Revista Brasileira de Produtos Agroindustriais, Campina Grande, v.1, n.1, p.27-32, 1999
ISSN 1517-8595
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INFLUÊNCIA DOS SÓLIDOS INSOLÚVEIS NO
COMPORTAMENTO REOLÓGICO DO SUCO DE MANGA
Alexandre José de Melo Queiroz1, José Raniere Mazile Vidal Bezerra2,
Carlos Alberto Gasparetto3
RESUMO
Neste trabalho, estuda-se a influência das diferentes frações de sólidos insolúveis suspensos presentes no suco de manga (Mangifera indica) sobre o comportamento reológico destes sucos. As propriedades reológicas foram determinadas em triplicata com um reômetro Haake rotovisco equipado
com sistema de medição ZA-30 de cilindros concêntricos à temperatura de 30 0C. O ajuste das curvas de tensão () versus taxa de deformação (  ) foi feito utilizando o modelo de Mizrahi-Berk. O
fracionamento dos materiais foi obtido pela passagem do material integral por peneiras com malhas
entre 1,18 mm e 0,149 mm. Todas as amostras apresentaram comportamento pseudoplástico. Observou-se que a eliminação das partículas com dimensões superiores a 0,149 mm influenciou aleatoriamente a posição das curvas de tensão versus taxa de deformação, enquanto que a eliminação
total dos sólidos insolúveis suspensos provocou redução nos valores de viscosidade aparente na
faixa de taxa de deformação estudada.
Palavras-chave: sólidos solúveis, reologia, suco de manga
INFLUENCE OF INSOLUBLE SOLIDS IN RHEOLOGICAL
BEHAVIOUR OF MANGO JUICE
ABSTRACT
In this work was studied the influence of insoluble solids contents in rheological characteristics of
mango juice. Each type of juice was examined by six fractions divided into four sieved (mesh sizes
between 1,18 mm and 0,149 mm), one centrifuged and another integral, representing six contents
of insoluble suspended solids. The rheometric data were collected by means of Haake rotovisco
rheometer equipped with measuring system ZA-30 and experimental data were adjusted by Mizrahi-Berk model. All materials showed pseudoplastic behaviour. The partial extraction of insoluble
solids influenced randomly its rheological behaviour where’s total elimination reduced the apparent
viscosity.
Keywords: insoluble solids, rheological, mango juice
Trabalho Revisado pela Professora Sandra Maria Couto da Universidade Federal de Viçosa, Ph.D. pela Universidade
de Purdue
1
Professor Doutor do Departamento de Engenharia Agrícolas da UFPB, Av. Aprígio Veloso No. 882,
CEP 58.109-970, Campina Grande–PB Fone (083) 310-1287, e-mail [email protected]
2
Doutorando em Engenharia de Alimentos da UNICAMP, C.P. 6121, Campinas – SP
3
Professor Doutor do Departamento de Engenharia de Alimentos da UNIACMP, C.P. 6121, Campinas –
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Influência dos sólidos insolúveis no comportamento reológico do suco de manga
INTRODUÇÃO
Para o processamento de frutas in natura na
forma de sucos, néctares, etc., exige-se uma série de
conhecimentos a respeito das características destes
produtos, com vistas à adaptação dos processos e das
instalações industriais às suas exigências específicas.
Dentre estas características, incluem-se as propriedades reológicas, importantes na otimização, no
controle e nos cálculos de processos de bombeamento, transporte em tubulações, etc.
As propriedades reológicas dos sucos de frutas
apresenta, em maior ou menor grau, relação direta
com o teor de sólidos suspensos, conforme relatado
por diversos autores trabalhando com sucos de diferentes frutos (tomate: Hand et al., 1955 e Whittemberger & Nutting, 1957; pêra, pêssego e maçã: Saravacos, 1970; damasco: Costell et al. 1982 e Trifirò et
al., 1987; maçã: Qiu & Rao, 1988 e Missaire et al.
1991; abacaxi: Queiroz et al., 1997; manga: Bezerra,
1997).
Neste trabalho, estuda-se o comportamento
reológico de sucos de manga à temperatura de 30oC,
sob a influência de seis teores de sólidos insolúveis
suspensos cujas dimensões de partículas se situam
entre zero e 1,6 mm. Os dados de tensão de cisalhamento versus taxa de deformação foram ajustados
pelos modelos de Mizrahi-Berk.
Queiroz et al.
passagem do suco integral em cada malha foi dado
como produto de cada uma delas. O terceiro tipo de
amostra foi obtido da amostra de suco integral básico, pela sua centrifugação a 15.000 rpm por 40 minutos com o objetivo de reduzir, teoricamente, os
sólidos insolúveis a zero. O total de amostras de
material para as medidas reológicas foi obtido tomando o material integral, quatro peneirados e um
centrifugado, em três repetições, perfazendo 18
amostras.
As propriedades reológicas foram determinadas em triplicata com as amostras à temperatura de
30oC, utilizando-se um reômetro Haake rotovisco
equipado com sistema de medição ZA-30 de cilindros concêntricos. Após os ensaios reológicos, eram
determinados os teores de sólidos insolúveis. Esta
determinação foi realizada pelo método Adolfo Lutz,
n 13.6.4 (Lara et al., 1976).
O ajuste das curvas de tensão () versus taxa
de deformação (  ) foi feito na faixa de taxa de
deformação compreendida entre 110 e 300 s-1 , utilizando o modelo de Mizrahi-Berk, obtido pela modificação da equação de Casson e proposto (MIZRAHI
& BERK, 1972) para ser utilizado no estudo do escoamento de suco de laranja concentrado e suspensões de partículas interagindo entre si em um meio
pseudoplástico:
1/ 2  K0M  KM  n M
MATERIAIS E MÉTODOS
Foram utilizadas mangas da variedade keith,
colhidas em janeiro de 1996, provenientes da região
sul de Minas Gerais e adquiridas na CEASA de
Campinas, SP.
Após a aquisição, as mangas inteiras foram
lavadas, descascadas e tiveram separadas a polpa do
caroço. As polpas foram processadas em despolpadeira com tela de 1.6mm de abertura de malha até a
passagem completa de todo o material, dando origem
ao produto básico que foi denominado de suco integral com 16,7oBrix.
Três tipos de amostra foram usados nos ensaios experimentais. O primeiro tipo correspondeu a
amostras do suco integral básico. As amostras de
suco do segundo tipo continham sólidos insolúveis
suspensos de diferentes dimensões e quantidades.
Para a obtenção destas amostras, o suco integral
básico foi submetido a peneiramentos em peneiras de
aço inoxidável com malhas de quatro tamanhos
(1,18mm, 0,84mm, 0,59mm e 0,149mm). O processo
de peneiramento, foi realizado por um tempo de 60
minutos para cada amostra com o auxílio de um agitador mecânico, marca Produtest, ajustado para seu
nível máximo de agitação. O material resultante da
(01)
em que
K0 M = raíz quadrada da tensão inicial
KM
= fator de consistência
nM
= índice de comportamento de fluxo
RESULTADOS E DISCUSSÃO
Comportamento reológico
No Quadro 1 apresentam-se os valores dos
coeficientes das equações de ajuste segundo o modelo de Mizrahi-Berk que descreve o comportamento
reológico dos sucos de manga. São também apresentados os índices de ajuste qui-quadrado (2), soma
dos quadrados dos desvios (SSR) e coeficiente de
regressão (R2). Pela aplicação dos coeficientes obtém-se que todas as frações de suco de manga, inclusive a fração centrifugada, apresentaram comportamento pseudoplástico. Este comportamento condiz
com os resultados obtidos por autores diversos para
sucos contendo sólidos suspensos (Vitali & Rao,
1984, Trifirò et al., 1987) e sucos contendo pectina
(Holdsworth, 1971, Manohar et al., 1990).
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Influência dos sólidos insolúveis no comportamento reológico do suco de manga
Queiroz et al.
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Quadro 1 - Parâmetros do modelo de Mizrahi-Berk para as frações de manga
Integral
1,18mm
0,84mm
0,59mm
0,149mm
Centrifugado
KoM
3,99795
3,76714
4,14844
3,29392
6,80785
-1,60562
KM
0,66591
0,43062
0,77619
0,53068
0,17683
1,6288
nM
0,37083
0,41055
0,35468
0,38236
0,56012
0,2353
2
0,0004
0,0003
0,0002
0,0002
0,0001
1,6x10-6
SSR
0,0004
0,00032
0,00015
0,0003
0,001
0,00002
R2
0,99989
0,99989
0,99996
0,99993
0,99976
0,99999
Na Figura 1 tem-se as relações entre tensão
de cisalhamento e taxa de deformação para sucos de
manga ajustadas pelo modelo de Mizrahi-Berk.
Analisando as curvas da Figura 1 e considerando, por hipótese, que à redução global da quantidade de sólidos insolúveis corresponderia uma diminuição nas viscosidades aparentes para as taxas de
deformação estudadas, esta hipótese só seria confirmada pela curva que representa a fração centrifugada. O comportamento das curvas representando os
peneirados e a fração integral não apresenta qualquer
tendência que faça supor que a maior ou menor
quantidade de sólidos insolúveis, extraída por cada
uma das malhas, tenha sido causa de reduções das
tensões de cisalhamento para taxas de deformação
idênticas. Exemplo disto é a curva referente a fração
0,149 mm que, apesar de representar à fração passada na menor das aberturas de malha, está posicionada na região de maiores tensões de cisalhamento.
Não se encontrou referências na literatura reportando
tal comportamento reológico de sucos de frutas
quando da eliminação parcial (partículas de tamanho
intermediário) de seus sólidos insolúveis.
A curva representando o comportamento do
material integral encontra-se mais abaixo, sendo
superada também pela curva das frações da peneira
1,18 mm e superando, além do centrifugado, apenas
as frações das peneiras 1,18 mm e 0,84 mm. Nota-se
ainda que nos materiais das peneiras 0,84 mm e 0,59
mm foram medidos praticamente os mesmos teores
de sólidos insolúveis (Quadro 2) mas as suas curvas
não coincidem, o que reforça o indício de que o teor
destes sólidos, dentro da faixa obtida com as malhas
de 1,6 mm até 0,149 mm, teve um efeito aleatório na
faixa de tensões de cisalhamento e taxas de deformação estudadas.
Viscosidade aparente
As viscosidades aparentes a 300s-1 obtidas para as seis frações estão apresentadas no Quadro 2.
Pode-se observar a não diminuição pontual destas
viscosidades com a redução gradual nos teores de
sólidos. Ao contrário, as reduções foram acompanhadas por variações aparentemente aleatórias nos
valores de viscosidade. Os números referentes a esta
propriedade nos peneirados variaram em valores
superiores e inferiores ao medido na fração integral.
No mesmo quadro foi feita uma análise da viscosidade aparente de cada fração relacionando-a à
viscosidade aparente da fração obtida na malha da
despolpadeira.
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Influência dos sólidos insolúveis no comportamento reológico do suco de manga
Queiroz et al.
Tensão de cisalhamento (Pa)
12
0,5
10
8
6
centrifugado
0,59mm
1,18mm
0,149mm
0,84mm
integral
250
300
4
150
200
Taxa de deformacão (1/s)
Figura 1 - Pontos experimentais representando as relações entre tensão de cisalhamento e taxa de deformação
para manga, com as respectivas curvas de ajuste pelo modelo de Mizrahi-Berk.
Quadro 2 - Variação da viscosidade aparente de cada fração de suco de manga em relação à viscosidade aparente da fração integral. Relações entre esta variação de viscosidade e a variação do teor de SIS(**)
de cada fração em relação à fração integral. Relação entre viscosidade aparente e teor de SIS de cada fração.
PENEIRADOS
INTEGRAL
(#1,60m)
(#1,18 mm)
(#0,84 mm)
(#0,59 mm)
(#0,149 mm)
CENTRIFUGADO
SÓLIDOS INSOLÚVEIS
(g/100g)
1,02
0,94
0,77
0,79
0,59
0,00(*)
VISCOSIDADE APARENTE A 300 S-1
(mPa.s)
302,4
226,0
335,1
212,6
412,5
70,4
REDUÇÃO (%) DE
SÓLIDOS INSOLÚVEIS
VARIAÇÃO (%) DE
VISCOSIDADE EM
RELAÇÃO A FRAÇÃO
INTEGRAL
RELAÇÃO ENTRE
VISCOSIDADE E TEOR
DE SIS
(mPa.s.100g/g)
-
8
25
23
42
-
-
-25
+11
-30
+36
-77
296,5
240,4
435,2
269,1
699,1
-
#: malha
(*) : valor teórico
(-): redução
(+): acréscimo
(**): Sólidos insolúveis suspensos
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Influência dos sólidos insolúveis no comportamento reológico do suco de manga
Viscosidade aparente (mPa.s)
Para uma redução de sólidos de 8% a 42%
corresponderam variações de viscosidade aparente
entre -30% a +36% (212 a 412 mPa.s), sem que a
valores decrescentes de sólidos correspondessem
valores decrescentes de viscosidade. Em torno do
valor da viscosidade aparente da fração integral
(302,4 mPa.s) alternaram-se para mais e para menos
os valores de viscosidade dos peneirados. Assim
observa-se que à retirada de 8% nos sólidos insolúveis da fração integral pela peneira 1,18 mm corresponde uma redução de 25%, mas a viscosidade aparente aumenta em 11%. A peneira subsequente (0,59
mm) manteve os sólidos insolúveis em praticamente
os mesmos níveis da anterior, porém, na viscosidade
é medida uma redução de 30%. À maior redução de
sólidos insolúveis (42%, peneira 0,149 mm) correspondeu a maior viscosidade entre todas as frações,
superando a viscosidade da fração integral em 36%.
Observa-se, entretanto, que quando o teor destes
sólidos se aproxima de zero (fração centrifugada) a
viscosidade cai quase 67% em relação a menor viscosidade medida nos peneirados (70,4 contra 212,6
mPa.s da peneira 0,59 mm).
Estes dados levam à conclusão de que a retenção dos sólidos insolúveis desde a peneira 1,18 mm
até a peneira 0,149 mm não apresentaram qualquer
efeito de redução sobre viscosidade. Por outro lado
observa-se o contrário dos cerca de 58% eliminados
em centrífuga com tamanho de partícula passadas em
malha de 0,149 mm. Esta conclusão coincide com o
resultado relatado por QIU & RAO (1988) que, trabalhando com compota de maçã, verificaram que o
aumento na viscosidade estava relacionado com o
decréscimo no tamanho das partículas. A discrepân-
Queiroz et al.
31
cia em relação a outros trabalhos (Jinescu, 1974,
Missaire, 1991) estaria relacionada ao caráter estruturado da compota.
A fim de averiguar a proporção em que os
sólidos insolúveis influenciaram as viscosidades
aparentes das frações a 300 s-1, dividiu-se a viscosidade calculada para cada fração pelo teor de sólidos
insolúveis (Quadro 2). Os valores das relações viscosidade / sólidos insolúveis variaram entre o mínimo
de 240,4 mPa.s.100g/g na malha 1,18 mm e o máximo de 699,1 mPa.s.100g/g na malha 0,149 mm correspondendo a 191%, oscilando entre estes extremos
em cada um dos peneiramentos inclusive a fração
integral. Pela ordem, após a malha 1,18 mm com
240,4 mPa.s.100g/g vem a malha 0,59 mm, com
269,1 mPa.s.100g/g, fração integral com 296,5
mPa.s.100g/g, a malha 0,84 mm com 435,2
mPa.s.100g/g e finalmente a 0,149 mm com 699,1
mPa.s.100g/g. Apesar da variabilidade destes números, percebe-se pela Figura 2 que as viscosidades não
apresentam tendência à redução com a retenção dos
sólidos obtida nos peneiramentos.
Pela Figura 2 é possível observar o comportamento aleatório da viscosidade aparente em toda a
faixa de sólidos insolúveis de 1,02 a 0,59 g/100g. Na
faixa de sólidos insolúveis entre 0,79 e 1,02 g/100g
os valores de viscosidade aparente, para a taxa de
deformação de 300 s-1, oscilaram em torno de 250
mPa.s. No teor de sólidos insolúveis igual a 0,59
g/100g, passado na peneira 0,149 mm, o valor da
viscosidade aparente à mesma taxa de deformação
superam os 400 mPa.s. Com o teor de sólidos insolúveis levado a zero pela centrifugação, verifica-se
então, redução de viscosidade aparente.
400
300
200
100
0
0,0
0,2
0,4
0,6
0,8
1,0
1,2
Teor de sólidos insolúveis (g/100g)
Figura 2 - Viscosidade aparente a 300 s-1 das frações de suco de manga para seus respectivos teores de sólidos
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Influência dos sólidos insolúveis no comportamento reológico do suco de manga
CONCLUSÕES
1. A diminuição gradual no teor de sólidos insolúveis suspensos pelos peneiramentos não implicou,
como consequência, em redução de viscosidades
aparentes;
2. Os sólidos insolúveis suspensos com dimensões
superiores a 0,149 mm influenciaram aleatoriamente a posição das curvas de tensão versus taxa
de deformação;
3. A eliminação total dos sólidos insolúveis suspensos, na centrifugação, resultou em decréscimo de
viscosidade aparente o que, em conjunto com a
conclusão anterior, indica que as dimensões dos
sólidos insolúveis suspensos que mais afetaram a
reologia dos sucos de manga situaram-se entre zero e 0,149 mm.
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