturas de 20 e 30 ºC.
Tabela 3. Análise química do farelo das vagens de algaroba
Amostra
Matéria
Proteína Sacarose Gordura
seca
bruta
bruta
Nº
(%)
(%)
(%)
(%)
01
92,82
9,01
34,32
1,25
03
93,01
8,98
35,82
1,55
02
93,03
9,40
35,57
1,84
Fibra
bruta
(%)
14,41
15,41
15,04
Cinza
(%)
3,55
3,68
3,87
Matéria
orgânica
(%)
96,45
96,35
96,13
Umidade
(%)
7,18
7,00
6,96
CONCLUSÕES
A umidade de equilíbrio higroscópico das
vagens de algaroba aumenta com o aumento da
umidade relativa do ar e diminuição da
temperatura.
As equações utilizadas para predizer o
equilíbrio higroscópico das vagens de algaroba
ajustaram se satisfatoriamente aos dados
experimentais das isotermas de sorção, sendo a
melhor delas a de GAB por ter apresentado os
maiores coeficientes de determinação e
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menores valores dos erros médios relativos e
estimados e distribuição aleatórias dos
resíduos.
As vagens de algaroba são basicamente
constituídas de matéria orgânica e matéria
seca, seguida de sacarose, fibra, proteína cinza
e gorduras.
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